17.4. Рабочий эталон единицы энергии короткоимпульсного лазерного излучения

17. 4. 1. Выбор структурной схемы эталона. Рабочий эталон едини- 1 цы энергии (РЭЭ) состоит, как и РЭМ, из трех основных частей: 1) аппа-ратурЫ измерения энергии лазерного излучения, предназначенной для полу-ЧбНЙЯ размера единицы от ВЭ и передачи его далее по поверочной схеме; в ее состав входит эталонный ОЭИП калориметрического типа, конструктив- I но объединенный с платой обработки результатов измерений и снабженный | обмоткой замещения для подачи в нее электрической энергии; 2) аппарату-Я ры передачи размера единицы энергии калибруемым или поверяемым СИ; в ее состав входят: твердотельные импульсные лазерные устройства ЛТИ-247 и ЛТИ-139, генерирующие излучения с длинами волн соответственно 1, 064 и 1, 54 мкм, а также преобразователь (удвоитель) частоты излучения ПЧ-1, 1 предназначенный для получения второй гармоники излучения ЛТИ-247 (дли-Н на волны 0, 532 мкм); оптическая система, включающая в себя разводящую и фокусирующую оптику; ОЭИП, используемый в качестве преобразовате- I ля в контрольном СИ относительного уровня энергии лазерного излучения и именуемый в дальнейшем приемником-«свидетелем»; ослабители энергии лазерного излучения; 3) системы управления РЭЭ и численной обработки результатов измерений.

Как и в случае РЭМ, построению структурной схемы РЭЭ предшествовал 3 анализ возможных вариантов оптических схем, обеспечивающих выполнение метрологических требований к эталону. Здесь также возможны параллельный и последовательный варианты передачи размера единицы энергии от ВЭ к РЭ. |

В первом из них используется калиброванный делитель энергии оптиче- j ского излучения, а во втором — система измерения относительного уровня энергии.

Оптическая схема в параллельном варианте. В качестве калибро-1 ванного делителя также можно использовать дифракционную решетку, но 1 оптические схемы будут отличаться друг от друга в зависимости от уровня энергии.

В случае работы РЭЭ в режиме воспроизведения размера единицы энер- 1 гии средних уровней оптическая схема выглядит так, как представлена на j рис. 17. 2 а.

Излучение от импульсных лазерных устройств 1, 2, 3 через зеркало 4 I под некоторым углом попадает на рабочую поверхность одного из сменных 1 дифракционных делителей 5, 6, 7, каждый из которых формирует два канала:

Рис. 17. 2. Оптическая схема РЭЭ с использованием дифракционных делителей: 1 — им­пульсный лазер ЛТИ-247; 2 — импульсный лазер ЛТИ-247 и ПЧ-1; 3 — импульсный лазер ЛТИ-139; 4 — зеркало; 5, 6, 7 — сменные дифракционные делители для средних уровней; 8, 9, 10 — диафрагмы; 11 — кювета; 12, 13, 14 — сменные дифракционные делители для малых уровней канал плюс или минус первого порядка и канал нулевого порядка.

На неко­тором удалении от дифракционных решеток в канале плюс первого порядка установлен эталонный преобразователь энергии излучения ПИ-1, а в минус первом порядке устанавливаются поверяемые (калибруемые) СИ. Диафраг­ма 8 ограничивает пропускание высших порядков дифракции, а диафрагмы 9 и 10 пропускают только плюс и минус первые порядки дифракции, соот­ветственно. Кювета 11 обеспечивает поглощение энергии излучения нулевого порядка дифракции. В процессе поверки (калибровки) энергия излучения ла­зерных устройств 1, 2, 3 в канале плюс первого порядка измеряется ПИ-1 и од­новременно в канале минус первого порядка поверяемым (калибруемым) СИ.

