17.2. Государственная поверочная схема для средств измерений мощности и энергии лазерного излучения и Государственный первичный эталон

17. 2. Государственная поверочная схема для средств измерений мощности и энергии лазерного излучения и Государственный первичный эталон

Государственную поверочную схему возглавляет разработанный, храни­мый и эксплуатируемый во ВНИИОФИ, г. Москва ГПЭ единицы мощности непрерывного лазерного излучения, воспроизводящий ее размер с помощью двух основных элементов: эталонного калориметрического ОЭИП и аргоново-" го лазера с длиной волны выходного излучения ~ 0, 5 мкм. Оптическая схема ГПЭ содержит еще два главных элемента: дифракционный делитель пучка на основе голографической решетки и метрологический затвор, «вырезающий» при необходимости из непрерывного потока излучения импульс с крутыми фронтами длительностью 1 с.

Эталонный ОЭИП по существу является абсолютным радиометром с рабо­чим и термокомпенсационным идентичными полостными приемниками излу­чения, обладающим большой постоянной времени (до 60 с). Мощность излу­чения лазера в диапазоне от 0, 08 до 1, 0 Вт (любое значение в этом интервале) подается на дифракционный делитель. Дифрагировавшие в +1-й и —1-й по-рйдки одинаковые (с точностью до измеренного коэффициента деления 1: 1) пучки излучения разведены в пространстве и одновременно направляются соответственно в ОЭИП ГПЭ и ОЭИП ВЭ, которому передается размер едини­цы. Конструктивно оба ОЭИП идентичны, их приемники излучения снабжены обмотками нагревания постоянным электрическим током, реализующими из- I мерения методом замещения. Это означает, что измерительная обмотка при­емника излучения попеременно реагирует на 1) тепловой поток, вызванный воздействием измеряемой оптической мощности и 2) порожденный преобразо­ванием в тепло электрической мощности, подаваемой в обмотку нагревателя, обычно именуемую обмоткой (или катушкой) замещения. Мощность элек­трического тока измеряется с высокой точностью с помощью эталонной ка- ' тушки сопротивления, потенциометров и серийных высокоточных цифровых мультиметров. Поскольку ОЭИП сконструирован таким образом, что пути распространения по нему тепловых потоков, явившихся результатами преоб­разования оптической и электрической мощностей, практически одинаковы, и соответствующие коэффициенты преобразования обеих мощностей в изме­рительные электрические сигналы весьма мало отличаются друг от друга, по 1 измеренной электрической мощности с минимальной погрешностью (не пре­вышающей 0, 1%) определяется значение измеряемой оптической мощности.

В соответствии с российской государственной поверочной схемой ГОСТ 8. 275-91 размеры единиц мощности (ватта) и энергии (джоуля) передаются эталону — копии Государственного первичного эталона, разработанному для Сибирского Государственного НИИ Метрологии (СНИИМ, г. Новосибирск), а также нескольким экземплярам вторичных эталонов этих единиц, раз­работанным и переданным в российские территориальные метрологические органы. Дальнейшая передача размеров единиц мощности и энергии от ВЭ к РСИ осуществляется либо непосредственно, либо посредством рабочего эталона (РЭ) соответствующего точностного разряда. Наряду с государствен­ной поверочной схемой отдельные ведомства для специализированных СИ в лазерометрии имеют локальные поверочные схемы, согласованные с госу­дарственной.

Не описывая ВЭ, практически аналогичный ГПЭ, остановимся подробно на двух РЭ — единиц средней мощности и энергии короткоимпульсного лазер­ного излучения — в качестве примеров, иллюстрирующих различные этапы разработки и исследований этих высокоточных СИ [2].

