Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Специфика построения эталонной базы для калибровки и поверки средств измерений средней мощности лазерного излучения в России и за рубежом 12
1.1. Обеспечение единства измерений в России 12
1.2. Обеспечение единства измерений за рубежом 22
1.3. Сравнение возможных схем построения эталонов и способов воспроизведения единицы средней мощности и передачи ее размера... 32
1.4. Постановка задач, решаемых в диссертации 34
ГЛАВА 2. Математическое моделирование процесса воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера 37
2.1. Математическое моделирование работы системы первичный измерительный преобразователь - АЦП 37
2.2. Влияние нестабильностей мощности лазерного излучения на результат воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера 40
2.2.1. Способ учета нестабильности мощности лазерного излучения с использованием средних взвешенных значений выходного сигнала 40
2.2.2. Влияние скачка мощности лазерного излучения на результат воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера и методики его учета 42
2.2.3. Влияние флуктуации мощности лазерного излучения на конечный результат воспроизведения единицы мощности лазерного излучения и передачи ее размера.. 57
2.2.4. Влияние дрейфа мощности лазерного излучения на конечный результат воспроизведения единицы мощности лазерного излучения и передачи ее размера 67
2.3. Определение зависимости мощности лазерного излучения во времени 74
2.4. Алгоритм расчета результата воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера 84
2.4.1. Алгоритм корректировки результата воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера 84
2.4.2. Оценка систематической погрешности воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера по предложенному алгоритму 88
2.5. Выводы к главе 2 91
ГЛАВА 3. Направленный синтез эталонов единицы средней мощности лазерного излучения 92
3.1. Технические и метрологические характеристики эталонов единицы средней мощности лазерного излучения 92
3.2. Расчет технических и метрологических характеристик структурных звеньев эталонов единицы средней мощности лазерного излучения 94
3.3. Выводы к главе 3 ЮЗ
ГЛАВА 4. Реализация эталонов единицы средней мощности лазерного излучения 105
4.1. Принцип действия и структурная схема РЭСМ 105
4.2. Устройство и работа составных частей РЭСМ 108
4.3. Характеристики составных частей ГПЭ СМ 115
4.4. Теоретическое исследование метрологических характеристик РЭСМ 116
4.5. Программное обеспечение РЭСМ 119
4.6. Выводы к главе 4 123
Заключение 125
Список литературы
- Обеспечение единства измерений за рубежом
- Влияние нестабильностей мощности лазерного излучения на результат воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера
- Расчет технических и метрологических характеристик структурных звеньев эталонов единицы средней мощности лазерного излучения
- Характеристики составных частей ГПЭ СМ
Введение к работе
Актуальность проблемы
Развитие лазерной техники и расширение областей ее применения в различных отраслях народного хозяйства вызвали адекватное развитие и совершенствование средств контроля и измерений характеристик и параметров лазерного излучения. Создание новых и эксплуатация уже разработанных средств измерений с постоянно растущими требованиями к точности измерений требуют, в свою очередь, четкого функционирования и постоянного совершенствования системы обеспечения единства измерений энергетических характеристик и параметров лазерного излучения, основными из которых в соответствии с рекомендациями ISO [1] являются средняя мощность непрерывного и энергия импульсного лазерного излучения. В нашей стране обеспечение единства измерений этих двух энергетических величин регламентирует поверочная схема ГОСТ 8.275 - 91 [2], которая включает в себя Государственный и разрядные эталоны единиц средней мощности и энергии лазерного излучения.
Современные эталоны единиц средней мощности и энергии лазерного излучения как у нас, так и за рубежом в своем составе содержат унифицированные элементы: 1) источник лазерного излучения; 2) фокусирующую и разводящую оптику; 3) эталонные измерительные преобразователи входных оптических величин в выходные электрические величины или пропорциональные им аналоговые и цифровые сигналы; 4) устройства обработки измерительной информации и ее преобразования в доступную для оператора форму.
При создании подобных эталонных измерительных установок в зависимости от реализуемых точностных: характеристик необходимо было четко выбирать их структурную схему, алгоритм ее функционирования и программы обработки полученной информации и управления всей установкой в целом. До настоящего времени эти задачи решались в основном интуитивно" на основе заданных требований и накопленного
экспериментального опыта. Однако необходимость дальнейшего повышения точности измерений и создание автоматизированных измерительных комплексов для калибровки постоянно улучшаемых средств измерений стимулировали развитие системотехнического подхода к разработке эталонов энергетических единиц лазерного излучения на основе совершенствования алгоритмического и программного обеспечения, что, в свою очередь, потребовало учета и оптимизации характеристик и параметров как составных частей, так и эталонной установки в целом.
