Оптическая малогабаритная мера плоского угла на основе мультиплексных голографических брэгговских решеток в фото-термо-рефрактивном стекле для систем углового позиционирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.07, кандидат наук Доан Ван Бак

• Доан Ван Бак
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Доан Ван Бак

ОГЛАВЛЕНИЕ

Обозначения и сокращения

Введение

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1. Методы измерения углов, угловые меры

1.1.1 .Методы измерения плоских углов

1.1.2. Угловые меры

1.2. Меры плоского угла

1.2.1 .Государственный эталон

Вторичные эталоны

1.2.2. Углоизмерительные устройства

1.2.3. Универсальный бесконтактный малогабаритный измеритель плоского угла

1.2.4. Радиальные голографические дифракционные решетки

1.2.5. Фотоэлектрический голографический преобразователь угловых перемещений

1.2.6. Оптические угловые энкодеры RESR и RESM

1.2.7. Правильная многогранная оптическая отражающая призма

1.2.8. Голографическая мера плоского угла

1.2.8.1. Схемы голографических призм

1.2.7.2. Флюорит для голографической призмы

1.3. Фото-термо-рефрактивное стекло: общая характеристика

1.4. Вывод по главе

Глава 2. МЕТОД РАСЧЕТА ЗАПИСИ МУЛЬТИПЛЕКСНЫХ РЕШЕТОК В ФОТО-ТЕРМО-РЕФРАКТИВНОМ СТЕКЛЕ

2.1. Расчет характеристик мультиплексных решеток, записанных в ФТР стекле

2.2. Расчет углов записи мультиплексных решеток в ФТР стекле

2.3. Схема записи мультиплексных голограмм в ФТР стекле

2.4. Комбайнер оптического излучения на основе ФТР стекла

2.5. Выводы по главе

Глава 3. МЕРА ПЛОСКОСГО УГЛА НА ОСНОВЕ МУЛЬТИПЛЕКСНЫХ РЕШЕТОК В ФОТО-ТЕРМО-РЕФРАКТИВНОМ СТЕКЛЕ

3.1. Параметры записи голографической призмы на ФТР стекле

3.2. Схемы записи и считывания мультиплексных решеток голографической призмы в ФТР стекле

3.3. Исследование мультиплексных голограмм, записанных на ФТР стекле66

3.4. Принципиальная схема меры плоского угла на ФТР стекле

3.5. Мера плоского угла на ФТР стекле

3.6. Выводы по главе

Глава 4. ВЛИЯНИЕ ПОРЕШНОСТИ ЗАПИСИ И ЧТЕНИЯ МЕРЫ ПЛОСКОГО УГЛА, И ЦЕНТР ВЕЕРА ЛУЧЕЙ

4.1. Влияние погрешности в установке образца при записи и считывании мультиплексных голограмм на характеристики меры плоского угла

4.1.1 Влияние погрешности в установке образца при повороте ГП меры плоского угла вокруг Ох и Оу

4.1.1.1 Влияние погрешности в установке образца при записи решеток на угол между двумя записывающими лучами

4.1.1.2 Влияние погрешности в установке образца при записи на направление решеток внутри ГП меры плоского угла

4.1.1.3 Влияние погрешности в установке образца при считывании на параметры меры плоского угла

4.1.2 Влияние погрешности в установке образца на этапе записи голограмм при одновременном повороте ГП меры плоского угла вокруг Ох и Оу

4.2. Определение центра веера лучей

4.3. Выводы по главе

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Обозначения и сокращения

ПУ - плоский угол

УМ - угловая мера

УЛ - угольники лекальные

УЛП - угольники лекальные плоские

УЛЦ - угольники лекальные цилиндрические

УП - угольники слесарные плоские

УШ - угольники слесарные с широким основанием

УН - универсальные нониусные

СИ - средство измерений

ГПЭ - государственный первичный эталон

КЛ - кольцевой лазер

РГДР - радиальные голографические дифракционные решетки

ГП - голографическая призма

ЦО - центр окраски

ДЭ - дифракционная эффективность

ФТР - фото-термо-рефрактивный

ПП - показатель преломления

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптическая малогабаритная мера плоского угла на основе мультиплексных голографических брэгговских решеток в фото-термо-рефрактивном стекле для систем углового позиционирования»

Введение

Актуальность работы

При решении ряда задач углового позиционирования приборов, комплексов и платформ нередко требуется проведение угломерных/углозадающих работ в условиях ограниченного пространства или осуществление поверки (калибровки) угломерных/углозадающих приборов на месте их базирования. Поэтому весьма актуальными становятся задачи по миниатюризации угломерных/углозадающих устройств, а также внедрению в состав приборов встроенных средств поверки или калибровки (рабочих эталонов угла). В последние десятилетия благодаря развитию микроэлектроники и технологии создания новых функциональных материалов, многие угломерные/углозадающие устройства стали весьма компактными (с характерным размером несколько сантиметров). В то же время обзор характеристик таких устройств показывает, что принцип их работы и конструкция обеспечивают их применимость лишь для ограниченного круга задач, а в ряде случаев их применение невозможно в силу условий окружающей среды или наличия помех (например, электрических или магнитных).

Таким образом, остается актуальной разработка новых подходов, принципов и технологий создания малогабаритных высокоточных оптических угломерных/углозадающих устройств, которые могут использоваться, во-первых, как важнейший элемент широкого спектра угломерных/углозадающих приборов и комплексов, а во-вторых, в качестве рабочего экспресс-эталона угла (после соответствующей калибровки по одному из первичных эталонов). Использование методов оптической голографии является одним из путей создания новых угломерных/углозадающих устройств с высокими точностными

характеристиками, что определяется высокими значениями угловой и спектральной селективности объемных брэгговских решеток [1], на основе которых создаются дифракционные оптические элементы.