17. 3. Рабочий эталон единицы мощности непрерывного лазерного излучения

17. 3. 1. Выбор структурной схемы эталона. Рабочий эталон еди­ницы мощности (РЭМ) состоит из' трех основных частей: 1) аппаратуры измерения мощности лазерного излучения, предназначенной для получения размера единицы от ВЭ и передачи его далее по поверочной схеме; в ее состав входят: эталонный ОЭИП калориметрического типа, снабженный обмоткой замещения для подачи в него электрической мощности, и СИ электрических сигналов на основе АЦП (в конкретном варианте РЭМ использован AD7714-5); 2) аппаратуры передачи размера единицы мощности калибруемым или поверяемым СИ; в ее состав входят: лазерные устройства, генерирующие излу­чения с длинами волн 0, 532 и 0, 96-0, 98 мкм; оптическая система, включающая в себя разводящую и фокусирующую оптику; ОЭИП, используемые в качестве преобразователей в контрольных СИ относительного уровня мощности ла­зерного излучения и именуемые в дальнейшем приемниками-«свидетелями»; ослабитель мощности лазерного излучения; 3) системы управления РЭМ и численной обработки результатов измерений.

Построению структурной схемы РЭМ предшествовал анализ возможных вариантов оптических схем, обеспечивающих выполнение метрологических требований к эталону. В зависимости от способа передачи оптической мощ­ности от ВЭ на приемную площадку ОЭИП РЭМ возможны так называемые параллельный и последовательный варианты. В первом из них используются калиброванные делители мощности оптического излучения, а во втором — система измерения относительного уровня мощности.

Оптическая схема в параллельном варианте. Использование дели­теля излучения в РЭМ при реализации способа одновременной подачи мощ­ности лазерного излучения на эталонный ОЭИП и поверяемое (калибруемое) СИ предъявляет к нему ряд требований, среди которых наиболее важными являются:

· обеспечение с высокой точностью одинакового уровня мощности лазер­ного излучения (коэффициент деления Кд = 1) в обоих каналах;

· обеспечение возможно высокого уровня мощности лазерного излуче­ния в обоих каналах при выходной мощности источника излучения Р_опт = (1-1, 1) Вт.

Эти требования предопределяют выбор делителя излучения. При разра­ботке оптической схемы были проанализированы варианты использования по­ляризационного делителя, акусто-оптического модулятора и дифракционной решетки. Основными препятствиями к реализации этих вариантов соответ­ственно явились:

· громоздкость, а также отсутствие материалов для двулучепреломляю-щих кристаллов в ИК области спектра;

· значительная (~ 3 %) погрешность определения коэффициента деления акусто-оптического модулятора;

· необходимость использования в составе РЭ не только встроенных, но и внешних источников лазерного излучения в широком спектральном диа­пазоне, что приводит к необходимости введения в состав РЭМ большого количества делителей и это, в свою очередь, требует постоянной их смены в за­висимости от спектрального диапазона и соответствующей переюстировки оп­тической системы эталона. Кроме того, сами источники лазерного излучения не являются строго монохроматичными, что при использовании дифракцион­ной решетки приводит к разложению излучения в спектр и, соответственно, к значительным потерям мощности.

Оптическая схема в последовательном варианте. В упрощенном варианте эта схема представлена на рис. 17. 1. Она состоит из следующих узлов: источника лазерного излучения 1, делительной пластины 2, формн рующей оптики 3, эталонного ОЭИП 4, контрольного средства измерений I измерительного преобразователя по- -; веряемого (калибруемого) СИ б.

Такая схема предполагает измере-(те значения оптической мощности с помощью измерительного преобра­зователя 4 и последующей установки на его место преобразователя поверя­емого (калибруемого) СИ 6. При этом с помощью преобразователя контроль­ного средства измерений 5 фиксирует­ся возможное изменение мощности ис- | точника лазерного излучения 1 в про­цессе проведения передачи размера единицы.

Известные недостатки этого вари­анта, связанные с большой длительно­стью передачи размера единицы, здесь отсутствуют, поскольку современная технология позволяет создать высоко-

Рис. 17. 1. Схема с использованием системы измерения относительного уровня мощно­сти: 1 — источник непрерывного лазерного излучения; 2 — делительная пластина; 3 — линза; 4 — эталонный ОЭИП; 5 — кон­трольное средство измерений; б — измери­тельный преобразователь поверяемого (ка­либруемого СИ) точные измерительные преобразователи с постоянной времени, не превышаю­щей τ = 10 с, что при длительности измерений, равной Юг, сокращает процесс передачи размера единицы до 2 мин.