При воспроизведении единицы средней мощности лазерного излучения и передаче ее размера в первую очередь необходимо стремиться к минимизации систематической погрешности результата измерений. Одним из эффективных путей исключения систематических погрешностей является унификация структурных схем Государственного и разрядных эталонов, регламентируемых поверочной схемой. Отсюда становится очевидной актуальность направленного синтеза структуры эталона, разработки алгоритмического и программного обеспечения обработки информации и управления всеми протекающими процессами с использованием унифицированных структур эталонных установок разных точностных разрядов поверочной схемы.
Цель и основные задачи диссертации
Целью настоящей работы является направленный синтез типовой структурноисхемыи реализацияэталона единицы среднеймощности непрерывного лазерного излучения при заданных основных метрологических характеристиках. Цель работы предопределила основные задачи, решаемые в диссертационной работе. Эти задачи возникают при направленном синтезе унифицированной для данной поверочной схемы структурной схемы эталонной установки любого разряда. При этом считается, что сведения о нормируемых метрологических характеристиках входящих в" состав эталона первичного измерительного преобразователя и
9 устройства обработки измерительной информации априори известны. Исходя из вышесказанного, в процессе разработки основ направленного синтеза необходимо было решить следующие научные задачи:
Разработать математическую модель функционирования эталона единицы средней мощности лазерного излучения с учетом заданных априори метрологических характеристик входящих-в состав эталона устройств.
Теоретически и экспериментально исследовать влияния нестабильности мощности лазерного излучения на процессы воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера.
На основе разработанной математической модели функционирования эталона разработать алгоритм определения результата воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера.
Реализовать полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований в эталонах.
Научная новизна работы
Научная новизна работы заключается в том, что впервые:
Определены основные унифицированные структурные звенья эталона, выбор которых, в основном, определяет технические и метрологические характеристики модернизируемого или вновь создаваемого эталона единицы средней мощности лазерного излучения. Именно эти звенья позволяют унифицировать структурную схему эталона.
Разработана математическая модель, описывающая взаимодействие четырехзвенной эталонной системы: источника лазерного излучения в совокупности с фокусирующей и разводящей оптикой; эталонного первичного измерительного преобразователя; приемника. —* "свидетеля"; аналогово-цифрового преобразователя.
Теоретически исследовано влияние нестабильности мощности лазерного излучения, проявляющейся в виде суперпозиции скачка, флуктуации и
10 дрейфа выходной мощности, на результат воспроизведения единицы средней мощности и передачи ее размера.
Разработан алгоритм восстановления формы лазерного излучения по показаниям быстродействующего датчика относительного уровня. При этом соотношение постоянных времени эталонного измерительного преобразователя и приемника — "свидетеля", определяющее точность восстановления формы лазерного излучения и, как следствие, точность воспроизведения единицы средней мощности и передачи ее размера, не должно превышать 1:10.
На основе предложенной в диссертации математической модели работы эталона разработан алгоритм расчета результата воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера. Практическая ценность и использование результатов работы
Предложенные в диссертации основы направленного синтеза эталонов единицы средней мощности лазерного излучения с наперед заданными метрологическими характеристиками позволяют целенаправленно создавать эталоны любого точностного разряда.
Разработанный алгоритм определения результата воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера был использован при создании рабочего эталона единицы средней мощности лазерного излучения в интересах ВМФ, вторичного эталона единицы средней мощности (Беларусь) и в модернизируемом ГПЭ СМ.
Апробация работы, публикации
Основные материалы, представленные в диссертации, были доложены, обсуждены и одобрены на:
- Всероссийской научно-технической конференции "Методы и средства
измерений" и "Современные проблемы математики и естествознания" (18
апреля 2003 г.) - Н. Новгород.
- Всероссийская научно-техническая конференция "Метрологическое
обеспечение современных военных технологий" 19 ноября 2003 г.
-14 научно-технической конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение", 16 марта 2004 г.
По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, в том числе 5 тезисов докладов на отечественной и отечественной с международным участием научно - технических конференциях и 6 статей в журналах "Измерительная техника" и "Метрология". Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения.