В случае работы РЭЭ в режиме воспроизведения размера единицы энергии малых уровней (рис. 17. 2 б) используются дифракционные делители 12, 13 и 14, а преобразователь ПИ-1 устанавливается в нулевой порядок дифракции.

Сложность реализации приведенной схемы в данном случае обусловлена рядом причин, основные из которых следующие:

· недостаточная лучевая стойкость рабочей поверхности дифракционно­го делителя к воздействию импульсного лазерного излучения при уровнях плотности импульсной мощности порядка 108 Вт· см" 2, в связи с чем трудно гарантировать приемлемую стабильность коэффициента деления дифракци­онной решетки;

· необходимость использования в составе РЭЭ шести дифракционных делителей для работы на длинах волн 0, 53; 1, 063 и 1, 54 мкм (три делителя для средних уровней и три делителя для малых уровней);

· необходимость изготовления шести дифракционных делителей для ука­занных длин волн с одинаковыми углами дифракции с гарантией достаточно точного воспроизведения их расположения (и то, и другое является сложной технической задачей), либо разделения оптических трактов, что существенно усложняет компоновку, увеличивает габариты РЭЭ, а также, с учетом слож­ности разделения тракта при работе на длинах волн 1, 064 и 0, 53 мкм, делает последний вариант трудно реализуемым;

· нестабильность углов дифракции, зависящая от длины волны и обу­словленная многомодовостью излучения используемых лазерных устройств и уходом диаграммы направленности от импульса к импульсу, имеющая по­рядок ±2°, что вносит существенную неопределенность в процессе передачи размера единицы энергии;

· получение приемлемых углов дифракции связано со сложностью изго­товления дифракционных решеток с малым количеством штрихов (N w 5) на миллиметр, имеющих прямоугольный профиль; способ ионного травления, позволяющий получить достаточно точный профиль штриха и поверхность, обладающую равномерным коэффициентом отражения, в настоящее время в оптическом производстве не освоен.

Оптическая схема в последовательном варианте. Оптическая схема РЭЭ в этом варианте с использованием светоделительной пластины и кон­трольного СИ приведена на рис. 17. 3.

Излучение от сменных лазерных устройств 1, 2 или 3 подается на свето-делительную пластину, которая делит поступившую на нее энергию на два канала. В основном канале с помощью диафрагмы 4 и длиннофокусных линз, установленных в лазерных устройствах, излучение попадает во входное окно эталонного ОЭИП энергии излучения 9, а в ответвленном канале — во входное окно приемника—«свидетеля» контрольного СИ.

В процессе поверки (калибровки) СИ энергия импульса излучения лазер­ного устройства 1, 2, 3 в основном канале измеряется с помощью эталонного ОЭИП, после чего на его место устанавливается поверяемое (калибруемое) СИ 11. Возможные изменения энергии излучения от импульса к импульсу

 

Рис. 17. 3. Оптическая схема РЭЭ с использованием светоделительной пластины и контроль­ного средства измерений: 1 — импульсный лазер ЛТИ-247; 2 — импульсный лазер ЛТИ-247 и ПЧ-1 (сборка); 3 — импульсный лазер ЛТИ-139; 4 — диафрагма; 5 — светоделительная пластина; б — контрольный преобразователь энергии излучения ПИ-2; 7 — ослабитель канала средних уровней энергии; 8 — френелевский ослабитель для канала малых уровней энергии; 9 — эталонный преобразователь энергии излучения ПИ-1; 10, 11 — места для поверяемых (калибруемых) СИ энергии для средних и малых уровней, соответственно лазерных устройств 1, 2, 3 в процессе поверки (калибровки) контролиру­ются по показаниям контрольного СИ.

 

По результатам измерений энергии излучения в ответвленном канале определяется соответствующая поправка для исключения погрешности, обусловленной изменением энергии лазерного излучения.