 

Необходимость обработки значительного массива данных и высокие тре­бования к аппаратуре измерения электрических сигналов являются легко решаемыми задачами при нынешнем уровне вычислительной техники и со­временных АЦП.

 

17. 3. 2. Алгоритм работы эталона. Эталон может функционировать в трех режимах: передачи ему размера единицы от ВЭ; передачи размера единицы от него поверяемому (калибруемому) СИ; измерения выходной мощ-ности источников лазерного излучения.

В первом режиме эталонный ОЭИП РЭМ (рис. 17. 1) получает от ВЭ размер единицы мощности в виде коэффициента эквивалентности К_э воздействия на него оптической мощности Р_опт и эквивалентной электрической мощности Р_э, вводимой в его обмотку замещения и вызывающей выходной сигнал ОЭИП, близкий по значению сигналу под действием Р_опт.

Значение коэффициента эквивалентности вычисляется по формуле

(17. 1)

Долговременная стабильность К_э контролируется путем измерения ста­бильности коэффициента преобразования эталонным ОЭИП электрической мощности К_прэ; заданный уровень стабильности свидетельствует о неизмен­ности тепловых потерь преобразователя.

Как указывалось ранее, выбранная схема построения РЭМ предполага­ет измерение значения оптической мощности с помощью эталонного ОЭИП и последующую установку на его место преобразователя поверяемого (калиб­руемого) СИ б (рис. 17. 1) (второй режим).

При этом с помощью приемника-«свидетеля» 5 фиксируется возможное изменение мощности источника лазерного излучения в процессе проведения передачи размера единицы. Тогда на первом этапе коэффициент отражения плоскопараллельной пластины определяется из выражения

(17. 2)

где — показания приемника—«свидетеля» при работе с эталонным ОЭИП;  — коэффициент преобразования приемника—«свидетеля»;  — оп­тическая мощность, измеряемая с помощью эталонного ОЭИП и рассчиты­ваемая по данным, полученным в процессе передачи размера единицы из соотношения

где К_э — коэффициент эквивалентности ОЭИП, определенный в процессе передачи размера единицы от ВЭ; Р_эл =  — электрическая мощность замещения;  — ток, протекающий в обмотке замещения в процессе прове­дения электрической калибровки;  — напряжение на обмотке замещения;  - коэффициент преобразования измерительного преобразователя эталона—«переносчика» при воздействии на него электрической мощности замещения; V_опт — выходной сигнал эталонного ОЭИП при воздействии на него оптической мощности; V_эл — выходной сигнал эталонного ОЭИП при воздействии на него электрической мощности замещения;

— скорость дрейфа эталонного ОЭИП; t1 — момент времени начала отсчета выходного сигнала эталонного ОЭИП; — момент времени окончания отсчета выходного сигнала эталонного ОЭИП; еопт — время начала подачи оптической мощности; tэл — время начала подачи электрической мощности замещения.

Значение Vопт определяется из соотношения

                             (17. 4)

где  — постоянная времени m-го измерительного преобразователя соот­ветствующего СИ; m — либо эталонный ОЭИП, либо приемник-«свидетель», либо поверяемое (калибруемое) СИ;  — время между двумя соседними отсчетами;  — количество отсчетов, определяющих временной сдвиг от начала воздействия мощности до получения отклика в виде выходного сиг­нала; N — количество отсчетов. Отсчеты снимаются в течение промежутка времени, равного 2  более инерционного приемника (эталонного ОЭИП или преобразователя поверяемого (калибруемого) СИ). Значение Vэл определяется соотношением

                                           (17. 5)

На втором этапе определяется значение коэффициента отражения плоско­параллельной пластины с помощью поверяемого (калибруемого) СИ:

                                      (17. 6)

Приравнивая (17. 2) и (17. 6), получаем значение мощности непрерывного лазерного излучения Р_ОПТ2 на входе поверяемого (калибруемого) СИ:

                                         (17. 7)

В зависимости от режима работы эталона (поверка (калибровка) СИ или измерение выходной мощности источника излучения) пользуются выражени­ем (17. 7) или (17. 3), соответственно.

