See artikkel keskendub asendianduritele, mõnele terminile ja põhikaalutlustele, mida kasutatakse teie rakenduse jaoks õigete mõõtevahendite valimisel, ning mõningatele levinud vigadele.

Võib-olla jäi sul ülikoolis vahele mõni tund, kus räägiti mõõteriistade teooriast: täpsusest, eraldusvõimest, reprodutseeritavusest ja muudest parameetritest. Kuid te pole üksi, paljud insenerid on seda tehnoloogiavaldkonda unustanud või pole sellest kunagi aru saanud. Mõõtmistehnoloogia terminoloogia ja väga esoteerilised tehnilised mõisted võivad segadust tekitada. Kuid need on kriitilise tähtsusega konkreetse rakenduse jaoks õigete mõõtevahendite valimisel. Kui teete vale valiku, maksate liiga võimsate muundurite eest liiga palju. Teises äärmuses pole teie tootel või juhtimissüsteemil lihtsalt vajalikku jõudlust. See artikkel keskendub asendianduritele, mõnele terminile ja põhikaalutlustele, mida kasutatakse teie rakenduse jaoks õigete mõõtevahendite valimisel, ning mõningatele levinud vigadele.

Definitsioonid

Alustame määratlustega:

• mõõtevahend on selle näitude usaldusväärsuse hindamise vahend;
• resolutsioon seade on väikseim või suurim kõrvalekalle asendis, mida ta suudab mõõta;
• asukoha mõõtmised seadmega - tulemuse reprodutseeritavuse aste;
• lineaarsus Instrumendi positsioonimõõtmised on anduri väljundi ja tegeliku mõõdetud nihke vahelise hälbe mõõtmine.

Enamik insenere ei suuda täpsusel ja täpsusel vahet teha. Seda saab selgitada noole ja sihtmärgi analoogia abil. Mõõteriista täpsus kirjeldab noole lähedust sihtmärgi keskpunktile.

Riis. 1. Täpne lask (vasakul) ja täpsuslaskmine (paremal)

Kui tulistati palju lasku, vastab tulemuse täpsus selle ala suurusele, kuhu nooled tabasid. Kui nooled on rühmitatud, loetakse laskmist täpsuseks.

Ideaalsete lineaarsete karakteristikutega mõõteseade on samuti absoluutselt täpne.

Nõuete määratlemine

Tundub, et siin on kõik üsna lihtne – vali lihtsalt väga täpsed ja väga täpsed mõõteriistad ning kõik läheb hästi. Kahjuks on sellel lähenemisviisil mõned puudused. Esiteks on suure täpsusega ja suure täpsusega mõõteriistad alati kallid. Teiseks tuleb need paigaldada väga hoolikalt, mida võivad takistada vibratsioon, soojuspaisumine/kokkutõmbumine jne. Kolmandaks on teatud tüüpi sellised seadmed väga tundlikud, mistõttu kõik muutused keskkonnatingimustes, eriti temperatuuri, mustuse, niiskuse ja kondenseerumise korral võivad viia nende ebaõnnestumiseni või ebaõnnestumiseni.

Sel juhul on optimaalne strateegia määrake kindlaks, mida on vaja, ei rohkem ega vähem. Näiteks kaaluge tööstusliku voolumõõturi nihkemuundurit – lineaarsus ei ole selle jaoks põhinõue, kuna vedeliku vooluomadused on tõenäoliselt mittelineaarsed. Siin on olulisem reprodutseeritavus ja stabiilsus erinevates keskkonnatingimustes.

Ja CNC-masinas on esiplaanil mõõtmiste täpsus ja täpsus. Sellest tulenevalt on nihkemõõturi põhinõuded kõrge täpsus (lineaarsus), eraldusvõime ja kõrge korratavus isegi määrdunud või märjas keskkonnas, pikk kasutusiga ja kõrge töökindlus.