Общий объем составляет 160 страниц печатного текста, в т.ч. 42 рисунков и 13 таблиц, а также 4 страницы списка литературы и 30 страниц приложений. Основные положения, выносимые на защиту
1) Предложенная математическая модель, описывающая систему:
источник лазерного излучения, эталонный измерительный преобразователь
и АЦП, позволяет исследовать влияние нестабильности мощности
лазерного излучения, в виде суперпозиции скачка, флуктуации и дрейфа
мощности, на процесс воспроизведения единицы мощности лазерного
излучения и передачи ее размера.
Использование теплового приемника— "свидетеля" с постоянной времени в десять и более раз меньшей, чем у ЭПИП, позволяет восстановить форму излучения на входе ЭПИП и характер его изменения во времени
Предложенный алгоритм обработки результатов измерений, основанный на использовании математических моделей работы унифицированных структурных звеньев эталона, позволяет рассчитать среднюю мощность лазерного излучения с погрешностью сотых долей процента.
4) ^Предложенный метод моделирования позволяет синтезировать
структурные звенья эталона и на их базе создать эталон с наперед
заданными метрологическими характеристиками.
Обеспечение единства измерений за рубежом
Алгоритм воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера в РТВ (Германия) [11,12] представлен на рис. 1.6. Единица мощности воспроизводится на базе криогенного абсолютного радиометра с помощью He-Ne лазера при длине волны 0,6328 мкм и уровне мощности 1 мВт с погрешностью 0,01% и ее размер передается с использованием трап-детектора первичному лазерному радиометру для малых и средних уровней, работающему в диапазоне мощностей от 3 мВт до 10 Вт и далее в соответствии с алгоритмом рис. 1.6.
По такому же принципу построены поверочные схемы во Франции, Великобритании [13] и некоторых других странах. Суммарная погрешность такого калориметра не превышает 0,3%. Групповым эталоном единицы средней мощности лазерного излучения в США являются специально построенные калориметры, калибруемые по электрической мощности замещения [14]. Набор калориметров перекрывает широкие спектральный и динамический диапазоны.
В НИСТ (США) используются в качестве эталонов два типа калориметров: С-типа и К-типа. Калориметр С-типа предназначен для измерений мощности непрерывного лазерного излучения в динамическом диапазоне от 1мВт до 2 Вт; К2-типа в динамическом диапазоне от 0,2мВт до 40,0 Вт; К1-типа в динамическом диапазоне от 5,0 до 1000 Вт.
Все составляющие погрешности, их значения и суммарная погрешность для всех типов калориметров приведены в табл. 1.1 [14].
Калибровка средств измерений средней мощности лазерного излучения проводится на установке, функциональная схема которой показана на рис. 1.11 [14]. Излучение от лазера 1, прошедшее через разветвитель 3, попадает на измерительный преобразователь (калориметр С- или К-типа) 4. Отраженное от разветвителя излучение поступает на калибруемое средство измерений 5 . Разветвитель калибруется по значению коэффициента деления на длине волны лазерного излучения. По значению коэффициента деления разветвителя, измеренному значению средней мощности с помощью измерительного преобразователя, а также по показаниям измерителя 9.
Аналогичная система построения эталона единицы энергии лазерного излучения используется в Китае (НИМ) [15]. Основным отличием является схема построения установки для передачи размера единицы средней энергии лазерного излучения, которая показана на рис. 1.12. Как видно из рис. 1.12, процесс передачи размера единицы энергии лазерного излучения заключается сначала в измерении значения энергии с помощью измерительного преобразователя 7, а затем на его место устанавливается калибруемое средство измерений 9 и повторяется процедура измерений энергии этим средством измерений. Результат передачи размера единицы энергии лазерного излучения определяется путем сопоставления выходного сигнала калибруемого средства измерений и значения энергии, измеренной с помощью эталонного калориметра.
Анализ приведенных в разделах 1.2-1.3 схем построения эталона и способов воспроизведения единицы средней мощности и передачи ее размера позволяет выделить звенья в структуре эталона, несущие основную метрологическую "нагрузку". К ним необходимо отнести следующие: 1) источник лазерного излучения, включающий в себя формирующую и разводящую оптику и приемник — "свидетель"; 2) эталонный измерительный преобразователь; 3) аналого-цифровой преобразователь; 4) алгоритмы взаимодействия структурных звеньев эталона и обработки результатов измерений.
