1.3. Структурные схемы и методы измерений

Обобщенная структурная схема ОЭП позволяет установить назначение отдельных его узлов, однако она не отражает связи структуры прибора с методами измерений.

Виды измерений

В зависимости от того, чем характеризуется измеряемая величина, различают: амплитудные, частотные и фазовые измерения. Измерение постоянных, а также медленно изменяющихся величин относится к амплитудным измерениям. При импульсном характере изменения величины возможны время- импульсные измерения, являющиеся во многих случаях разновидностью фазовых измерений. Измерение сводится к сопоставлению тем или иным способом измеряемой величины с ее эталоном. В приборах используются эталонные образцы, соответствующие измеряемой величине и методу измерения.

Методы амплитудных измерений, Приборы с одним оптическим каналом

Прибор, в котором излучение источника электромагнитной энергии распространяется по одному определенному оптическому пути называется одноканальным. В оптический канал может быть установлен эталонный либо исследуемый образец. При размещении образца в оптическом канале используемый поток источника излучения частично поглощается или рассеивается. Измеряя прошедший поток можно получить информацию о свойствах образца (рис.2).

Рис. 2. Структурная схема одноканального прибора:

1 – источник излучения; 2 – исследуемый образец; 3 – приемник; 4 – усилитель; 5 – индикатор

Автоматизация измерений (рис. 3).

Рис.3. Структурная схема одноканального прибора с индикатором нуля:

1 – источник излучения; 2 – поляризатор; 3 – объект измерения;

4 – анализатор; 5 – приемник; 6 – усилитель; 7 – индикатор нуля;

8 - шкала

Методы амплитудных измерений, Приборы с двумя оптическими каналами

Схема амплитудных измерений с двумя оптическими каналами показана на рис. 4.

Рис. 4. Структурная схема двухканального прибора: I , II – эталонный и измерительный каналы;

1 – источник излучения; 2 – эталон с постоянным поглощением; 3 – оптический клин; 4 – объект измерения; 5, 6 – приемники; 7 – усилитель; 8 – двигатель; 8 – шкала

Схема включения приемников производится по мостовой схеме (рис.5).

Рис. 5. Схема включения приемников двухканальном приборе

Автоматизация измерений

На рис.6 показан способ автоматизации отсчетов. Выходное напряжение усилителя приложено к управляющей обмотке реверсивного двигателя. При неравенстве потоков на выходе усилителя появляется переменное напряжение и вал двигателя начинает вращаться. Вращение вала преобразуется в поступательное перемещение оптического клина.

Рис. 6. Структурная схема двухканального прибора с поочередным сопоставлением потоков:

1 – источник излучения; 2 – эталон с постоянным поглощением; 3 – оптический клин; 4 – исследуемый объект; 5 – диск; 6 – приемник; 7 – усилитель; 8 – двигатель; 9 – шкала; 10 – двигатель модулятора

Рис. 7. Напряжение потоков на нагрузке приемника в приборе с сопоставлением потоков:

Применение частотных измерений

Двухканальные структуры приборов используются в интерференционных приборах. Изменение интерференционной картины позволяют получать определенные сведения об объекте измерения.

Рис. 8. Схема интерференционного прибора:

1 – источник излучения; 2 – полупрозрачная пластина;

3 – неподвижное зеркало; 4 – подвижное зеркало; 5 – приемник; 6 – усилитель;

Рис. 9. Зависимость потока от разности оптических

путей в интерфереционном приборе

Применение фазовых измерений

Поток излучения полупроводникового лазера примерно пропорционален току в его цепи. Прикладывая гармоническое напряжение к цепи лазера, можно получить изменение потока, близкие к синусоидальным. Фазы изменения потока и напряжения одинаковы. Синусоидально изменяющийся поток можно использовать для фазовых измерений. Излучение полупроводникового лазера распространяется до отражателя, установленного на расстоянии D от дальномера. Отраженное излучение возвращается к фотоприемнику (рис. 10).

Рис. 10. Схема светодальномера:

а – структура устройства; б – графики напряжений;