В работах [2-4] был предложен новый оптический элемент - мера плоского угла (ПУ) (голографическая призма - ГП), созданная на основе аддитивно окрашенных кристаллов фторида кальция. При падении на ГП референтного луча образуется система дифрагированных лучей. Эти лучи могут возникать одновременно (веер лучей) или поочередно при повороте ГП [2]. На основе ГП могут быть созданы углоизмерительные/углозадающие приборы, удовлетворяющие трем противоречивым требованиям -компактность, высокая дискретность и точность угловых измерений. Однако применение фторида кальция в качестве голографической среды выявило ряд существенных недостатков данного материала: необходимость в большой энергии экспозиции (до 20 кДж/см2) и повышенной температуры (~200оС) при записи голограмм, наличие поглощения в видимом диапазоне спектра (коэффициент поглощения до 30 см-1), малый динамический диапазон изменения показателя преломления (1111) (Дп менее 10-4), который обуславливает малую дифракционную эффективность (единицы %), малое число мультиплексных голограмм (не более 6), а также большую толщину ГП (~ 10 мм).

Актуальность диссертационной работы состоит в том, что она посвящена разработке малогабаритной оптической меры плоского угла для систем углового позиционирования на основе мультиплексных объемных брэгговских решеток, записанных в голографическом материале - фото-термо-рефрактивном (ФТР) стекле. ФТР стекло - это новый фоточувствительный материал, в котором при воздействии излучения и последующей термообработке происходит изменения ПП (Дп ~ 10-3) за счет различия ПП нанокристаллов фторида натрия, которые выделяются в результате фото-термо-индуцированной кристаллизации стекла, и ПП

матрицы стекла. Это позволяет реализовать запись информации в виде объемных фазовых голограмм для создания комбайнеров лазерных лучей, спектральных демультиплексоров/мультиплексоров, пространственных и спектральных фильтров и т.д., которые часто используются в лазерных и телекоммуникационных системах. Таким образом, применение ФТР стекла в качестве голографической среды для создания малогабаритной меры плоского угла позволяет избавиться от недостатков аддитивно окрашенного кристалла фторида кальция, а именно, упростить процесс создания ГП и улучшить ее параметры: увеличить число дифрагированных лучей-каналов и дифракционную эффективность голограмм, уменьшить толщину ГП [5, 6].

Цель работы

Разработка и создание оптической малогабаритной меры плоского угла на основе мультиплексных объемных брэгговских решеток, записанных в фото-термо-рефрактивном стекле, для систем углового позиционирования.

Задачи исследования

1. Расчет параметров записи мультиплексных брэгговских решеток в фото-термо-рефрактивном стекле.

2. Создание схем записи и считывания мультиплексных брэгговских решеток в фото-термо-рефрактивном стекле.

3. Разработка методики расчета положения точки пересечения дифрагированных лучей меры плоского угла.

4. Анализ влияния отклонений условий записи и считывания от расчетных на параметры меры плоского угла.

5. Создание макетных образцов меры плоского угла в фото-термо-рефрактивном стекле и их тестирование.

Методы исследования

Для решения поставленных задач были использованы аналитические методы научных положений теории измерения плоского угла, голографические методы записи и измерения характеристик мультиплексных брэгговских решеток, а также математические методы расчета записи и анализа параметров угловой меры плоского угла.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые:

1. Предложено использовать фото-термо-рефрактивное стекло в качестве голографического материала для создания малогабаритной меры плоского угла на основе мультиплексных объемных брэгговских решеток.

2. Проведен расчет положения точки пересечения дифрагированных лучей меры плоского угла.

3. Предложена методика расчета и проведен анализ влияния погрешности записи и считывания мультиплексных брэгговских решеток, записанных в фото-термо-рефрактивном стекле, на параметры меры плоского угла.

4. Разработана методика, которая позволяет записывать мультиплексные голограммы с заданной дифракционной эффективностью, что дает возможность идентифицировать дифракционные каналы.

5. Создан макетный образец меры плоского угла на основе мультиплексных брэгговских решеток, записанных в фото-термо-рефрактивном стекле. Количество брэгговских решеток достигает 21, угол между крайними лучами веера составляет 50° с угловым расстоянием между соседними лучами 2,5°. Это позволяет увеличить число лучей (отсчетов) с возможностью обеспечения высокой дискретности по сравнению с голографической призмой на флюорите.

Основные положения, вносимые на защиту

1. При записи в фото-термо-рефрактивном стекле большого числа мультиплексных голограмм с одинаковой дифракционной эффективностью экспозиция отдельной голограммы определяется следующим соотношением: J/N, где N - количество голограмм, J - экспозиция в случае записи одиночной голограммы, которая позволяет достичь максимальной амплитуды первой гармоники показателя преломления.

2. Предложенная конструкция меры плоского угла с использованием фото-термо-рефрактивного стекла позволяет увеличить число лучей (отсчетов) с возможностью обеспечения высокой дискретности за счет возможности записи в локальном объеме стекла десятков мультиплексных брэгговских решеток.

3. Предложенная методика расчета погрешности записи и считывания мультиплексных брэгговских решеток в фото-термо-рефрактивном стекле определяет связь погрешности при установке образца в момент записи и считывании (углы наклона) с параметрами веера (плоскостность, угловое расстояние между соседними и крайними лучами).

4. Веер с одинаковыми угловыми расстояниями между лучами, образованный несколькими (более 2) мультиплексными голограммами, не имеет единого истока лучей, что приводит к тому, что каждая пара дифрагированных лучей имеет свою точку пересечения. Предложенный расчет положения точки пересечения дифрагированных лучей меры плоского угла позволяет построить карту истоков лучей веера относительно центра считывающего луча и, таким образом, осуществлять калибровку угловой меры.

Теоретическая и практическая значимость работы

1. Показано, что на основе фото-термо-рефрактивного стекла возможно создание малогабаритных голографических мер плоского угла, которые можно использовать для аттестации углозадающий/углоизмерительных систем.

2. Предложена конструкция меры плоского угла с использованием фото-термо-рефрактивного стекла, позволяющая увеличить число лучей (отсчетов) с возможностью обеспечения высокой дискретности, за счет возможности записи в локальном объеме стекла десятков мультиплексных брэгговских решеток.

3. Предложена методика расчета погрешности записи и считывания мультиплексных брэгговских решеток в фото-термо-рефрактивном стекле, которая позволяет определять связь погрешности при установке образца в момент записи и считывании с параметрами веера (плоскостность, угловое расстояние между соседними и крайними лучами).