Сопоставляя выходной сигнал поверяемого (калибруемого) СИ или ис­точника лазерного излучения с мощностью соответственно на его входе или выходе, определяют степень расхождения полученных и нормируемых метро­логических характеристик поверяемого (калибруемого) объекта.

17. 3. 3. Анализ точности эталона. Анализ погрешностей эталона и его основных компонентов позволяет оценить тот объем расчетов и экс­периментальных исследований, который приходится выполнить при оценке важнейшей метрологической характеристики этого высокоточного СИ — его точности. Точность характеризуется суммарной погрешностью эталона [87], включающей случайные погрешности ВЭ и РЭМ и погрешность передачи размера единицы мощности от ВЭ к РЭМ. С другой стороны, суммарная погрешность РЭМ должна включать и погрешность всех измерений, выполняемых в процессе воспроизведения этим эталоном размера единицы мощности.

Таким образом, суммарная погрешность РЭМ, выраженная в виде средне­го квадратического отклонения (СКО)  результата измерений средней мощности при сличении с вышестоящим звеном, т. е. с ВЭ, определяется следующим выражением:

              (17. 8)

где  — суммарная погрешность ВЭ, выраженная в виде СКО результата измерения мощности при сличении с ГПЭ; --- выраженная в виде СКО погрешность передачи размера единицы мощности от ВЭ к РЭМ;  — СКО погрешности измерения отношения электрических сигналов при определении коэффициента эквивалентности РЭМ на ВЭ; --- СКО погрешности измерительного преобразователи РЭМ; - неисключенная системати­ческая погрешность (НСП) измерения электрической мощности замещения на ВЭ; --- СКО погрешности измерения электрических сигналов при передаче размера единицы мощности поверяемым (калибруемым) СИ.

Как видно из формулы (17. 8), две первых составляющих суммарной по­грешности присущи ВЭ и при нашем рассмотрении следует считать их из­вестными, взятыми из паспортов ГПЭ и ВЭ: =0, 15%; = 0, 15%. Займемся погрешностью измерительного преобразователя РЭМ  ·

Погрешность измерительного преобразователя РЭМ. Используе­мый в составе РЭМ ОЭИП работает в режиме замещения оптической мощ­ности эквивалентной электрической мощностью. Основной характеристикой ОЭИП в этом режиме является коэффициент эквивалентности К_э замещения, а основной метрологической характеристикой ОЭИП — погрешность опреде­ления коэффициента эквивалентности К_э.

Погрешность определения К_э разделяется на две группы составляю­щих: первая группа обусловлена источниками появления погрешностей ; ,  и ) вторая группа — собственными погрешностями ОЭИП и отражает зависимость К_э от параметров измеряемого лазерного излучения и внешних факторов. Использование принципа замещения позволяет свести к минимуму число этих параметров и влияющих факторов.

Собственная погрешность эталонного ОЭИП. СКО  по­грешности ОЭИП оценивается следующим соотношением:

                            (17. 9)

где  — составляющая погрешности, обусловленная зонной зависимостью чувствительности; —  составляющая погрешности, обусловленная дрейфом выходного сигнала при постоянном значении подводимой мощности;  — со­ставляющая погрешности, обусловленная зависимостью коэффициента преоб­разования от уровня измеряемой мощности в пределах диапазона измерений;  — составляющая погрешности, обусловленная работой измерительного преобразователя в широком спектральном диапазоне;  — составляющая погрешности, обусловленная зависимостью коэффициента преобразования от температуры окружающей среды.

Составляющие погрешности , , ,  и  оцениваются экспери­ментально.