Soovitame alati lugeda mõõtevahendi spetsifikatsiooni peenes kirjas, eriti selle kohta, kuidas märgitud täpsust ja täpsust mõjutavad keskkonnamõjud, kasutusiga ja paigaldustolerantsid. Veel üks näpunäide: uurige, kuidas muutub seadme lineaarsus. Kui see toimub sujuvalt või aeglaselt, saab mittelineaarsuse kergesti kõrvaldada kalibreerimisega, kasutades mõnda võrdluspunkti. Näiteks saate kalibreerida pilu mõõtmise seadme sobiva kalibreerimisploki abil. Allolev näide kalibreerib üsna mittelineaarse muunduri väga lineaarseks (täpseks) seadmeks, kasutades suhteliselt väikest arvu võrdluspunkte.

Riis. 2. Mittelineaarse anduri kalibreerimine aeglaselt muutuva määramatusega

Teises näites kalibreeriti kiiresti muutuva veaga seade 10 punkti abil, kuid selle lineaarsus jäi praktiliselt muutumatuks. Sellise seadme lineariseerimiseks võib olla vaja rohkem kui 1000 punkti. Kalibreerimisvarraste kasutamine võib olla ebaratsionaalne. Sel juhul on soovitatav võrrelda otsingutabelis olevaid näitu võimsama võrdlusseadme, näiteks laserinterferomeetri näiduga.

Riis. 3. Mittelineaarse anduri kalibreerimine kiiresti muutuva täpsusega

Levinud probleem – optilised kodeerijad

Optiliste kodeerijate tööpõhimõte põhineb valgusvihu kasutamisel, mis on suunatud läbi või peale optilise elemendi, milleks on tavaliselt klaasketas. Valgus läbib või ei läbi ketta resti ning tekib asendile vastav signaal. Klaaskettad on hämmastavad: nende elemendid on nii väikesed, et võimaldavad tootjatel nõuda suurt täpsust. Kuid sageli jääb ebaselgeks, mis juhtub pärast seda, kui need elemendid ummistuvad tolmu, mustuse, rasvaga jne. Tegelikult võivad isegi väga väikesed võõrkehade kogused põhjustada mõõtmisvigu. Pealegi kaasnevad selliste probleemidega harva hoiatussignaalid - tavaliselt lakkab seade lihtsalt töötamast. Seda nimetatakse "katastroofiliseks ebaõnnestumiseks". Optiliste kodeerijate ja eriti nende komplektide täpsuse probleemi on uuritud veelgi vähem.

Mõelge optilisele seadmele, mille ketta nimisuurus on 1 tolli ja eraldusvõime 18 bitti (256 tuhat punkti). Tavaliselt on sellise seadme märgitud täpsus +/– 10 kaaresekundit. Kuid on üks asi, mis tuleks välja kirjutada suures paksus kirjas (kuigi keegi seda ei tee) – märgitud täpsus eeldab, et ketas pöörleb lugemispea suhtes ideaalselt ja temperatuur on konstantne. Realistlikuma näite puhul on ketas paigaldatud 0,001 tolli (0,025 mm) keskpunktist eemale.

Ekstsentrilisust võivad põhjustada mitmesugused tegurid, millest mõned on toodud allpool:

• klaasketta kontsentrilisus hülsil;
• hülsi läbiva ava kontsentrilisus optilise ketta suhtes;
• hülsi perpendikulaarsus optilise ketta tasapinna suhtes;
• optilise ketta pinna paralleelsus lugemispea tasapinnaga;
• võlli kontsentrilisus, millele puks on paigaldatud;
• vahed laagrites ja peavõlli toetavates laagritugedes;
• Ebatäiuslik laagrite joondamine;
• võlli ümarus ja hülsi läbiv ava;
• asendi määramise meetod (tavaliselt tõmbab seadistuskruvi puksi ühes suunas);
• nihe pingest või deformatsioonist võlli laagrite koormusest;
• termilised mõjud;
• jne.

Riis. 4

Täiuslik optilise draivi paigaldamine nõuab nii suurt täpsust, et kulud muutuvad kalliks. Tegelikkuses tekib mõõtmisviga seetõttu, et optiline ketas ei asu kohas, kus lugemispea loeb. Arvestades paigaldusviga 0,001 tolli, määrab mõõtmisvea nurga all, mille kaar on 0,001 tolli pikkusega vastava optilise raja raadiuses. Arvutuste lihtsustamiseks oletame, et lugemisradade raadius on 0,5 tolli. See vastab 2 milliradiaani ehk 412 kaaresekundi suurusele veale. Teisisõnu, kui seadme täpsus on määratud olema 10 kaaresekundit, on selle tegelik täpsus 40 korda suurem.