Высокие значения плотности импульсной мощности применяемых в РЭЭ лазерных устройств в данном случае будут сказываться только на изменении оптических свойств светоделительной пластины, а так как перед каждым измерительным циклом определяется отношение показаний в каналах эта­лонного и контрольного ОЭИП, то возникающая составляющая погрешности полностью исключается и не оказывает влияния на погрешность передачи и процесс поверки (калибровки) в целом.

Алгоритм поверки (калибровки) СИ построен с учетом определения крат­ковременной стабильности коэффициента передачи (определяется до и по­сле каждой серии измерений), который учитывает возможные изменения свойств делительной пластины и может быть определен с высокой точностью (Sn ^ 0, 5%). Также могут быть предприняты меры технического характера в ответвленном канале для снижения составляющих погрешности передачи размера единицы энергии, обусловленных неравномерной чувствительностью контрольного преобразователя и изменением плоскости поляризации излуче­ния импульсных лазеров. Все это дает основание для построения оптической схемы РЭЭ с использованием светоделительной пластины и контрольного СИ. Функциональная схема РЭЭ приведена на рис. 17. 4.

17. 4. 2. Алгоритм работы эталона. При передаче размера единицы от РЭЭ к СИ энергии импульсного лазерного излучения реализуется принцип последовательного измерения энергии импульсного лазерного излучения эта­лонным ОЭИП ПИ-1, входящим в состав РЭЭ, и преобразователем излучения

 

Рис. 17. 4. Функциональная схема РЭЭ: 1 — источник излучения; 2 — устройство для'юс-тировки поверяемых (калибруемых) СИ; 3 — диафрагма; 4 — светоделительная пластина; 5 — ослабитель канала средних уровней энергии; б — френелевский ослабитель канала малых уровней энергии; 7 — контрольный преобразователь энергии излучения ПИ-2; 8 — эталонный преобразователь энергии излучения ПИ-1; 9, 10 — поверяемые (калибруемые) СИ средних и малых уровней, соответственно поверяемого (калибруемого) СИ энергии, в результате чего определяется его коэффициент преобразования или калибровочное число.

 

Преобразователь ПИ-1 получает размер единицы энергии от ВЭ в виде ко­эффициента К_э эквивалентности воздействия энергии импульсного лазерного излучения Q_o на длине волны 0, 5 мкм и эквивалентной энергии замещения электрического импульса Q_э, подводимой к обмотке электрического нагрева­теля ПИ-1 и вызывающей сигнал на выходе ПИ-1, равный его сигналу под действием Qо, чем обеспечивается необходимая точность измерений энергии импульсного лазерного излучения.

Преобразователь ПИ-1 хранит размер единицы энергии в течение меж­поверочного интервала, который составляет 12 месяцев, с помощью системы калибровки по электрической энергии, входящей в состав РЭЭ.

Размер единицы энергии передается СИ энергии аппаратурой передачи РЭЭ, в которую, как упоминалось ранее, входят импульсные твердотельные лазерные устройства, работающие на длинах волн 0, 53, 1, 064 и 1, 54 мкм.

Для исключения погрешностей, обусловленных возможным изменением энергии лазерного излучения во время передачи размера единицы, в состав аппаратуры передачи входит средство контроля относительного изменения энергии импульсного лазерного излучения — контрольный преобразователь энергии излучения ПИ-2, с помощью которого учитывается возможная ее нестабильность от импульса к импульсу за время передачи.

Энергия импульсного лазерного излучения Qo на входе ПИ-1 определяется методом сравнения выходных сигналов ПИ-1 под действием энергии импульса лазерного излучения и энергии электрического импульса (  и , соот­ветственно), определения эквивалентной электрической энергии , коэффи­циента преобразования ПИ-1  под воздействием  и определения  в момент времени t1 по формуле

                                            (17. 32)

Одновременно с измерением  проводятся измерения выходного сигнала  преобразователя ПИ-2.

После установки преобразователя поверяемого (калибруемого) СИ в оп­тический тракт эталона вместо ПИ-1 в момент передачи размера единицы энергии t2 измеряются показания поверяемого (калибруемого) СИ  и сигнал на выходе преобразователя ПИ-2 .