Погрешность измерения выходных электрических сигналов из­мерительного преобразователя и электрической мощности замеще­ния. Для расчета погрешности измерения электрических сигналов необходи­мо представить (17. 3) в виде явной зависимости от непосредственно измеря­емых величин. Необходимо учесть, что все выходные электрические сигналы измеряются в виде разности собственно выходного электрического сигнала и «нулевого» исходного значения сигнала (Vo). Тогда выражение (17. 3) запи­шется в виде

                           (17. 10)

Искомая погрешность 5оэрэм измерения электрических сигналов опреде­ляется погрешностью измерений всех входящих в (17. 10) величин, кроме Кэ,

Для расчета погрешности  необходимо учесть следующее: входя­щее отношение  близко к единице, поскольку при проведении поверки (калибровки) электрическая мощность замещения отли­чается от измеряемой оптической мощности в пределах 5%. Таким образом, при измерении близкого к единице отношения допустимо учитывать только случайную составляющую погрешности измерения электрических сигналов.

При измерениях тока и напряжения при определении электрической мощ­ности, подаваемой в обмотку замещения, необходимо учитывать, что их зна­чения достаточно велики. Например, значение напряжения находится в диа­пазоне (0, 01-1) В. В этом диапазоне погрешность АЦП AD-7714 весьма ма­ла и составляет 0, 0004 %. Погрешность измерения электрической мощности  будем характеризовать относительными погрешностями  и , взятыми из паспорта АЦП AD-7714-5.

Для расчета относительного СКО  предварительно оценим СКО σ 1 отношения · Очевидно, что

                                     (17. 11)

где --- относительное СКО измерения разности сигналов ( ); ----относительное СКО измерения разности сигналов ( )-

В свою очередь, относительное СКО  измерения разности сиг­налов Vi и Voi следующим образом зависит от абсолютного СКО погрешно­стей И :

                                 (17. 12)

Поскольку  (уровень выходного сигнала значительно выше уровня «нулевого» сигнала), можно в (17. 12) пренебречь Voi; одновременно необходи­мо учесть, что при работе на одном уровне мощности все входящие в (17. 12) сигналы измеряются на одном пределе АЦП AD-7714-5 и, следовательно, все входящие в эту формулу СКО погрешности определяются абсолютной случайной составляющей  основной погрешности, то есть

                                 (17. 13)

Тогда выражение (17. 12) можно записать в виде

                                    (17. 14)

Подставляя (17. 14) в (17. 12), получаем

                                 (17. 15)

Для СКО измерения тока и напряжения аналогично можно записать:

                                             (17. 16)

                                            (17. 17)

Поскольку ток / и напряжение U представлены в выражении (17. 10) не в виде произведения близких по своему значению величин, то при расчете погрешностей их измерений необходимо учитывать также НСП АЦП AD-7714-5. Используя (17. 15), (17. 16), (17. 17), получаем

 

(17. 18)

 

Для расчета  по (17. 18) необходимо дать количественную оценку СКО , случайной составляющей основной погрешности используемого АЦП AD-7714-5.

Этот 24-разрядный АЦП имеет следующие метрологические характери­стики.

Нелинейность, %                                            0, 0015

Выходной шум, мкВ                                               0, 14

Коэффициент усиления                                                     128

Первая частота режекции и частота выдачи данных, Гц          2

Дрейф полной шкалы, мкВ/ °С                                        0, 3

Дрейф усиления, ppTFSP/ °C                                           0, 5

Погрешность нижнего конца шкалы в биполярном режиме, % 0, 0015

Погрешность верхнего конца шкалы, мкВ                               0, 14

Значение младшего значащего разряда на шкале 1 В, Нв       59, 6

Значение младшего значащего разряда на шкале 10 В, нВ     596

Как видно из приведенной таблицы, значение младшего значащего разря­да составляет 59, 6 нВ, что при чувствительности измерительного преобразо­вателя ~ 0, 25 В/Вт и минимальной измеряемой мощности 50 мкВт составляет (59, 6/12 500 х 100 %) ~ 0, 5 % на самом младшем пределе измерений. Если для оценки сверху СКО σ ο инструментальной составляющей основной погреш­ности принять, что основная погрешность целиком обусловлена случайной составляющей, то полуширину закона распределения этой погрешности ± 2σ _ο можно приравнять , т. е.  и .