Kuid 0,001-tollise täpsusega optilise ketta installimiseks peate väga kõvasti proovima. Tegelikkuses määrate selle vahemikku 2–10 tuhandikku, nii et tegelik täpsus on 80–400 korda väiksem kui algne väärtus.

Alternatiivne lähenemine

Lahusti või uue põlvkonna induktiivseadmete nagu IncOder mõõtmispõhimõte on täiesti erinev. See põhineb rootori (ketta) ja staatori (lugeja) vastastikusel induktiivsusel. Ühes punktis võetud näitude põhjal asukoha arvutamise asemel tehakse mõõtmised kogu staatori ja rootori pinna ulatuses. Järelikult neutraliseeritakse seadme ühes osas ekstsentrilisusest põhjustatud ebakõlad selle vastasosaga. Loomulikult pole nende seadmete eraldusvõime ja täpsus nii muljetavaldavad kui optiliste kodeerijate omad. Kuid peamine erinevus seisneb selles, et sellised mõõtesüsteemi omadused jäävad muutumatuks ka mitteideaalsetes tingimustes.

Zttlex IncOder induktiivsed nurgaandurid on kiiresti populaarsust kogunud asendianduritena, mis peavad vastu karmides töötingimustes. Seadmete valikus on mini IncOder seadmed läbimõõduga 37 mm ja eraldusvõime kuni 17 bitti, midi IncOder läbimõõduga 58 mm ja eraldusvõime kuni 19 bitti ning maxi IncOder läbimõõduga 75 bitti mm kuni 300 mm eraldusvõimega kuni 22 bitti.

Eraldusvõime on elementide arv antud piirkonnas. See termin kehtib paljude mõistete kohta, näiteks:

– graafilise pildi eraldusvõime;

– printeri kui väljundseadme eraldusvõime;

– hiire kui sisendseadme eraldusvõime.

Näiteks saab laserprinteri eraldusvõimeks määrata 300 dpi (dot per inche), mis tähendab, et printer suudab printida 300 üksikut punkti ühetollisele tükile. Sel juhul on pildielementideks laserpunktid ja pildi suurust mõõdetakse tollides.

Graafilise pildi eraldusvõimet mõõdetakse pikslites tolli kohta. Pidagem meeles, et arvutifaili pikslil ei ole kindlat suurust, kuna see salvestab teavet ainult selle värvi kohta. Piksel omandab oma füüsilise suuruse, kui seda kuvatakse konkreetsel väljundseadmel, näiteks monitoril või printeril.

Ekraankoopia jaoks piisab eraldusvõimest 72 dpi, värvi- või laserprinteriga printimiseks 150–200 dpi ja fotosäritusseadmel 200–300 dpi. Kehtestatud on rusikareegel, et printimisel peaks originaali eraldusvõime olema 1,5 korda suurem kui väljundseadme ekraani suurus.

Trükitud pildi eraldusvõime ja lineatuuri mõiste. Rasterkujutise punkti suurus nii paberkoopial (paber, film vms) kui ka ekraanil oleneb kasutatavast meetodist ja originaali rasterdamisparameetritest. Rasteriseerimisel kantakse originaalile joonte ruudustik, mille lahtrid moodustavad rasterelemendi. Rasterruudustiku sagedust mõõdetakse joonte arvuga tolli kohta ja seda nimetatakse lineatuuriks.

Tehniliste seadmete lahutusvõime mõjutab vektor- ja rastergraafika väljundit erinevalt.

Seega kasutatakse vektorjoonise väljastamisel väljundseadme maksimaalset eraldusvõimet. Sel juhul ütlevad pilti kirjeldavad käsud väljundseadmele objekti asukoha ja mõõtmed ning seade kasutab selle joonistamiseks maksimaalset võimalikku punktide arvu. Seega on erineva kvaliteediga printeritele prinditud vektorobjektil, näiteks ringil, paberilehel sama asukoht ja mõõtmed. Ring näeb aga suurema eraldusvõimega printerile printides sujuvam välja, kuna see koosneb suuremast arvust printeripunktidest.