Структурная схема, использующая "последовательный" способ воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера, предполагает измерения значения оптической: мощности с помощью ЭИП 4 и последующей установки на его место преобразователя поверяемого (калибруемого) средства измерений 6. При этом с помощью преобразователя контрольного средства измерений 5 фиксируется возможное относительное изменение мощности источника лазерного излучения 1 в процессе проведения передачи размера единицы. Структурная схема такого эталона представлена на рис. 1.13
Структурная схема, использующая "параллельный" способ воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера, предполагает измерения оптической мощности Рюпт в первом канале с помощью ЭИП 5 и одновременного измерения значения оптической мощности Рюпт во втором канале преобразователем поверяемого (калибруемого) средства измерений 6
Влияние нестабильностей мощности лазерного излучения на результат воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера
Зависимость максимально допустимой амплитуды скачка от времени его появления to при постоянном значении стандартного отклонения и . представлена на рис.2.5. Значение Uc здесь соответствует отклонению среднего значения мощности лазерного излучения в присутствии скачка от среднего значения мощности в его отсутствие.
Предполагается, что на систему действует скачок мощности лазерного излучения с известной длительностью At. Первая кривая соответствует ситуации, когда At = 30 с, вторая - At = 60 с, третья - At = 90 с, четвертая -At = 120 с. Значение стандартного отклонения системы uc = 0,005. Из графиков рис.2.5 видно, что при появлении скачка мощности лазерного излучения в начале ее воздействия система нивелирует влияние скачка до начала процедуры измерений, даже если амплитуда скачка очень велика (А 1).
Полученные результаты представляют практический интерес. При наличии информации о параметрах скачка, о моменте его появления, длительности и амплитуде, на основании расчетов с заданным значением относительного стандартного отклонения 1 для конкретной системы можно исключить промахи при обработке результатов измерений. Для этого при заданном Uc строится серия кривых, аналогичных представленным на рис.2.5, для различных значений At. Полученные графические зависимости позволяют фиксировать промахи при обработке результатов измерений. Обработка результатов производится в такой последовательности: выбирается кривая, соответствующая значению At, которое наиболее близко к AWn; по этой кривой для to, соответствующему экспериментальному значению, определяется максимально возможное значение амплитуды скачка. Если экспериментальное значение амплитуды скачка меньше максимально возможного, результат измерений положителен. В противном случае измерения должны быть повторены.
Рассмотрим две методики минимизации погрешности воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения при наличии скачка мощности лазерного излучения. Первая из них позволяет зафиксировать промахи в процессе измерений и не учитывать получаемые отсчеты при дальнейшей обработке результата, вторая - учесть влияние скачка мощности на конечный результат. Для апробации и реализации этих методик используется модель системы измерительный преобразователь — АЦП.
При моделировании процесса измерений, как и в 2.1, используется выборка случайных чисел в рамках заданной функции распределения как для измерительного преобразователя, так и для АЦП. По полученным значениям строится гистограмма и определяется среднее значение сигнала и относительное стандартное отклонение Uc системы в целом.
В качестве входных данных для системы измерительный преобразователь - АЦП были выбраны следующие параметры: постоянная мощность лазерного излучения Ро= 1 Вт; среднее квадратическое отклонение измерительного преобразователя 0,03%; класс точности АЦП 0,01; постоянная времени измерительного преобразователя т = 60 с; скорость дрейфа у = 10 с"1; равномерный вид функций распределения для измерительного преобразователя и АЦП; число отсчетов АЦП в процессе одного измерения п = 120; число измерений N = 100 [21].
На рис.2.6 представлена зависимость максимально допустимой амплитуды скачка А от времени его появления to при постоянном значении отклонения Up, которое характеризует относительное отклонение среднего значения мощности лазерного излучения в присутствии скачка Р от среднего значения мощности в его отсутствие Р0. При этом предполагается, что up = Uc.
Из графиков рис. 2.6 видно, что при появлении скачка мощности лазерного излучения в начале ее воздействия его влияние на конечный результат очень мало, даже если амплитуда скачка достаточно велика (А 1).
Первая методика заключается в следующем. При заданном ир строится серия кривых (рис. 2.5), аналогичных представленным на рис.2.6, для различных значений длительности скачка т/10 At Ют. Для каждого момента времени to (рис.2.5) амплитуда скачка рассчитывается таким образом, чтобы удовлетворялось неравенство Р/Р0 1+ир. (2.3)
Максимальное значение амплитуды скачка ищется в диапазоне 0 А АпихС некоторым постоянным шагом. При этом если отношение Р/Р0 1 + и (условие (2.3) не выполняется), то предыдущее значение амплитуды скачка является максимально допустимым и заносится в массив данных.