Поскольку СКО погрешности дискретности  равно , то

                                 (17. 19)

Из (17. 19) и описания АЦП AD-7714-5 следует, что при измерении мини­мального значения мощности лазерного излучения 50 мкВт

Из (17. 18) с учетом (17. 19) можно рассчитать СКО погрешности  для любых значений оптических и электрических сигналов.

Тогда для минимального значения оптической и электрической мощности и соответствующего значения выходного электрического сигнала, равного 12, 5 мкВ, значение  будет равно

Из (17. 18) следует, что  зависит от значения измеряемой мощности и, следовательно, выходных электрических сигналов. В табл. 17. 1 приведены результаты расчета СКО  для ряда значений выходного электрическо­го сигнала, соответствующего определенному уровню подаваемой мощности внутри динамического диапазона (5 · 10~5-1) Вт.

 

Таблица 17. 1. Зависимость СКО 5оэрэм от уровня измеряемого электрического сигнала

Зоэрэм	0, 020	0, 031	0, 044	0, 125	0, 493	0, 97
V, B	0, 25	0, 025	0, 0025	2, 5 · 10~4	2, 5 -КГ5	12, 5 ■ 10~6
Ропт, Вт		0, 1	0, 01	1·Ι Ο " 3	1·10~4	110" 5

Погрешность передачи размера единицы мощности лазерного излучения. При передаче размера единицы мощности лазерного излучения погрешность передачи обусловливается нестабильностью мощности лазерного излучения и неточностью определения значения коэффициента деления пло­скопараллельной пластины (делителя лазерного излучения за время передачи размера единицы).

Погрешность, обусловленная нестабильностью мощности лазер­ного излучения. Изменение во времени выходной мощности носит сложный характер: наряду с дрейфом среднего уровня мощности, могут происходить ее флуктуации относительно среднего уровня, причем изменение мощности на несколько десятых процента может происходить за небольшой интервал вре­мени по сравнению со временами протекания переходных процессов в эталон­ных измерительных преобразователях и ОЭИП поверяемых (калибруемых) СИ. Иногда изменения мощности на несколько десятых или единиц процентов могут носить скачкообразный характер.

При анализе влияния нестабильности были проведены оценки погрешно­сти определения коэффициента преобразования поверяемого (калибруемого) СИ для следующих случаев проявления нестабильности:

· скачкообразного изменения мощности от значения Р_опт до значения

· стационарных флуктуации мощности относительного среднего уровня Р_опт, происходящих с СКО  и характеризующихся монотонно убывающей с ростом частоты спектральной плотностью ;

· линейного дрейфа мощности с относительной скоростью

где  — функция, описывающая временную зависимость мощности вы­ходного лазерного излучения.

Проведем оценку составляющей погрешности передачи размера единицы мощности, обусловленную нестабильностью лазера, для случая однократных отсчетов показаний обоих измерительных преобразователей, одновременно зарегистрированных в момент времени t.

В общем случае погрешность в момент времени t будет равна

                                           (17. 20)

где * — обозначает свертку функций; g1(t), g2(t) — импульсные переходные характеристики ОЭИП и поверяемого (калибруемого) СИ, соответственно.

Так как все измерения выходных сигналов обоих измерительных преоб­разователей производятся в установившемся режиме, т. е. при t > Т_уст, где Т_уст — время установления стационарных показаний наиболее инерционного измерительного преобразователя, то член, стоящий в знаменателе выражения (17. 20), с точностью до соответствующей меры нестабильности (ε или σ _опт) может быть заменен произвольным значением мощности в течение интервала времени порядка Т_уст, т. е. ее средним значением.

Погрешность, обусловленная нестабильностью мощности лазерного излу­чения, определяется членом, стоящим в числителе выражения (17. 20), и при определенном виде  будет зависеть от степени отличия функций, описы­вающих импульсные характеристики измерительных преобразователей эта­лона и поверяемого (калибруемого) СИ.