4. Предложен метод расчета положения точки пересечения дифрагированных лучей меры плоского угла, позволяющий построить карту истоков лучей веера относительно центра считывающего луча и, таким образом, осуществлять калибровку угловой меры.

5. Показано, что при записи в фото-термо-рефрактивном стекле большого числа мультиплексных голограмм с одинаковой дифракционной эффективностью экспозиция отдельной голограммы определяется следующим соотношением: J/N, где N - количество голограмм, J - оптимальная экспозиция в случае записи одиночной голограммы, которая позволяет достичь максимальной амплитуды модуляции показателя преломления.

6. Создан макетный образец малогабаритной меры плоского угла в фото-термо-рефрактивном стекле, который по своим техническим характеристикам превосходит известные аналоги.

Достоверность результатов работы подтверждается использованием обоснованных голографических методов и численных методов расчета, согласованием полученных теоретических результатов с собственными экспериментальными результатами и экспериментальными результатами других авторов.

Личный вклад автора

Все результаты исследований, изложенные в данной работе выполнены лично автором или в соавторстве. Результаты, составляющие новизну диссертационной работы и выносимые на защиту, получены при непосредственном участии автора.

Публикации

Результаты работы опубликованы в 12 научных трудах: 3 статьи в изданиях из перечня ВАК и 2 статьи в изданиях, включённых в международную базу цитирования Scopus и Web of Science, 7 - в материалах конференций и сборниках тезисов докладов.

Структура и объём работы

Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка использованной литературы. Диссертация содержит 109 страниц, 55 рисунок и 9 таблиц.

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

Сегодня для многих направлений науки и техники все более актуальными становятся задачи измерения плоского угла (ПУ) с высокой точностью. Примерами таких направлений могут быть: точное машиностроение (производство воздушной, морской и космической техники, станкостроение, робототехника, технологическое обеспечение электронной промышленности и др.), приборостроение (создание высокоточных приборов для навигации и управления наземным, воздушным и морским движением), а также обеспечение функционирования и безопасной эксплуатации транспортных объектов, космической, глубоководной и скважинной аппаратуры, проведение геодезических, строительных и маркшейдерских работ. В вышеперечисленных производствах, а также для эксплуатации многих объектов требуется измерять ПУ с погрешностью порядка 1" и менее.

Способы и методики задания и измерения углов весьма разнообразны и варьируются от достаточно простых, использующих стандартный измерительный инструмент, до сложных, требующих применения высококачественной аппаратуры, проведения большого количества измерений и/или математической обработки. Соответственно, различается точность, стабильность и воспроизводимость получаемых результатов измерений.

Рассматриваемые в настоящей главе оптические методы и угловые меры углоизмерения/углозадания относятся к высокоточным и используются при создании и функционировании как отдельных приборов и узлов, так и целых углоизмерительных комплексов во многих отраслях промышленности, техники и технологии.

1.1. Методы измерения углов, угловые меры 1.1.1. Методы измерения плоских углов

Методы измерения плоских углов (ПУ) разделятся на 3 следующих основных вида [7-8]: метод сравнения с жесткими эталонными (контрольными) инструментами; гониометрический метод; и тригонометрический метод.

- Метод сравнения с жесткими эталонными (контрольными) инструментами

а б в

Рисунок. 1.1. Измерение углов с жесткими эталонными инструментами: угольник (а), коническая калибр-пробка (б), угловая призматическая плитка

(в) [7]

На рисунке 1.1 представлены схемы методов сравнения измеряемых углов изделий В с углом жестких образцовых мер А.

На рисунке 1.1, а в качестве образцовой меры используют угольник 90°, на рисунке 1.1, б - конический калибр-пробку и на рисунке 1.1, в - угловую призматическую плитку.

Просвет р используется для измерения угла изделия В путем сравнения этого угла с углом угольника А (рисунок 1.1, а). Угловая разница между углом изделия и углом угольника определяется отношением р к длине Н. Т.к. величина Н неизменна, величина р может использоваться в качестве меры угловых отклонений. Просвет р наблюдается как у вершины угла если угол угольника больше угла изделия, так и у конца угольника если угол угольника меньше угла изделия.

Сущность метода измерения внутреннего конуса В, соответствующего рисунку 1.1. б, состоит в определении степени касания конических поверхностей калибра-пробки [9-10] и изделия друг к другу. Для этого одинаковый слой специальной краски наносят на калибр-пробку. Окрашенный калибр вводят в коническую полость изделия и вращают в ней. Проверка заключается в определении равномерности снятия слоя краски с калибра-пробки по всей высоте Ь. Это является критерием надежного касания двух конических поверхностей.

Отклонение угла измеряемого изделия от угла калибра-пробки можно определить данным методом при неравномерности снятия слоя краски. При этом толщина слоя краски не будет компенсировать величину отклонения одной поверхности от остальной из-за неравенства углов.

На рисунке 1.1, в представлена схема метода измерения угла с помощью меры угла - призматической угловой плитки. Мера А устанавливается на трех жестких упорах. При повторной установке, она будет приведена в начальное положение. При этом, индикатор, измерительный наконечник, соприкасающийся со стороной меры на ее краю, должен показать один и тоже отсчет при каждой установке меру в это положение. Для этого, вместо меры А будет установлено изделие В, имеющее точно такой же угол а. Если углы меры и изделия не одинаковы, то отсчет индикатора будет отличаться от отсчета при установке меры на величину, равную:

р = дат

Так как т постоянно для данных условий измерений, шкала индикатора будет отградуирована в угловых величинах. Такая величина поможет определить отклонение измеряемого угла изделия В прямо по шкале индикатора. Сумма действительного значения угла меры А и измеренного значения отклонения 5а составляет величину измеряемого угла.

- Гониометрический метод: Сущность данного метода [11-14] заключается в сравнении шкалы лимба, встроенного в прибор с измеряемым углом (рисунок 1.2).

Рисунок. 1.2. Схема измерений угла гониометрическим методом [11]

Предположим, что измеряемое изделие (abc) крепко связано с лимбом E. Отчет по недвижному указателю d берут в положении относительно плоскости 1. После этого лимб вращают до положения, в котором грань bc угла а совпадет с положением, в котором находилась грань ab до поворота, или с с другой плоскостью, ей параллельной. При этом отсчет вновь берут по указателю. Таким образом, лимб будет повернут на угол в - угол между нормалями к граням угла. Угол в равен разности отсчетов до и после вращения лимба. При этом измеряемый угол а определяется как: а = 180° - в.