Полученный массив данных представлен в виде трехмерной поверхности, изображенной на рис. 2.7. Участок поверхности, координаты по амплитуде которого соответствуют Amax = 0,05, имеет самый темный оттенок. Как видно из графика, с увеличением длительности скачка происходит уменьшение допустимого значения его амплитуды, и при At = Ют значение А стремится к нулю.
Расчет технических и метрологических характеристик структурных звеньев эталонов единицы средней мощности лазерного излучения
Размер единицы средней мощности лазерного излучения передается СИСМ при помощи АПРЕ, в которую входят непрерывные лазеры, разветвляющая и фокусирующая оптика и приемник - "свидетель".
В настоящее время выпускается широкая номенклатура источников лазерного излучения. Основные технические характеристики наиболее распространенных лазеров [28-32] приведены в таблице 3.1. Основными параметрами источников лазерного излучения, которые учитываются при их выборе, являются: выходная мощность, нестабильность и характеристики надежности. ) Как было показано во второй главе, оценка влияния нестабильности источника лазерного излучения на результат измерений осуществляется двухзвенной структурой, состоящей из приемника - "свидетеля" с постоянной времени, как минимум на порядок ниже, чем у эталонного приемника, и АЦП.
В таблице 3.2 приведены быстродействие измерительных преобразователей и СКО, которые могут быть выбраны в качестве приемников — "свидетелей " [33,34]. По условиям поставленных задач время измерений средней мощности лазерного излучения для ГПЭ СМ не должно превышать 15 минут, для РЭСМ 1-1,5 минуты плюс время непосредственной регистрации показаний ЭПИП 2т. Следовательно, постоянная времени ЭПИП для ГПЭ СМ должна находиться в диапазоне 60,0 с тэ й 100,0 с, а приемника — "свидетеля" соответственно 6,0 с тпс 10,0 с; для РЭСМ 6,0 с тэ 10,0 с, 0,6 с тпс 1,0 с.
Для синтеза структурных звеньев АПРЕ были использованы данные, приведенные в таблицах 3.1 и 3.2, а также процедура выбора СКО приемника — "свидетеля" для алгоритма оценки нестабильности мощности лазерного излучения, описанная в разделе 2.3. Остановимся на алгоритме оценки нестабильности мощности подробнее.
При моделировании использовались технические характеристики приемников - "свидетелей", выбранные из таблицы 3.2, а именно их постоянная времени т и СКО, и лазеры с нестабильностью 0,1; 1,0; 2,0; 3,0 и 5,0%, в соответствии с таблицей 3.1.
Из данных таблицы 3.2 видно, что для оценки нестабильности мощности целесообразно использование тепловых приемников, ввиду их-большей точности по сравнению с фотоприемниками.
Соответствующий по параметрам приемник — "свидетель подбирался следующим образом. Для каждого значения нестабильности были проведены модельные эксперименты при различных значениях СКОпс приемника — "свидетеля", для удобства вычисления класс точности АЦП полагался на порядок меньше, чем СКО приемника — "свидетеля". При каждом значении СКОпс определялось максимальное СКОр результата измерений мощности лазерного излучения. СКОпс варьировалось в пределах (0,1% — 5%), его постоянная времени для ГПЭ СМ 6,0 с тпс 10,0 с, для РЭСМ 0,6 с тпс 1,0 с. На рис. 3.2 показана зависимость СКОр от СКОпс, Рис. 3.2а — результаты, полученные для ГПЭ СМ, рис. 3.26 — для РЭСМ. Кривая 1 - при нестабильности 0,1%, кривая 2 - 1,0%, кривая 3 — 2,0%, кривая 4 - 3,0%, кривая 5 - 5,0%.
Семейство кривых, изображенных на рис. 3.2, позволяет при заданном СКОпс установить погрешность, обусловленную влиянием нестабильности мощности лазерного излучения на результат измерений.
Из графика, приведенного на рис. 3.2, видно, что чем ниже точность приемника - "свидетеля", тем погрешность результата расчета мощности лазерного излучения выше.