Импульсные характеристики измерительных преобразователей определя­ются их постоянными времени и дальнейшее рассмотрение  проводится в зависимости от отношения постоянных времени, при этом, так как абсолют­ное значение  не зависит от того, какой из двух участвующих в процессе измерения измерительных преобразователей более инерционен, в дальнейшем постоянную времени более инерционного измерительного преобразователя будем обозначать , а отношение постоянной времени менее инерционного преобразователя к то — через β.

1) При скачкообразном изменении мощности, происшедшем в момент времени , значение погрешности в момент t с точностью до членов ε ² будет иметь вид

                                       (17. 21)

Анализ выражения (17. 21) показывает, что значение δ (t) для погреш­ности δ связано с  и  следующим соотношением, вытекающим из (17. 20) на основе известных соотношений о преобразовании спектральной плотности в результате свертки:

                     (17. 22)

Где  — частотная характеристика ш-го измерительного преобразовате­ля;  — функция, описывающая спектральную плотность флуктуации лазера и пропорциональная ей.

Импульсные переходные функции рассматриваемого типа преобразовате­лей описываются одной экспонентой и имеют вид

                                       (17. 23)

Подстановка (17. 23) в выражение (17. 22) приводит к следующей зависи­мости  от

                              (17. 24)

Где

В качестве модели  ПРИ анализе  была выбрана спектральная плотность , наиболее широко применяемая для описания флуктуации, где параметр ω _гρ определяет границу области частот, в которой происходят флуктуации, а также характеризует интервал времени, в течение которого изменения мощности происходят еще коррелированно.

Исследование этой модели после интегрирования выражения (17. 24) при­водит к следующей зависимости:

                           (17. 25)

Анализ выражения (17. 25) показывает, что при заданных значениях-  и β значение  достигает максимума при флуктуациях с граничной частотой , при этом

                                      (17. 26)

Использование в качестве  других функций, например типа сту­пеньки  при  и равной нулю при , приводит к близким по значению результатам, что дает основание использовать соот­ношение (17. 26) в качестве оценки максимальной погрешности при заданном уровне флуктуации мощности излучения.

Подставляя в выражение (17. 26) значения = 5, 83-8, 33, получим для оценки соотношение

                                (17. 27)

Из соотношения (17. 27) при  и допустимом  следует, что максимально допустимые значения стационарных флуктуации относи­тельно среднего уровня Р_опт равны: ε = 0, 4% при = 8, 33 и ε = 1 % при = 0, 5.

2) Для второго случая, когда значения = 6 · 102—6 · 105, выражение (17. 27) можно записать в виде

                                                          (17. 28)

и ε не должно превышать 0, 25 % при любом значении  в этом промежутке.

3) При дрейфе мощности, т. е. при ее изменении с медленно изменяющейся в течение интервала времени порядка Т_уст относительной скоростью , из (17. 20) нетрудно получить на основе разложения   Β РЯД Тейлора, что погрешность при однократных отсчетах в случае дрейфа мощности будет равна

                                            (17. 29)

Из (17. 29) видно, что погрешность, обусловленная дрейфом мощности, пропорциональна относительному изменению мощности за интервал времени, равный разности постоянных времени . Это справедливо для любых изменений мощности, происходящих с постоянной скоростью в пределах ин­тервала времени ~ (2-3)то, в том числе и при низкочастотных по отношению к  флуктуациях мощности.

Экспериментальные данные по исследованию  показали, что дрейф мощности вносит примерно на порядок меньший вклад в погрешность переда­чи размера единицы мощности по сравнению с ее скачками и флуктуациями. (Таким образом, проведенный анализ показывает, что при передаче размера единицы при снятии однократных отсчетов показаний с эталонного ОЭИП и измерительного преобразователя поверяемого (калибруемого) СИ состав­ляющая погрешности из-за нестабильности выходной мощности лазера не превышает 0, 5%.

Погрешность, обусл

⇐ Предыдущая57585960616263646566Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: