2.2. 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 (рис.2). В оптический канал может быть установлен эталонный либо исследуемый образец. При размещении образца в оптическом канале используемый поток источника излучения частично поглощается или рассеивается.

Рис. 23. Структурная схема одноканального прибора: 1 – источник излучения;

2 – исследуемый образец; 3 – приемник; 4 – усилитель; 5 – индикатор

Измеряя прошедший поток можно получить информацию о свойствах образца:

.

Автоматизация измерений (рис. 24).

Рис. 24. 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. 25.

Рис. 25. 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. 26).

Рис. 26. 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. 27. 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. 28. 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. 29. Схема интерференционного прибора:

1 – источник излучения; 2 – полупрозрачная пластина;

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

Рис. 30Зависимость потока от разности оптических

путей в интерференционном 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. 31).

Рис. 31. Схема светодальномера: а – структура устройства; б – графики напряжений;