Было установлено, что для оценки и учета влияния нестабильности на результат измерений мощности лазерного излучения при собственной нестабильности лазера, лежащей в пределах 0,1 - 2,0%: - для ГПЭ СМ СКОпс должно находиться в пределах 0,1% - 1,0%, его постоянная времени 6,0 с тпс 10,0 с, а для максимально допустимой для ГПЭ СМ погрешности, обусловленной нестабильностью лазерного излучения, Sraax - 0,07%; - для РЭСМ СКОпс должно находиться в пределах 0,1% - 2,0%, его постоянная времени 0,6 с тпс 1,0 с, максимальная погрешность Srmax = 0,2%;
Характеристики составных частей ГПЭ СМ
Устройство измерений относительного уровня мощности фиксирует возможную нестабильность средней мощности лазерного излучения во время передачи размера единицы средней мощности поверяемым средствам измерений.
Устройство работает следующим образом. На вход ДОУ с помощью светоделительной пластины отводится часть лазерного излучения; сигналы ДОУ измеряются одновременно с сигналами ЭПИП. В функции ДОУ входит регистрация нестабильности мощности лазерного излучения в процессе воспроизведения единицы средней мощности и передачи ее размера. При этом нестабильность мощности за измерительный цикл не должна превышать ±3,0%. Устройство включает в себя собственно ДОУ и узел плоскопараллельной пластины. В качестве ДОУ используется термоэлемент типа РТН, работающий в спектральном диапазоне (0,4-12,0) мкм. Термоэлемент устанавливается в пассивном термостате и подключается к измерительной аппаратуре. В РЭСМ установлены два ДОУ, один из которых предназначен для работы в спектральном диапазоне (0,4+2,0)мкм, а другой -(2,0+12,0)мкм.
В качестве средства измерений выходных сигналов в ДОУ используется система аналого-цифрового преобразования для низкочастотных измерений АД7714-5, которая принимает сигналы с низким уровнем непосредственно от измерительного преобразователя (аналогично цифровому вольтметру) и выдает цифровое слово-результат преобразования в последовательном формате. В АД7714-5 используется сигма-дельта метод преобразования, что позволяет достичь разрешения до 24 разрядов без пропущенных кодов.
Входной сигнал подается на входной каскад с программируемым усилением, построенный на основе аналогового модулятора. Выходной " сигнал модулятора обрабатывается внутренним цифровым фильтром. Первая частота режекции этого цифрового фильтра программируется через внутренние управляющие регистры, что позволяет регулировать граничную частоту фильтра и время установления. АД7714-5 имеет последовательный интерфейс, который может работать и в трехпроводной конфигурации. Установка коэффициента усиления и полярности сигнала, а также выбор канала выполняются программно через последовательный порт. В АД7714-5 реализованы функции автокалибровки, системной калибровки и фоновой калибровки: можно также считывать и записывать внутренние калибровочные регистры.
АД7714-5 имеет погрешность ±0,0015% и малые шумы (среднее квадратическое значение 140 нВ). Погрешность на концах шкалы и эффекты температурного дрейфа устраняются внутренней автокалибровкой, при которой корректируются погрешности нуля и полной шкалы.
В основу работы измерительного преобразователя положен калориметрический принцип, суть которого заключается в генерации термоЭДС, прямо пропорциональной количеству выделяемого в приемном элементе калориметра теплового потока под воздействием лазерного излучения.
Поток излучения попадает в приемную полость, выполненную в виде медного конуса, имеющего диаметр основания 10 мм и угол при вершине 15, поглощается в нем и преобразуется в тепло. Внутренняя поверхность конуса покрыта краской, имеющей высокий коэффициент поглощения в спектральном диапазоне от 0,2 до 15 мкм.
Поглощенное тепло перетекает на наружную поверхность конуса, где расположена термоэлектрическая батарея, ветви которой выполнены из высокоэффективных термоэлектрических материалов. Горячие спаи термопар расположены на приемном конусе, а холодные - на пассивном термостате.
Тепловой поток в корпусе преобразуется термобатареей в полезный электрический сигнал. Здесь же на наружной поверхности конуса расположена манганиновая обмотка электрического нагревателя (обмотка замещения). Термоэлектрическая батарея и обмотка замещения расположены так, что обеспечивается практически полная эквивалентность воздействия электрической и оптической мощностей, т.е. коэффициент эквивалентности замещения близок к единице.
Для компенсации влияния теплового фона в составе ЭПИП имеются два близких по своим характеристикам калориметра, термобатареи которых включены навстречу друг другу. Схема устройства измерительного преобразователя ЭПИП приведена на рис. 4.2. Основные технические характеристики измерительного преобразователя ЭПИП представлены в табл. 4.5.