Энергия  импульсного лазерного излучения на входе поверяемого (ка­либруемого) СИ определяется по формуле

                                            (П. 33)

По значениям Qo₂ и Q_П определяются коэффициент преобразования пове­ряемого (калибруемого) СИ или его калибровочное число.

Коэффициент преобразования эталонного ОЭИП ПИ-1 служит одним из важнейших параметров, влияющих на точность воспроизведения и хранения размера единицы энергии лазерного излучения. Поскольку это излучение является в рассматриваемом примере короткоимпульсным (  — десятки на­носекунд) и на приемную площадку ОЭИП воздействует излучение с боль­шой плотностью пиковой мощности, выбору конструкции преобразователя и экспериментальному определению составляющих погрешности коэффици­ента преобразования и лучевой стойкости чувствительного элемента было уделено особое внимание при разработке эталона. Остановимся на этом более подробно.

17. 4. 3. Эталонный оптоэлектрический измерительный преобра­зователь ПИ-1. Одним из главных требований, определяющих выбор кон­струкции ПИ-1, является стойкость материалов при воздействии высоких плотностей пиковой мощности (до 108 Вт/см2), возникающих при измерении энергии коротких импульсов излучения. Это требование вступает в противо­речие с неявно выраженным требованием малого значения составляющей по­грешности, обусловленной зависимостью коэффициента преобразования ПИ-1 от длины волны излучения Θ _λ · Эта погрешность не должна превышать 0, 5 %. Такую погрешность можно получить в рассматриваемом диапазоне длин волн 0, 4-2, 0 мкм, выполнив приемный элемент ПИ-1 в виде полости, например, в виде полого конуса с углом при вершине 15°, внутренняя поверхность кото­рого покрыта чернящим покрытием с коэффициентом поглощения не менее 0, 75 в рассматриваемом спектральном диапазоне. Однако в настоящее вре­мя отсутствуют чернящие покрытия, выдерживающие требуемые плотности мощности. Например, чернящие эмали и оксидные покрытия имеют пределы разрушающей плотности мощности от 30 до 1000 Вт/см2.

Чистые металлы, имеющие высокие температуры плавления и кипения, такие, как медь, молибден, вольфрам, тантал, выдерживают без разрушения плотности мощности до (106—10 ) Вт/см2. Имеется возможность в качестве приемной нагрузки использовать объемные поглотители, такие, как различ­ные стекла, кристаллы, керамики. Стекла без разрушения их поверхности и объема могут выдержать плотности мощности до 109 Вт/см2. Однако они работают в узком диапазоне спектра от 0, 5 до 2, 0 мкм, но и в этом узком диапа­зоне спектральное поглощение стекла имеет большую селективность, оценить которую с погрешностью менее 2-3% и метрологически аттестовать стекла при серийном выпуске в настоящее время не представляется возможным.

Поэтому с целью создания эталонного ОЭИП, имеющего высокую несе­лективность хотя бы в ограниченном диапазоне длин волн от 0, 4 до 2, 0 мкм, целесообразно использовать нагрузку в виде полости, выполненной из металла с высокой стойкостью к лазерному излучению. Для этого случая был выбран тантал, так как он по лазерной стойкости приближается к вольфраму, но более пластичен, чем вольфрам. Форма полости выбрана конусной с углом при вершине 15°. По предварительным оценкам коэффициент поглощения подобной танталовой полости должен быть не менее 0, 995 в диапазоне длин волн от 0, 4 до 2, 0 мкм.