Väljundseadme eraldusvõimel on rasterpildi väljundile palju suurem mõju. Kui bitmap-fail ei täpsusta, mitu pikslit tolli kohta väljundseade tootma peaks, on see vaikimisi iga piksli minimaalne suurus. Laserprinteri puhul on minimaalseks elemendiks laserpunkt, monitoril videopiksel. Kuna väljundseadmed erinevad minimaalse elemendi suuruse poolest, mida nendega luua saab, on ka bitmap-pildi suurus erinevatesse seadmetesse väljastamisel erinev.

Lisaks reflektogrammile kuvatakse reflektomeetri ekraanil tabel, mis sisaldab andmeid rea peamiste sündmuste kohta, sealhulgas kaugust kõigi ebaühtlusteni. Tüüpiline on, et kaugused ebakorrapärasustest on näidatud kuni kuuenda ja mõnikord isegi seitsmenda numbri täpsusega. Näiteks tabelis 3.4 on kuuenda kümnendkoha täpsusega näidatud rea kogupikkus: 68,1328 km.

Numbrite arv, millega seade mõõdetud väärtust kuvab, iseloomustab näidu täpsust, s.t. Kui täpselt saab näitu teha? Kiu pikkuse mõõtmise täpsus on märgatavalt väiksem. See ei sõltu ainult reflektomeetri täpsuskarakteristikutest, vaid ka ebahomogeensusest tuleneva peegeldusteguri suurusest, kiu rühma murdumisnäitaja määramise täpsusest jne.

Kui loendus on palju märke, tekib loomulikult küsimus, kui palju märke on tegelikult olulised. Lihtsaim viis seda kindlaks teha on tükeldada järjest väikseid kiutükke (joonis 3.8) ja jälgida, kuidas reflektomeetri näidud muutuvad. Sisuliselt määratakse sel viisil reflektomeetri eraldusvõime kiu pikkuse mõõtmisel. Teatavasti on eraldusvõime väikseim mõõdetud väärtuse muutumise intervall, mis ikkagi põhjustab mõõtmistulemuste muutumise.

Riis. 3.8. Skeem reflektomeetri lahutusvõime määramiseks kiu pikkuse mõõtmisel

Tabelis 3.4 on toodud SM-kiu pikkuse mõõtmise tulemused, kui selle pikkust korduvalt ühe meetri võrra vähendada. Mõõtmised viidi läbi E6000C reflektomeetriga lainepikkusel 1310 nm impulsi kestusega 3 μs. Mõõdetud punktide arv E6000C-s on 16 000, mis vastab 80 km mõõtmisvahemiku korral 5-meetrisele punktide vahelisele intervallile.

Tabel 3.4. Kiu pikkuse mõõtmise tulemused, kui seda korduvalt ühe meetri võrra vähendada

Kiu pikkust mõõdeti automaat- ja poolautomaatrežiimis. Nende mõõtmiste tulemused sama kiu pikkuse kohta, nagu on näha tabeli kahest esimesest veerust, võivad erineda mitu meetrit. Tabeli kolmas ja neljas veerg näitavad vastavalt kiu pikkuse muutuse mõõdetud väärtust automaat- ja poolautomaatrežiimis. Kiu pikkuse tegelik muutus on toodud viiendas veerus. Viimane veerg näitab peegelduskoefitsienti kiu otsast.

Tabelis on näha, et korduval kiu pikkuse vähenemisel 1 m võrra kiu pikkuse mõõdetud väärtus väheneb, kuid mitte monotoonselt. Mõõdetud kiu pikkuse väärtus ei sõltu ainult selle tegelikust pikkusest, vaid ka valguse peegeldusteguri väärtusest kiu otsast. Reflektomeetri näidud muutuvad alles pärast kiu pikkuse vähenemist 2...3 m. Sellisel juhul (kui jätta vaatlusest välja väikese peegeldusteguriga lõhenenud kiud) väheneb kiu pikkuse L N mõõdetud väärtus intervalli võrra punktid on 5 m. Seega ei ületa kiu pikkuse mõõtmise täpsus 5 m.