1

d

- Тригонометрический метод

Рисунок 1.3. Схема измерения конусного калибра на синусной линейке с индикатором: А - поверочная плита [15]

Тригонометрический метод [15-19] используют для относительной проверки угла. К числу приборов для данного метода измерения угла относится синусная линейка.

Синусная линейка установлена на 2 роликах (рисунок 1.3). Расстояние Ь между ними является расчетным размером. Угол наклона определяется следующим соотношением:

где И - разница в высоте роликов поверочной плиты.

Таким образом, можно определить угол наклона а, если известны величина И и расстояние Ь.

а = этап

(1.1)

1.1.2. Угловые меры

Угловые меры (УМ) [20-24], с которыми сравнивают измеряемый ПУ, делятся на следующие основные типы: - угловые призматические меры,

- поверочные угольники,

- калибры-втулки и скобы,

- угломеры, микроскопы и делительные головки

- уровни.

- Угловые призматические меры [25] служат для градуировки углоизмерительных приборов, сохранения и передачи единицы ПУ, а также для прямых измерений. Они выпускаются в виде комплектов плит толщиной 5 мм с градацией 2°, 1°, 1', 15". Комплекты состоят из 93 плит с номинальными углами до 90° (рисунок 1.4). УМ изготавливают 3 классов точности - 0, 1 и 2.

Рисунок 1.4. Призматические УМ: а - УМ с 1 рабочим измерительным углом (а) со срезанной вершиной 1-ого типа; б - УМ с 1 рабочим измерительным углом (а) остроугольного 11-ого типа; в - УМ с 4 рабочими измерительными углами (а, в, у и 5) Ш-его типа; г - многогранные призмы с разным числом граней 1У-ого типа; д - УМ с 3 рабочими измерительными углами (а, в и у) У-ого типа; е - специальные струбцины [25] Поверочные угольники [26] служат для контроля изделий при монтаже или сборке, для разметки и проверки прямых углов и т.д. Существуют

следующие типы поверочных угольников: лекальные (УЛ) (рисунок 1.5, а); лекальные плоские (УЛП) (рисунок 1.5, б); лекальные цилиндрические (УЛЦ) (рисунок 1.5, в); слесарные плоские (УП) (рисунок 1.5, г) и слесарные с широким основанием (УШ) (рисунок 1.5, д).

Рисунок 1.5. Типы поверочных угольников Б, В - измерительные плоскости угольников; Г, Ж - опорные плоскости; Е -

боковые плоскости [26]

Калибры-втулки и калибры-скобы [27] служат для контроля наружных конусов и внутренних конических поверхностей, соответственно.

Риска Риска

а б

Рисунок 1.6. Калибр-втулка (а) и ее применение (б) [27]

Рисунок 1.7. Калибр-пробка (а) и ее применение (б) [27]

Угломеры, микроскопы, делительные головки и другие приборы используются для абсолютных измерений величины угла прямо в угловых единицах. Наиболее популярными являются нониусные угломеры, которые бывают двух типов: универсальные нониусные (УН) (рисунок 1.8) и транспортирные типа УМ (рисунок 1.9) [28, 29]. УН служат для измерения внутренних и наружных углов. При измерениях наружных углов используются транспортирные угломеры типа УМ.

Рисунок 1.8. Универсальные нониусные угломеры (УН): 1, 10 - линейка; 2 -угольник; 3, 6 - хомутик; 4 - полудиск; 5 - винт; 7 - прижим; 8 - нониус; 9 -

пластинке [28]

Рисунок 1.9. Транспортирные угломеры типа УМ: 1 - нониус; 2 -микрометрическое подало; 3 - стопор; 4 - сектор; 5 - ось; 6 - подвижная линейка; 7 - специальный угольник; 8 - основание; 9 - неподвижная линейка

[29]

Уровни различного рода используются для проверки вертикальности и горизонтальности цилиндрических и плоских поверхностей, и для оценки угла отклонений заданных поверхностей деталей от реальных.

Рисунок 1.10. Уровень с 2 ампулами: одна ампула размещена перпендикулярно оси, другая — вдоль [20]

1.2. Меры плоского угла

1.2.1. Государственный эталон

Государственный первичный эталон (ГПЭ) [30] используются для восстановления, хранения и передачи единицы ПУ при использовании вторичных образцовых и эталонных СИ рабочим инструментам измерений, используемым в народном хозяйстве, для обеспечений единства измерения в стране.

В основу измерения ПУ положена единица, восстанавливаемая указанным эталоном.

ГПЭ включает в себя интерференционный экзаменатор для восстановления и передачи единицы в диапазоне маленьких углов, 12-гранную кварцевую оптическую отражательную призму для проверки стабильности эталона и угломерную автоколлимационную установку для передачи размера единицы.

Значение ПУ, восстанавливаемое эталоном, находится в диапазоне [0-360°] с дискретностью 10°.

ГПЭ воспроизводит единицу измерения со средним квадратическим отклонением результатов измерения ПУ, не больше 0,01 секунд при 132 комплексных относительных измерениях 12-гранной оптической отражательной призмы. При этом неисключенная систематическая погрешность результата измерений ПУ не превышает 0,02 секунд.

Для обеспечения восстановления единицы ПУ с вышеуказанной точностью измерения должны быть соблюдены правила использования и хранения эталона, утвержденные в [30].

ГПЭ используется для передачи размера единицы ПУ вторичным эталонам методом непосредственных (совокупных) измерений.

Вторичные эталоны

Многогранные кварцевые призмы [31] и автоколлиматор используются в качестве эталонов измерения ПУ.

Среднее квадратическое отклонение результатов сравнений эталонов измерения ПУ с первичным эталоном находится в диапазоне [0,015 - 0,04] секунд.

Эталоны сравнения ПУ используются для международных сравнений и передачи размера единицы рабочим эталонам (интерференционным экзаменаторам и автоколлимационным установкам) методом непосредственных измерений.