Другой важной характеристикой, от которой в значительной мере зависит погрешность ПИ-1, является зависимость коэффициента преобразования от места попадания и диаметра пучка лазерного излучения (зонная характе­ристика). Для получения малого значения погрешности , порождаемой зонной характеристикой, необходимо, чтобы все тепло, прежде чем оно смогло дойти до термопар, равномерно перемешалось и распространилось по при­емному конусу преобразователя. Это достигается за счет того, что тепловое сопротивление вдоль конуса  делается во много раз меньшим теплового сопротивления в перпендикулярном направлении  от приемного конуса к термопарам. Конструктивно это условие может быть выполнено несколь­кими способами: либо путем изготовления конуса достаточно толстостенным, либо применением нескольких конусов с различными теплоизолирующими прослойками. Для уменьшения массы чувствительного элемента, получения требуемой стойкости к излучению и равномерной зонной характеристики в ПИ-1 применены два конуса: один приемный танталовый, другой внешний, выполненный из меди. Внешний конус служит для выравнивания зонной характеристики.

Параметром, от которого в значительной мере зависит погрешность из­мерения энергии импульса, является время сохранения выходного сигнала на уровне 0, 99 от его максимального значения. Увеличение этого временного интервала достигается за счет уменьшения теплового стока через элемен­ты съема сигнала и увеличения теплоемкости приемного элемента. Однако применение этих мер приводит к уменьшению коэффициента преобразования ПИ-1 энергии излучения.

Так как поверхность конуса получается большой, то для более полного съема тепла и получения равномерной зонной характеристики ПИ-1 тре­буется большое число термопар. Это предъявляет повышенные требования к технологичности их изготовления. Материалами ветвей термопар выбраны медь и константан. Медная ветвь термопары изготавливается гальваническим осаждением меди на константановую проволоку, что позволяет одновремен­но создавать целую секцию из 100 термопар, соединенных последователь­но. На наружном (выравнивающем) конусе устанавливается восемь тонких секций.

На погрешность ПИ-1 оказывает влияние также тепловой сигнал — дрейф его нулевого уровня. Особенно это сказывается на малых уровнях энергии. Погрешность, обусловленная дрейфом нулевого уровня и шумами ПИ-1, опре­деляется качеством изоляции чувствительных элементов от конвекционных потоков окружающего воздуха. Для повышения защищенности ПИ-1 от кон­векционных потоков перед основанием приемного элемента устанавливаются защитные диафрагмы, а блок с чувствительными элементами помещается в два наружных экранирующих кожуха. Кроме того, для уменьшения вли­яния дрейфовых токов термобатареи чувствительных элементов включены встречно по дифференциальной схеме.

С учетом описанных требований обеспечения минимальных возможных погрешностей выбрана представленная на рис. 17. 5 конструкция ПИ-1.

Рис. 17. 5. Схема конструкции эталонного преобразователя энергии излучения ПИ-1: 1 — рабочий чувствительный элемент; 2 — компенсационный чувствительный элемент; 3 — массивный блок; 4 — блоки диафрагм; 5, 6 — металлические кожухи

 

Он состоит из двух одинаковых чувствительных элементов: рабочего 1 и компенсационного 2, установленных в массивном блоке 3. Для уменьшения влияния конвекционных потоков перед приемными конусами расположены блоки диафрагм 4, а массивный блок с блоками диафрагм 4 установлен в два металлических кожуха 5 и 6; выводы от схемы осуществляются с помощью проводов.

 

Устройство чувствительного элемента представлено на рис. 17. 6. Прием­ным элементом ПИ-1 служит полый танталовый конус 1 с углом при вершине

15° и диаметром основания 20 мм. На на­ружной поверхности приемного конуса 1 расположена обмотка электрического на­гревателя 2, выполненная из манганино­вого провода, которая предназначена для подачи в нее электрической энергии заме­щения и калибровки ПИ-1. Конус 1 с об­моткой 2 вклеивается во внешний (вы­равнивающий) конус 3, выполненный из меди. К наружной поверхности вырав­нивающего конуса через изоляционную прослойку 4 приклеены восемь секций термобатарей. Каждая секция представ­ляет собой слюдяной каркас 5 с намотан­ными на нем термобатареями б.

Эталонный ОЭИП работает следую­щим образом. Измеряемое излучение по­падает в приемный элемент и нагрева­ет его. Тепло от приемного конуса через клеевую прослойку и обмотку нагрева теля 2 распространяется на наружный (выравнивающий) конус 3 и через изоляционную прослойку 4 — на термобатареи б, «горячие» концы которых расположены на конусе 3, а «холодные» — на корпусе 4 (рис. 17. 5). Термо­батареи фиксируют разность температур между выравнивающим конусом 3 и корпусом 4.

 

Рис. 17. 6. Устройство чувствительного элемента: 1 — внутренний приемный танталовый конус; 2 — обмотка замеще­ния (электрического нагревателя); 3 — выравнивающий конус; 4 — изоляцион­ная прослойка; 5 — слюдяной каркас; 6 — термобатареи

 

Принципиальная электрическая схема ПИ-1 приведена на рис. 17. 7. В ПИ-1 использована дифференциальная схема включения термобатарей. Для получения нормированных значений коэффициента преобразования ра­бочий чувствительный элемент ПИ-1 имеет сопротивление R\, подключенное параллельно термобатарее чувствительного элемента. Сопротивление Яг подключенное параллельно термобатарее компенсационного чувствительного элемента, служит для регулирования напряжения темнового сигнала, значение которого в диапазоне температур от 15 до 35 °С не должно превышать ± 100 мкВ. Выводы цепей ПИ-1 осуществлены с помощью проводов. Шлицы переменных резисторов R1, R2 выведенцы на боковую стенку ПИ-1.

17. 4. 4. Анализ точности эталона. Как и ранее для РЭМ, суммарная погрешность характеризуется погрешностями воспроизведения и передачи размера единицы.

Поскольку основной вклад в суммарную погрешность самого РЭЭ вносит именно ОЭИП ПИ-1, проанализируем вначале его погрешность , описы­ваемую следующим выражением:

                       (17. 34)

Рис. 17. 7. Принципиальная электрическая схема эталонного преобразователя энергии излу­чения ПИ-1где  — НСП, обусловленная уровнем измеряемой энергии; Qxy — НСП, обусловленная зонной зависимостью коэффициента преобразования; Θ _λ — НСП, обусловленная селективностью приемной полости ПИ-1 на длинах волн 0, 53; 1, 064 и 1, 54 мкм;  — НСП, обусловленная изменением температуры в нормальных условиях эксплуатации (20±2)°С;  — НСП электронного устройства ПИ-1; Θ τ — НСП, обусловленная различием значений плотности импульсной мощности при разных значениях длительности импульсов;  — НСП, обусловленная погрешностями электронной измерительной аппарату­ры.

 

Рассмотрим результаты экспериментальных исследований составляющих погрешности ·

Погрешность

                              (17. 35)

Где , — соответственно, максимальное и минимальное зна­чения коэффициента преобразования ПИ-1 по электрической энергии, пода­ваемой в обмотку замещения, В/Дж.

Составляющая  определена при следующих параметрах: — диапазон изменения энергии электрического импульса  = 3; 80; 150 мДж; длительность электрического импульса . Данные по расчету  приведены в табл. 17. 5.

 

Таблица 17. 5. Расчет составляющей Qq

 

 

Точка дина­мического диапазона	0si, мДж	U9i, мВ	©эср, МДж	Us, мВ	^прЭ, В/Дж	вез, %
	3, 342 3, 342 3, 342	0, 02199 0, 02196 0, 02203	3, 342	0, 02199	6, 5812	0, 389
	83, 864 83, 848 83, 855	0, 5480 0, 5479 0, 5479	83, 856	0, 5479	6, 5345
	168, 836 168, 878 168, 001	1, 1026 1, 1028 1, 1029	168, 872	1, 1027	6, 5302

Погрешность

                                     (17. 36)

где ,  — значение отношения U_k/Q₀; Uk — показание СИ с пре­образователем ПИ-2, мВ; Q0 — значение энергии, измеренное с помощью преобразователя ПИ-1.