Halva kiibi puhul (need on tabelis esile tõstetud) on kiu pikkus pikem kui hea kiibi puhul. Näiteks kiud oli alguses katki ja peegelduskoefitsient kiu otsast oli vaid –38,923 dB. Pärast kiu otsa lõhenemist suurenes peegeldusvõime -14,576 dB-ni ja kiu pikkus (mõõdetuna automaatrežiimis reflektomeetriga) vähenes 92 m. Tegelikult vähenes kiu pikkus vaid 1 m.

Tabelis 3.4 toodud tulemustest on selge, et reflektomeetri lahutusvõime kiu pikkuse mõõtmisel sõltub kiu otsa lõhustumise kvaliteedist. Selle sõltuvuse põhjust arutati eelmises lõigus. Lühidalt öeldes on see järgmine. Kui impulss peegeldub heast kiu otsa lõhenemisest, määrab signaali kasvu kiiruse impulsi esiserva järsus. Ja kui see peegeldub halvast kiibist, hakkab signaal märgatavalt vähenema alles pärast seda, kui mitte ainult kogu impulsi esiserv, vaid ka teatud osa impulsist endast on läbinud kiu otsa. Seega saavutatakse kehva lõhustumise korral lävitase pikema kiu pikkusega.

Kui palju võivad kiu paksuse mõõtmise tulemused erineda, kui peegelduskoefitsient kiu otsapinnast muutub, on näha tabeli 3.4 kahest esimesest reast. Iseloomulik on see, et kui automaatrežiimil ulatub see lahknevus –92 m-ni, siis poolautomaatrežiimil on see purunemise alguse täpsema määramise tõttu märgatavalt väiksem (–15 m). Minimaalne viga, millega saab määrata kiu otsa asendi, on ligikaudu pool mõõdetud punktide vahelise intervalli laiusest.

Peatükid raamatust
Listvin A.B. Listvin V.N. Optilise kiu reflektomeetria (allalaaditav PDF)

Fiiberoptiliste reflektomeetritega mõõtmiste kohta koos reflektogrammide näidetega lehekülg Fiiberoptilise kaabli (FOCL) mõõtmised paigaldamise ajal

Vaadake, mis on "Resolutsioon (optikas)" teistes sõnaraamatutes:

Optiliste seadmete eraldusvõime (lahutusvõime) iseloomustab nende seadmete võimet toota eraldi kujutisi objekti kahest üksteise lähedal asuvast punktist. Väikseim lineaarne või nurkkaugus kahe punkti vahel, alustades...

- optiliste seadmete (lahutusvõimsus), iseloomustab nende seadmete võimet anda eraldi kujutist objekti kahest üksteise lähedal asuvast punktist. Väikseim lineaarne (või nurk)kaugus kahe punkti vahel, millest alates... ... Füüsiline entsüklopeedia

I Optiliste seadmete eraldusvõime (lahutusvõime) iseloomustab nende seadmete võimet toota eraldi kujutisi kahest üksteise lähedal asuvast punktist. Väikseim lineaarne või nurkkaugus kahe...... Suur Nõukogude entsüklopeedia

Selle võime anda pildil edasi objekti väikseid detaile; mõõdetuna suurima arvu mikroskoobi all eristatavate paralleelsete joonte järgi joonvõre kujutise 1 mm kohta (maailmad). * * * FOTOMATERJALI ERALDUSVÕIMSUS… … entsüklopeediline sõnaraamat

RESOLUTSIOON- 1. Üldiselt optikas objektiivi võime toota eraldi kujutisi eristatavatest, kuid ruumiliselt üksteisele lähedal asuvatest objektidest. 2. Eriline tähendus on silma sarnasel võimel. 3. Metafooriliselt kognitiivne võime läbi viia peent... ... Psühholoogia seletav sõnastik

Füüsika haru, milles uuritakse kiirte levimise seadusi laengu taga. elektronide ja ioonide osakesed makroskoopiliselt. mag. ja elektriline väljad ja nende teravustamise, kõrvalekalde ja kujundi kujunemise küsimused. Elektronoptika (EO) väljatöötamine algas ... ... Füüsiline entsüklopeedia

Objekti poole suunatud optilise süsteemi osa või sõltumatu optiline süsteem, mis moodustab objektist reaalse optilise kujutise. Seda pilti vaadatakse visuaalselt läbi okulaari või saadakse tasapinnal (harvemini... ... Suur Nõukogude entsüklopeedia