В качестве рабочих эталонов используются автоколлимационные установки, многогранные кварцевые призмы, и интерференционные экзаменаторы.

Значение средних квадратических отклонений результатов сравнений рабочих эталонов с первичным эталоном находится в диапазоне 0,03 - 0,08 секунд.

Рабочие эталоны используются для контроля образцовых многогранных кварцевых призм, образцовых угломерных установок, и образцовых автоколлиматоров первого разряда и рабочих фотоэлектрических автоколлиматоров (методом непосредственных измерений); рабочих круговых делительных машин и углоизмерительных делительных приборов с А = 0,25 и 0,5 секунд - прямым сравнением.

Вторичный эталон ПУ предназначен для: получения единицы ПУ от государственного эталона ГЭТ 22-80; хранения, восстановления и передачи единицы ПУ рабочим эталонам и высокоточным рабочим СИ согласно утвержденному перечню; и передачи единицы ПУ рабочим эталонам [32].

Эталон состоит из транспортируемых и стационарных комплектов. Стационарный комплект используется для хранения, воспроизведения и передачи единицы ПУ в статическом и/или динамическом режимах рабочим эталонам первого и второго разрядов. Комплект включает в себя 4

самостоятельные установки: автоматизированной углоизмерительной и установок для проверки тахеометров и теодолитов, нивелиров, уровней. Транспортируемый комплект используется для хранения и передачи потребителям единицы ПУ в статическом режиме рабочим эталонам первого и второго разрядов. Комплект включает набор многогранных оптических призм, эталон сравнения единицы ПУ и эталон-переносчик единицы ПУ.

1.2.2. Углоизмерительные устройства

Автоматизированная углоизмерителъная установка используется для хранения, воспроизведения и передачи единицы ПУ высокоточным рабочим СИ и рабочим эталонам на месте эксплуатации вторичного эталона ПУ, а именно: автоколлиматорам различного типа, многогранным призмам и измерительным преобразователям угла.

Установка реализует 3 режима воспроизведения единицы ПУ: статический, динамический при постоянной и переменной угловых скоростях.

Рисунок 1.11. ГПЭ единиц линейного ускорения и ПУ при угловых перемещениях твердого тела [33]

1 2

Рисунок 1. 12. Схема гониометра: 1 - коллиматор, 2 - зрительная труба, 3 - столик, 4 - юстировочные винты, 5 - лимб, 6 - вертикальная ось, 7 - алидада, 8 - основание [33]

Измерительная схема установка с измерительными преобразователями угла состоит из: кольцевого лазера (КЛ) с масштабным коэффициентом порядка 106 импульсов на оборот и оптического датчика угла c шкалой, создаваемой голографическими методами [33, 34].

Систематические составляющие погрешности двух измерительных преобразователей угла могут быть определены процедурой кросс-калибровки благодаря наличию обоих преобразователей в измерительной системе. Оптический датчик угла, являющийся средством хранения единицы ПУ, применяется при ее передаче высокоточным рабочим СИ и рабочим эталонам. Аппаратуру передачи единицы ПУ рабочим эталонам представляют три другие следующие установки:

Установка для контроля уровней используется для передачи им единицы ПУ. В основу ее работы положен принцип действия экзаменатора в виде балки один конец которой закреплен, закрепленным шарнирно на неподвижном основании. На балке устанавливается рабочая площадка, на которой размещается поверяемый прибор. Требуемое увеличение угла наклона балки, а вместе с ней и рабочей площадки задается смещением ее подвижного конца на нужную величину.

Установка для контроля тахеометров и теодолитов предназначена для передачи единицы ПУ геодезическим СИ углов [35, 36]. Принцип ее работы заключается в сравнении углов между гранями эталонной многогранной оптической призмы и углов, измеренных контролируемым прибором. Установка может воспроизводить как вертикальные, так и горизонтальные углы. Сравнения углов осуществляются независимо друг от друга по горизонтальной и вертикальной призмам, соответственно.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Доан Ван Бак, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Объемная фазовая голограмма и способ ее получения: патент на изобретение РФ № 2168707: МПК G01H1/00 / В.И. Суханов, Н.С. Шелехов, А.М. Курсакова, заявка 97115684/28, опубл. 10.06.2001.

2. Грановский, В.А. Новый оптический элемент - "Голографическая призма". I. Принцип действия и экспериментальная реализация / В.А. Грановский и др. // Оптика и спектроскопия. — 2009. — Т. 106. — № 5. — С. 855.

3. Ангервакс, А.Е. Новый оптический элемент - "Голографическая призма". II. Методика измерений воспроизводимых углов / А.Е. Ангервакс и др. // Оптика и спектроскопия. — 2010. — Т. 108. — № 5. — С. 871.

4. Ангервакс, А.Е. Новый оптический элемент - "Голографическая призма". III. Экспериментальная реализация голографической призмы модификации II. Сравнительная характеристика двух модификаций голографической призмы с точки зрения ее применений / А.Е. Ангервакс и др. // Оптика и спектроскопия.

— 2012. — Т. 112. — № 2. — С. 343.

5. Ангервакс, А.Е. Голографическая призма на фото-термо-рефрактивном стекле: Требования и возможности / А.Е. Ангервакс и др. // Оптика и спектроскопия - 2017. -Т. 123. № 6. С. 963-969.

6. Ivanov, Okun' R.A. Holographic prism based on photo-thermo-refractive glass / S.A. Ivanov, A.E. Angervaks, Doan Van Bac, N.V. Nikonorov // Proc. SPIE. — 2017.

— V. 10329. — P. 103292Z.

7. Скуратов, Д.Л. Технические измерения и контроль при производстве деталей в машиностроении: лаб. Практикум / Д.Л. Скуратов и др. - Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2007. — 160 с.: ил.76.

8. Бачиш, Е.А. Методы воспроизведения единицы плоского угла / Е.А. Бачиш // Гироскопия и навигация. — 2006. — № 2 (53). — С. 105.

9. Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. / В.И. Анурьев, Под ред. И. Н. Жестковой. — 8-е изд., перераб. и доп.. — М.: Машиностроение, 2001.

10. Перля, З.Н. О стаках и калибрах / З.Н. Перля — М.: Трудрезервиздат, 1952. — С. 184.

11. Ачеркана, Н.С. Справочник металлиста / Н.С. Ачеркана. — М.: Издательство «Машиностроение», Том 2.

12. Вайнштейн, Б.К. Гониометрия / Б. К. Вайнштейн // Современная кристаллография. — М.: Наука, 1979. — Т. 1. — С. 198.

13. Vainshtein B.K. Fundamentals of the Theory of Symmetry / B.K. Vainshtein // Fundamentals of crystals: Symmetry, and methods of structural crystallography. -2nd ed. - Berlin: Springer-Verlag, 2013. - P. 93.

14. Виноградов И.М. Гониометрия. Математическая энциклопедия / И.М. Виноградов. - М.: Советская энциклопедия, 1977. - Т. 1.

15. Черток, Б.Е. Технология металлов и конструкционные материалы / Б.Е. Черток, В.Л. Пермяков. -М.: Издательство «Машиностроение», 1964.

16. Boyer, Carl B. A History of Mathematics / Carl B. Boyer. - Second Edition. — John Wiley & Sons, Inc., 1991.

17. Christopher, M. Linton. From Eudoxus to Einstein: A History of Mathematical Astronomy / M. Linton. Christopher. - Cambridge University Press, 2004.

18. Weisstein, Eric W. Trigonometric Addition Formulas / Eric W. Weisstein. — Wolfram MathWorld. Weiner.

19. Кожеуров, П.А. Тригонометрия / П.А. Кожеуров. — М.: Физматгиз, 1963.

20. Егоров, В.Ф. Технические измерения / В.Ф. Егоров. Курс лекций. ВГПУ.

21. ГОСТ 2875—62. Меры угловые призматические. Издания. Государственный стандарт союза ССР. — М.: Издательство стандартов, 1976

22. Эйдинов, В.Я. Измерение углов в машиностроении / В.Я. Эйдинов. — М., 1963.

23. Широков, К.П. Общие вопросы метрологии / К.П. Широков. — М., 1967.

24. Маликов, С.Ф. Введение в метрологию / С.Ф. Маликов, Н.И. Тюрин. — М. 2 изд., 1966.

25. ГОСТ 2875—88. Меры плоского угла призматические. Общие технические условия. Издания. Государственный стандарт союза ССР. — М.: Издательство стандартов, 1989 — 5 с.

26. ГОСТ 3749—77 Угольники поверочные 90°. Технические условия. Издания. Государственный стандарт союза ССР. — М.: Издательство стандартов, 1990.

27. Яковлев, В.Н. Справочник слесаря-монтажника / В.Н. Яковлев. — М.: Машиностроение, 1983. — 464 с.

28. Лермантов, В.В. Верньер или нониус / В.В. Лермантов. — СПб. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона, 1890 — 1907. 86 т. (82 т. и 4 доп.).

29. Левандовский, Б.А. Шкалы и верньерные устройства / Б.А. Левандовский. — М. — Л.: Госэнергоиздат, 1952. — 74 с.

30. ГОСТ 8.016—81. Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений плоского угла. Издания. Государственный стандарт союза ССР. — М.: Издательство стандартов, 1981.

31. ГОСТ 8.016-75 Государственная система обеспечения единства измерений. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений плоского угла. Издания. Государственный стандарт союза ССР. — М.: Издательство стандартов, 1976.

32. Янковский, А.А. Вторичный эталон плоского угла: состояние и направления развития / А.А. Янковский, А. В. Плотников, К.Б. Савкин, И.В. Козак // Измерительная техника №7. — 2012. — С. 30.

33. Димов, Ю.В. Метрология, стандартизация и сертификация: Учебник для вузов. 3-е изд / Ю.В. Димов. - СПб.: Питер, 2010. - 464с.

34. Агапов, М.Ю. Лазерные гониометрические системы для калибровки преобразователей угла / М.Ю. Агапов, М.Н. Бурнашев, Д.П. Лукьянов, П.А. Павлов, Ю.В. Филатов // Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ" 3/2008.

35. ГОСТ Р 51774—2001 Тахеометры электронные. Общие технические условия. Издания. Государственный стандарт Российской Федерации. — М.: ИПК Издательство стандартов, 2001.

36. ГОСТ 10529—96. Теодолиты. Общие технические условия. Издания. Межгосударственный стандарт. — М.: ИПК Издательство стандартов, 1997.

37. ГОСТ 10528—90. Нивелиры. Общие технические условия. Издания. Межгосударственный стандарт. — М.: ИПК Издательство стандартов, 2003.

38. Куштин, И.Ф. Инженерная геодезия. Учебник / И.Ф. Куштин, В.И. Куштин

— Ростов-на-Дону: Издательство ФЕНИКС, 2002. — 416 с.

39. P 50.2.024—2002. ГСИ. Теодолиты и другие геодезические угломерные приборы. Методика поверки.

40. Королев, А.Н. Новая концепция измерения угла. Модельные и экспериментальные исследования / А.Н. Королев, А.Я. Лукин, Г.С. Полищук // Оптический журнал. — 2012. — Т. 79. — В. 6. — С. 52.

41. Проспект фирмы INTRADE [Электронный ресурс] URL: www.istcgroup.com

42. Турухано Б.Г., Турухано Н., Вилков Е.А. Синтез апертуры интерференционного поля // Компьютерная оптика, — 2011, — T. 35, — №2.

43. Проспект фирмы INTRADE [Электронный ресурс] URL: http://docplayer.ru/37662110-1-lineynye-golograficheskie-reshetki-lgdr.html

44. Проспект фирмы RENISHAW [Электронный ресурс] URL: www.renishaw.com

45. Оптико-механическое угломерное устройство поворотного типа с оптическим указателем на основе многозначной меры и фотоэлектронным регистратором: патент на изобретение РФ №2 2377498: МПК G01B 11/26, G01B 21/22 / В.А. Грановский, М.Д. Кудрявцев, А.И. Рыскин, А.С. Щеулин, заявка 2007142475/28, опубл. 27.12.2009.

46. Грановский, В.А. Концепция измерений плоского угла в связи с проблемой прослеживаемости / В.А. Грановский, М.Д. Кудрявцев // Датчики и системы.

— 2008. — № 7. — С. 70.

47. Murnaghan. Analytic geometry / Murnaghan, D. Francis — New York: Prentice-Hall, inc., 1946. — P. 2.

48. Гельфанд, И. М. Малые углы / И. М. Гельфанд, С. М. Львовский, А. Л. Тоом. Тригонометрия. — М.: МЦНМО, 2002. — 199 с.

49. Богуславский, М.Г. Государственный первичный эталон единицы угла -радиана / М.Г. Богуславский и др. // Измерительная техника. — 1972. — № 7. — С. 9.

50. Грановский, В.А. Новая многозначная мера плоского угла на основе голографических решеток в наноструктурах / В.А. Грановский, М.Д. Кудрявцев, А.И. Рыскин, А.С. Щеулин // Измерения и испытания в судостроении и смежных отраслях. СУДОМЕТРИКА-2008 Тезисы докладов. — 2008. — С. 116.

51. Твердохлеб, П.Е. Трехмерная лазерная модификация объемных светочувствительных материалов / П.Е. Твердохлеб - Новосиб. ин-т органической химии, Ин-т теор. и прикл. механики. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2012. — 353с.

52. Априль, Ж. Оптическая голография: Пер. с англ./ Ж. Априль, А. Арсено, Н. Баласубраманьян и др. Под ред. Г. К.олфилда. — М.: Мир, 1982 — Т.1 — 376 с.

53. Многозначная галографическая мера плоского угла: патент на изобретение РФ № 2332638: МПК G01B 9/0 / В.А. Грановский и др. заявка 2006140710/28, опубл. 27.08.2008.

56. Щеулин, А.С. Купчиков А.К., Рыскин А.И. Аддитивное окрашивание кристаллов фторидов кальция и кадмия / А.С. Щеулин и др.// Оптика и спектроскопия. — 2007. — Т. 103. — № 4. — С. 677.

57. Щеулин, А.С. Аддитивное окрашивание кристаллов фторида кадмия / А.С. Щеулин и др. // Оптический журнал. — 2006. — Т. 73. — № 11. — С. 3.

58. Weber, M.J. Handbook of Optical Materials / Ed. by M.J. Weber. CRC Press, 2003. — 512 p.

59. Hayes, W. Crystals with the Fluorite Structure / Ed. by W. Hayes. Oxford: Clarendon Press, 1974. — 448 p.

60. Van Doom, C.Z. Colour centers in potassium chloride / C.Z. Van Doom // Philips Res. Reports. - 1962. - № 4. - P. 1.

61. 62. Щеулин, А.С. Скорость и интенсивность аддитивного окрашивания чистых и легированных кристаллов CaF2 / А.С. Щеулин и др. // Оптика и спектроскопия. — 2010. — Т.108. — № 6. — С. 1014.

62. Щеулин, А.С. Скорость и интенсивность аддитивного окрашивания чистых и легированных кристаллов CaF2 / А.С. Щеулин и др. // Оптика и спектроскопия. - 2011. - Т.110. - № 4. - С. 660.

63. Щеулин, А.С. Фототермическое преобразование центров окраски в кристаллах CaF2 / А.С. Щеулин и др. // Оптика и спектроскопия. - 2015. - T. 118. - №4 - C. 52-56.

64. Mie, G. Beiträge zur Optik trüber Medien, speziell kolloidaler Metallösungen / G. Mie // Ann. Phys. 330, 377-445 (1908).

65. Белоус, В.М. Механизм голографической записи, основанный на фототермическом преобразовании центров окраски в щелочно-галоидных кристаллах / В.М.Белоус и др. // Оптика и спектроскопия. - 1999. - T. 87. - № 2 - C. 327-332.

66. Popov, A.Yu. Drift model of photoinduced processes in alkali-halide crystals during volume hologram recording / A.Yu. Popov and others // Proc. SPIE. - 1999. - v. 3904. - p. 195-200.

67. Angervaks, A.E. Convertible holograms in CaF2 crystals with color centers/ A.E. Angervaks and others//Proc SPIE. - 2013. - V. 8776. - P. 877604-1- 8776049.

68. Щеулин, А.С. Голографические среды на основе кристаллов со структурой флюорита с центрами окраски / А.С. Щеулин и др. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2009. - 127 с.

69. Nikonorov, N.V., Panysheva EI. Polychromatic Glasses-A New Medium for Optical Data Recording / N.V. Nikonorov, // Opticheskoe Izobrazhenie I Registriruyushchie Sredy" (All-Union Conference "Optical Image and Recording Media"). Leningrad: GOI; 1990:2:48 (in Russian).

70. Glebov, L.B. Photothermorefractive Glass / L.B. Glebov, N.V. Nikonorov, E.I. Panysheva, I.V. Tunimanova, V.V. Savvin, V.A. Tsekhomskii // IF AN Latv. SSR, ed. Trudy VII Vsesoyuznoi Konferentsii Po Radiatsionnoi Fizike I Khimii Neorganicheskikh Materialov (Proceedings of VII All-Union Conference on Radiation Physics and Chemistry of Inorganic Materials). Riga; 1989:527 (in Russian).

71. Nikonorov, N.V. New photo-thermo-refractive glasses for volume holograms recording: properties, technologies and applications / N.V. Nikonorov / Голография. Наука и практика тезисы докладов XIII международной конференции. Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана. — 2016. — С. 68.

72. Glebova, L. Photo-Thermo-Refractive glass - Properties and Applications / L. Glebova, K. Chamma, J. Lumeau, L. Glebov // Advances in Optical Materials, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2011), paper AIThC2.

73. Fedor, K. Photo-thermo-refractive glass with sensitivity to visible and near IR radiation / K. Fedor, V. George, L. Glebova, H. Mingareev, L. Glebov // Optical Materials Express. - 2016. — V. 6. — I. 12. — pp. 3881.

74. Sgibnev, Y. Photostructurable photo-thermo-refractive glass / Y. Sgibnev and others // Optics Express. — 2016. — V. 24. — I. 5. — pp. 4563.

