Исследование влияния температуры
Исследования влияние температуры проводиться на макете построенные на кафедре ОЭПиС, состоящий из закрепленной активной реперной метки (РМ) и измерительного канала с матричным фотоприёмным устройством, расстояние четырех метров друг от друга. Измерительная информация обрабатывается программными средствами с помощью персонального компьютера (описание макета приведено в пункте Error: Reference source not found).
Матричный приемник излучения, расположенный в фокальной плоскости объектива видеокамеры, измеряет координаты изображений x1, y1 излучающего диода.
При проведении исследования нужно учитывать, что наибольшее влияние на точность измерений среди источников погрешностей оказывает рефракция воздушного тракта, зависящая от длины волны излучения, температуры, давления и влажности воздуха. Из этих параметров наибольшее воздействие оказывает изменение температуры.
На рисунке 3 .20 представлен вид главного окна программы для проведения измерений координат изображения излучающего диода (и вычисления координат контролируемого объекта методом триангуляции).
На рисунке 3 .20: 1 – поле вывода изображения в реальном времени; 2 – поле вывода изображения после вычисления координат реперной метки (РМ) и вычисление координат группы РМ; 3 – поле вывода служебной информации; 4 – промежуток между уровнем сигналов, в котором считается, что присутствует изображение РМ; 5 – количество измерения для получения среднеарифметического значения координат группы РМ; 6 – параметры поиска изображений РМ (интервал площадей изображения, расстояний до самой близкой точки контура изображения РМ и самой дальней, от центра изображения РМ, размытие по Гауссу); 7 – количество однократных измерений значения координат группы РМ; 8 – координаты РМ в подвижной системе координат для трех РМ по X,Y,Z; 9 – начальные значения для решения системы уравнений, для нахождения координат группы РМ; 10 – фокус оптической системы; 11 – сохранение настроек, загрузка настроек и восстановление настроек по умолчанию.
Рисунок
3.20 – Главное окно программы
Начало работы с
программой следует, с активации видео
захвата кнопкой
,
после ее нажатия в поле вывода изображения
будет выводиться картинка, полученная
с камеры.
Для однократного
измерения нажимается кнопка
(при этом если выбрано включить цикл
измерений, то в результате будет получено
среднеарифметическое значение координат),
для серии измерение кнопка
,
для остановки кнопка
(количество таких измерений ограничено
возможностью компьютера). Текущие
значения отображаются внизу в StatusBar-e.
Все результаты
измерения сводятся в единое окно, которое
вызывается кнопкой
.
В окне программы присутствует три
закладки: «Параметры РМ (pixcels)», «Координаты
“объекта”», «Параметры РМ (мм)».
На закладке Параметры РМ (pixcels) присутствуют для ввода наименований файлов, в которые будет сохраняться результаты работы программы, можно отдельно сохранять значения для каждой визирной цели значения в пикселях. Сохраняется результаты в файл с расширением prn
При наличии в воздушном тракте температурного градиента возникает градиент показателя преломления, что приводит к искривлению лучей и ошибке в определении координат излучающих диодов.
Пусть первоначально градиент температуры в воздушном тракте отсутствует, и измерения проходят в нормальных условиях.
По данной методике были проведены исследования и полученны следующие результаты обработаны в программе Excel и приведены в таблице 3 .1.
Таблица
3.1 – Экспериментальные данные определения координаты энергетического центра РМ без воздействия градиента температуры
№ н.измер. |
X1 (пкс) |
Y1 (пкс) |
1 |
188,8527372 |
159,27704 |
2 |
188,8551053 |
159,2567291 |
3 |
188,8075625 |
159,2687373 |
4 |
188,8651009 |
159,2681835 |
5 |
188,8593429 |
159,2615136 |
… |
… |
… |
150 |
188,8161256 |
159,277352 |
СКО: |
0,016554184 |
0,006572644 |
Во второй части эксперимента при повышении температуры за счет воздействия на воздушный тракт градиента температуры, мы можем наблюдать значительное изменение СКО для излучающего диода (таблица 3 .2).
Таблица
3.2 – Экспериментальные данные определения координаты энергетического центра РМ с учетом воздействия градиента температуры
№ н.измер. |
X2 (пкс) |
Y2 (пкс) |
1 |
103,0690966 |
157,9665661 |
2 |
103,0734689 |
157,9552912 |
3 |
103,1597459 |
157,6056709 |
4 |
103,1740244 |
158,1792683 |
5 |
103,0107124 |
158,0032266 |
… |
… |
… |
150 |
103,1740244 |
158,1792683 |
СКО: |
0,083368136 |
0,173082145 |
При увеличении температуры и площади воздействия градиента температуры получились результаты, приведенные в таблице 3 .3.
Таблица
3.3 – Экспериментальные данные определения координаты энергетического центра РМ с учетом воздействия градиента температуры и увеличении площади его воздействия
№ н.измер. |
X3 (пкс) |
Y3 (пкс) |
1 |
102,7744059 |
158,2452304 |
2 |
102,7052565 |
157,9436766 |
3 |
102,8241894 |
158,1143092 |
4 |
102,7873972 |
158,27002 |
5 |
102,7259721 |
158,3042169 |
… |
… |
… |
150 |
102,826872 |
158,3363536 |
СКО: |
0,267537076 |
0,2117974 |
Как видно, СКО координат изображений излучающего диода при нормальной температуре и повышенной отличается как минимум на порядок, что говорит об ошибке их определения и искривлении лучей за счет рефракции воздушного тракта.
На рисунке 3 .21 показаны оценки СКО при увеличении площади воздействия градиента температуры. Из рисунков видно, что при увеличении площади воздействия градиента температуры СКО возрастает как по горизонтали, так и по вертикали.
Рисунок
3.21 – Оценка СКО измерения координаты энергетического центра РМ при изменении площади воздействия градиента температуры
Таким образом, в ходе эксперимента было показано, что при влиянии градиента температуры на воздушный тракт СКО определения координаты энергетического центра РМ возрастает, причем как при увеличении температуры, так и при увеличении площади воздействия.