Seade objektist mitmekordselt (kuni 106 korda) suurendatud kujutise vaatlemiseks ja pildistamiseks, milles valguskiirte asemel kasutatakse elektronkiire, mis on kiirendatud süvavaakumtingimustes kõrgetele energiatele (30-1000 keV või enam). Füüsika... Füüsiline entsüklopeedia

Maatriks digikaamera trükkplaadil Sellel terminil on ka teisi tähendusi, vt ... Wikipedia

Uurib elektri mõju. mag. lained koos heliga teleris. kehad ja vedelikud. Nendest nähtustest lähtuvalt luuakse tehnoloogias erinevaid tehnoloogiaid. seadmeid. Valguse ja heli koostoimet kasutatakse laialdaselt optikas, elektroonikas ja lasertehnoloogias koherentsete... ... Füüsiline entsüklopeedia

RESOLUTSIOON Optiliste seadmete lahutusvõimsus (lahutusvõimsus) on väärtus, mis iseloomustab nende seadmete võimet anda eraldi kujutist kahest üksteise lähedal asuvast punktist. Väikseim lineaarne (või nurk) kaugus kahe punkti vahel, millest alates nende kujutised ühinevad ja lakkavad olemast eristatavad, nimetatakse. lineaarne (või nurk) eraldusvõime piir. Selle vastastikune väärtus on R. s. kvantitatiivne mõõde. optiline seadmeid. Ideaalse pildi punktist kui objekti elemendist saab sfäärilisest lainest. pinnad. Tõeline optika süsteemidel on sisse- ja väljapääsu õpilased (vt. Diafragma) piiratud mõõtmetega, piirates lainepinda. Tänu valguse difraktsioon, isegi puudumisel optiliste süsteemide aberratsioonid ja tootmisvead, optilised. süsteem kujutab punkti monokromaatiliselt. valgus heleda laigu kujul, mida ümbritsevad vaheldumisi tumedad ja heledad rõngad. Difraktsiooniteooriat kasutades saame arvutada naimi. optikaga lubatud kaugus süsteem, kui on teada, milliste valgusjaotuste juures vastuvõtja (silm, fotokiht) pilti eraldi tajub. Vastavalt J. W. Rayleigh' (1879) kehtestatud tingimusele saab kahe punkti kujutisi näha eraldi, kui difraktsiooni keskpunkt igaühe laigud lõikuvad teise esimese tumeda rõnga servaga (joon.).

Valgustuse jaotus E kahe punktvalgusallika kujutisel, mis paiknevad nii, et valgustuse maksimumide vaheline nurkkaugus Df võrdub tsentraalse difraktsioonipunkti raadiuse nurga väärtusega Dq (Df = Dq – Rayleighi tingimus).

Kui objekti punktid on isehelendavad ja kiirgavad ebajärjekindlaid kiiri, vastab Rayleighi kriteeriumi täitmine kõige enam lahendatud punktide kujutiste vaheline valgustus moodustab 74% punkti keskpunkti valgustusest ja nurgast. kaugus difraktsioonitsentrite vahel laigud (valgustuse maksimumid) määratakse avaldisega Df = 1,21l/ D, kus l on valguse lainepikkus, D- optilise sissepääsu pupilli läbimõõt süsteemid. Kui optiline süsteemil on fookuskaugus /, siis eraldusvõime piiri lineaarväärtus d = 1,21l f/D. Teleskoopide ja täppiskaapide eraldusvõime piir on väljendatud kaares. sekundit ja määratakse valemiga d = 140/ D(l = 560 nm ja D mm) (mikroskoopide R. s. kohta vt art. mikroskoop). Antud valemid kehtivad ideaalsete optiliste läätsede teljel paiknevate punktide kohta. seadmeid. Aberratsioonide ja tootmisvigade olemasolu vähendab R.s. tõeline optiline süsteemid R.s. tõeline optiline süsteem väheneb ka vaatevälja keskpunktist selle servadele liikudes. R.s. optiline seade R op, sealhulgas optilise kombinatsiooni. süsteem ja vastuvõtja (fotokiht, katood elektron-optiline muundur jne), mis on seotud R. s. optiline süsteemid Roc ja vastuvõtja R n ligikaudne f-loy