75. Dubrovin, V. Bromide photo-thermo-refractive glass for volume Bragg gratings and waveguide structure recording / V. Dubrovin and others // Optical Materials Express. — 2017. — Vol. 7. — I. 7. — pp. 2280.

76. Santran, S. Nonlinear refractive index of photo-thermo-refractive glass / S. Santran, M. Martinez-Rosas, L. Canioni, L. Sarger, L.N. Glebova, A. Tirpak, L.B. Glebov // Optical Materials. — 2006. — V. 28. — I. 4. — P. 401.

77. Glebov, L.B. Laser Damage Resistance of Photo-Thermo-Refractive Glass Bragg Gratings / L.B. Glebov, L.N. Glebova, V.I. Smirnov, F.L. Tel, M. Dubinskii, L.D. Merkle // East. — 2004. p. 4.

78. Glebov, L.B. Photochromic and photo-thermo-refractive glasses. Encyclopedia of smart materials / L.B. Glebov, Ed. by M. Schwartz. — John Willey & Sons, 2002.

— V. 2. — 770 p.

79. Glebov, L.B. Fabrication and Applications of Volume Bragg Gratings / L.B. Glebov // Advanced Photonics & Renewable Energy OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2010), — 2010. paper BMB1.

80. Efimov, O.M. High-efficiency Bragg gratings in photothermorefractive glass / O.M. Efimov // Appl. Opt. — 1999. 38 (4), 619.

81. Andrusyak, O. Spectral combining and coherent coupling of lasers by volume Bragg gratings / O. Andrusyak // IEEE Sel. Top. Quantum Electron. — 2009. 15 (2), 344.

82. Efimov, A.M. Quantitative UV-VIS spectroscopic studies of photo-thermo-refractive glasses. I. Intrinsic, bromine-related, and impurity-related UV absorption in photo-thermo-refractive glass matrices / A.M. Efimov, A.I. Ignatiev, N.V. Nikonorov, et al. // J Non Cryst Solids. 2011;357(19-20):3500-3512.

83. Иванов, С.А. Голографические характеристики модифицированного фото термо рефрактивного стекла / С.А. Иванов и др. // Оптический журнал. — 2014.

— № 81. — T. 6.

84. Лазарева, К.Е. Влияние Br на фото-термо-индуцированную кристаллизацию стекла / К.Е. Лазарева, Е.Ю. Акишина // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. — 2008. — № 51. — С. 245.

85. Козлова, Д.А. Влияние редкоземельных активаторов на кинетику процесса фото-термо-индуцированной кристаллизации в фото-термо-рефрактивном стекле / Д.А. Козлова, С.А. Иванов, И.С. Пичугин // Стекло: наука и практика Сборник тезисов международной конференции. — 2017. — С. 72.

86. Орешкина, К.В. Влияние серебра на оптические, спектрально-люминесцентные и кристаллизационные свойства бромидных фото-термо-рефрактивных стекол / К.В. Орешкина и др. // Оптика и спектроскопия. — 2017.

— Т. 123. — № 4. — С. 579.

87. Magon, C.J. Electron Paramagnetic Resonance (EPR) studies on the photo-thermo ionization process of photo-thermo-refractive glasses / C.J. Magon, J.P.D. Gonzalez, J.F. Lima, H. Eckert, E.D. Zanotto, J. Lumeau, L. Glebov // Journal of Non-Crystalline Solids. — 2016. — 452. — P 320.

88. Nikonorov, NV. Chapter 10: Silver nanoparticles in oxide glasses: technologies and properties, in Nanotechnology and nanomaterials. Silver nanoparticles / Nikonorov NV, Sidorov AI, Tsekhomskii VA. — Pozo Perez D, editor., Published: March 1, 2010.

88. Efimov, O.M. High efficiency volume diffractive elements in photo-thermo-refractive glass / O.M. Efimov, L.B. Glebov, V.I. Smirnov. — US patent № 6673497 A.W. B2. 2004.

89. Lumeau, J. Near-IR absorption in high-purity photothermorefractive glass and holographic optical elements: measurement and application for high-energy lasers / J. Lumeau, L. Glebova, L. B. Glebov // Appl Opt. — 2011. 50(30):5905-11.

90. Efimov, O. Laser-induced damage of photo-thermorefractive glasses for optical holographic elements writing / O. Efimov and others // Proc. SPIE. — 1999. — Vol. 3578. — Р. 564.

91. Корешев, С.Н. Основы голографии и голограммной оптики / С.Н. Корешев - СПб: Университет ИТМО, 2016. - 104 с.

92. Иванов, С.А. Свойства фототерморефрактивного стекла с новым модифицированным составом / С.А. Иванов и др. // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. — 2014. — Т. 57. — № 8-9. — С. 738.

93. Кольер, Р. Оптическая голография / Р. Кольер, К. Беркхарт, Л. Лин — M.: Мир, 1973. — 688 с.

94. Закон Снеллиуса [Электронный ресурс] URL: http://elementy.ru/trefil/21086

95. Fohrmann, L.S. Single mode thermal emission / L.S. Fohrmann and others // Optics Express. — 2015. — V. 23. — N. 21. — p. 27672.

96. Ivanov, S.A. Holographic characteristics of a modified photothermorefractive glass / S.A. Ivanov and others // Journal of Optical Technology. - 2014. — V. 81. — N. 6. — p. 356.

97. Kuchinskii, S.A. Properties of volume phase holograms on multichrom glasses / S.A. Kuchinskii, N.V. Nikonorov, E.I. Panysheva, V.V. Savin, I.V. Tunimanova // Optics and Spectroscopy. — 1991. — V. 70. — N. 6. — p. 1296.

98. Иванов, С.А. Особенности записи наложенных голограмм в фото-термо-рефрактивном стекле / С.А. Иванов, Доан Ван Бак, А.И. Игнатьев, Н.В. Никоноров // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. — 2016. — Т. 16. — № 3(103). — С. 428.

99. Doan Van Bac. Анализ ошибок записи и считывания голографической призмы на фото-термо-рефрактивном стекле / Doan Van Bac и др. // Оптика и спектроскопия. - 2018. - Т. 124. - № 6. - С. 850.

100. Лурье, А. И. Аналитическая механика / А. И. Лурье — М.:Физматлит, 1961. — 824 с.