Значение  определялось для трех положений ПИ-1 относительно оси пучка излучения.

Экспериментальные данные приведены в табл. 17. 6.

 

Таблица 17. 6. Определение ху

Положение ПИ-1	θ ο, мДж	Кпр, В/Дж	еху, %
1 2 3	157, 91 154, 80 157, 31	0, 2229 0, 2214 0, 2241	0, 7

Погрешность . Определение значений коэффициента поглощения при­емного элемента ПИ-1 на длинах волн 0, 5; 1, 064 и 1, 54 мкм позволило оценить составляющую суммарной погрешности , обусловленную селективностью приемного элемента ПИ-1. Оно проводилось в соответствии с указанием «Ме­тодики определения коэффициента поглощения приемных элементов кониче­ского типа с использованием метода двух сфер».

Значение  определяется из соотношения

                                    (17. 37)

где  —коэффициент поглощения приемного элемента ПИ-1.

Результаты измерений коэффициентов поглощения приведены в табл. 17. 7-17. 9.

В результате измерений установлено, что значение коэффициента погло­щения приемного элемента преобразователя ПИ-1 на длине волны 0, 5 мкм

 

 

Таблица 17. 7. Результаты измерений коэффициента поглощения на длине волны 0, 5 мкм (ао, 5) преобразователя излучения ПИ-1

№	ί /ο ι, мВ	{/ι, мВ	ί /θ 2, мВ	£ /2, мВ	• Pi	Ρ	Oti	α	σ α, %
				0, 1078	0, 0016		0, 9984
				0, 0889	0, 0013		0, 9987
			0, 0070	0, 1645	0, 0025	0, 0021	0, 9975	0, 9979	0, 026
				0, 1582	0, 0024		0, 9976
				0, 1708	0, 0026		0, 9974

 

Таблица 17. 8. Результаты измерений коэффициента поглощения на длине волны 1, 06 мкм (α ϊ, об) преобразователя излучения ПИ-1

№	ί /ο ι, мВ	Γ /ι, μ Β	Uq2, MB	ί /2, мВ	Pi	Ρ	ОЧ	α
				0, 3281	0, 0035		0, 9965
				0, 3463	0, 0037		0, 9963
			0, 0096	0, 2862	0, 0026	0, 0032	0, 9974	0, 9968	0, 024
				0, 2826	0, 0030		0, 9970
				0, 3008	0, 0032		0, 9968

 

Таблица 17. 9. Результаты измерений коэффициента поглощения на длине волны 1, 55 мкм (α ϊ, 55) преобразователя излучения ПИ-1

№	ί /ο ι, мВ	1/ι, μ Β	ί /θ 2, MB	U2, мВ	Pi	Ρ	α;	α	σ α, %
				0, 3121	0, 0039		0, 9961
				0, 3511	0, 0044		0, 9956
			0, 0079	0, 2965	0, 0037	0, 0042	0, 9963	0, 9958	0, 02
				0, 3823	0, 0048		0, 9952
				0, 3355	0, 0042		0, 9958

( о, ₅) равно 0, 9979; на длине волны 1, 064 мкм ( 1, 06) равно 0, 9968; на длине волны 1, 54 мкм ( 1, 54) равно 0, 9958. Следовательно, значение . Погрешность

                                 (17. 38)

где ,  — значения коэффициента преобразования ПИ-1 элек­трической энергии, подаваемой в обмотку замещения, при температурах Τ ι и Т2, соответственно, В/Дж. Т1 = 18 °С; Т2= 22 °С. Составляющая  опре­делялась при значениях энергии электрического импульса порядка 80 мДж. Результаты определения  приведены в табл. 17. 10. Погрешность  электронного устройства ПИ-1

                                                       (17. 39)

где  — максимальное значение НСП применяемого аналого-цифрово­го преобразователя AD7714;  0, 05% (значение взято из каталога на AD7714);  0, 1% (значение взято из каталога на усилитель Ι Ν Α 118).

Таблица 17. 10. Результаты определения Θ τ

т, °с	< 2э, мДж	Кпр, В/Дж	Θ τ, %
18 20 22	82, 42	6, 528 6, 528 6, 516	0, 046

 

Погрешность Θ τ. Оценка Θ τ производилась на ВЭ в такой последова­тельности:

· определение коэффициента эквивалентности для ПИ-1 на ВЭ при дли­тельности импульса порядка 1 с из соотношения

Кэ= Кпрэ/ Kпро

 

· где Кпрэ — коэффициент преобразования ПИ-1 электрической энергии; Kпро — коэффициент преобразования ПИ-1 оптической энергии;

· облучение приемного элемента ПИ-1 на длине волны 1, 064 мкм при энергии импульса порядка (150-170) мДж и длительности импульса (5-10) X х 10~~9 с. Количество импульсов в серии —20, время между импульсами со­ставляло 3-5 мин;

· повторное проведение измерений Кэ после облучения. Значение  определялось из соотношения

(17. 40)

где = 0, 9802 — коэффициент эквивалентности ПИ-1 до облучения; = 0, 9779 — коэффициент эквивалентности ПИ-1 после облучения.

В результате, .

Погрешность . Энергия, подаваемая в обмотку электрического заме­щения ПИ-1, определяется из выражения

                                       (17. 41)

где U — падение напряжения на образцовом сопротивлении, мВ; Rобр ~~ зна~ чение образцового сопротивления, Ом; Rз ~ значение сопротивления обмотки замещения, Ом;  — длительность электрического импульса, формируемого устройством электрической калибровки, с. Тогда

где — погрешность применяемого АЦП AD7714; — погрешность мультиметра В7-46 при измерении сопротивления (значение взя­то из паспорта на мул ьтиметр В7-46). В результате, .

Проведенные измерения и расчеты показывают, что суммарная погреш­ность ПИ-1  < 0, 35 %. Тогда значение суммарной погрешности эталона

                                          (17. 43)

где  — погрешность воспроизведения размера единицы ВЭ, выраженная в виде СКО ( < 0, 15%); --- погрешность передачи размера единицы энергии рабочему эталону, выраженная в виде СКО ( < 0, 15 %).

Тогда с учетом значения  для суммарной погрешности  полу­чаем значение < 0, 75 %.

Погрешность передачи размера единицы энергии поверяемому (калибруе­мому) СИ оценивалась по результатам измерения отношения выходного сиг­нала Uki преобразователя ПИ-2 и выходного сигнала преобразователя ПИ-1, пропорционального энергии Qo₁ ·

В качестве источников использовались лазерные устройства ЛТИ-247; ПЧ-1 и ЛТИ-139. Измерения отношения Uki/Q01 проводились сериями с усреднением по пяти отсчетам. Интервал между импульсами составлял 5 мин.

В каждой из серий определялось среднее значение Uk/Q01 измеряемых сигналов.

Погрешность передачи определялась из соотношения

                                                   (17. 44)

где σ ι, σ ι — значения СКО показаний ПИ-1 и ПИ-2, определяемые за время передачи размера единицы энергии t~ 1 ч:

                                 (17. 45)

где n — число наблюдений (n = 5) Knpi — i-е значение отношения ,

---среднее значение отношения -

Погрешность передачи Sn определена для длин волн и уровней энергии, приведенных в табл. 17. 11.

Экспериментальная оценка погрешности передачи Sn, не превышающей 0, 48%, позволяет сделать вывод, что ее теоретическая оценка сэответствует результатам ее экспериментального определения.

⇐ Предыдущая58596061626364656667Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: