Главная – Журналы – Автометрия 2003 номер 5

Для обеспечения высокой надежности тепловыделяющих сборок атомных реакторов предъявляются жесткие требования к геометрическим параметрам дистанционирующих решеток. Они определяют заданное расположение пучка тепловыделяющих элементов в поперечном и продольном направлениях тепловыделяющих сборок, что крайне важно для исключения их коррозии и обеспечения требуемого теплового режима функционирования. Разработана и создана лазерная измерительная машина с использованием метода многоточечного структурного освещения для обеспечения 100-процентного трехмерного контроля геометрических параметров дистанционирующих решеток российских атомных реакторов ВВЭР-1000. Представлены метод измерения, аппаратные и программные средства лазерной измерительной машины (ЛИМ). Приводятся и обсуждаются результаты испытания ЛИМ в производственных условиях.

Рассмотрен оптический метод измерения профиля поверхности трехмерных микроструктур. Информацию о пространственном спектре профиля поверхности получают путем измерения интенсивности дифракции света, по которой посредством восстановления фазы реконструируют поверхность. Приведен пример восстановления случайной непериодической поверхности ступенчатой структуры с высотой каждой ступеньки, равной 70 нм. Представлен результат успешной реконструкции поверхности. Рассмотренный дифракционный метод целесообразно использовать для оперативных измерений.

Дан анализ триангуляционных оптических методов измерения уровня расплава в тигле при выращивании кристаллов. Основное внимание уделяется методу активного зондирования, основанному на использовании лазерного триангуляционного сенсора. Приведены оценки метрологических характеристик (систематической составляющей погрешности измерений и диапазона измерений) в зависимости от уровня расплава, скорости его вращения, расстояния зоны измерения от центра вращения, координаты тигля. Даны оценки допустимой скорости вращения расплава. Сформулированы требования к оптической системе, обеспечивающие максимальный диапазон измерений, а также к алгоритмам обработки оптического сигнала, формируемого при отражении зондирующего луча от нестационарной зеркальной поверхности. Обсуждаются особенности измерения уровня расплава с использованием пассивного бинокулярного сенсора.

Исследован интерференционный метод измерения диаметров круговых отражающих цилиндров. В приближении геометрической оптики изучено поведение интерференционного поля в условиях неточного позиционирования измеряемого объекта. Показано, что при регистрации поля в удаленной зоне погрешность определения диаметра объекта, связанная с неточностью его позиционирования, заметно снижается. Для оценки влияния дифракции света на интерференционную картину построена эквивалентная модель, согласно которой поле можно рассматривать как результат интерференции плоской монохроматической волны и двух точечных источников: «плавающего» (по поверхности объекта) с лучевой диаграммой направленности и стационарного с диаграммой направленности френелевского типа. Расчеты показали, что дифракция света на цилиндре оказывает заметное влияние на интерференционную картину, которое следует учитывать при определении диаметров отражающих цилиндров с прецизионной точностью.

Излагаются результаты исследований, направленных на создание оптико-электронной системы контроля размеров отверстий в ситах, используемых для сортировки алмазов. Описана методика определения размеров отверстий по их изображениям. Обсуждаются результаты исследования алгоритма определения размеров отверстий, обеспечивающего погрешность не более 3 мкм. Даны характеристики автоматической системы контроля аналитических сит.

Представлены схема и принцип работы биофотометра-спектроанализатора – оптического прибора нового поколения для медицинской диагностики и проведения лечебных процедур. Приведены результаты предварительных клинических испытаний прибора, демонстрирующие диагностические возможности аппарата.

Представлен способ создания перестраиваемого фильтра Фабри – Перо, служащего для фильтрации монохроматического излучения. Для управления изменением направления оптической оси фильтр заполняется жидким кристаллом. Детально рассмотрена зависимость спектральных характеристик фильтра от дисперсии показателя преломления жидкого кристалла. Экспериментально определены скачки фазы в отражающих слоях зеркал. Описан способ определения затухания света в прозрачном рассеивающем слое жидкого кристалла.

Рассмотрены возможности применения адаптивных оптических устройств для наземной солнечной астрономии и спектроскопии высокого разрешения. Предложены схемы адаптивных оптических систем с квадрантным и корреляционным датчиками смещения изображения. Приводятся результаты их испытания на Большом солнечном вакуумном телескопе Байкальской астрофизической обсерватории. Показано, что применение адаптивной системы с квадрантным приемником позволяет уменьшить дисперсию дрожания фрагмента изображения в окрестности поры в 16–40 раз (в зависимости от скорости ветра) и увеличить пространственное разрешение телескопа при спектроскопических исследованиях процессов на Солнце. Показано также, что эффективность стабилизации изображения с помощью адаптивной оптической системы с корреляционным датчиком 1 в диапазоне частот от 0 до 11 Гц. Обсуждаются пути дальнейшего развития адаптивной оптической системы солнечного телескопа.

Предложены и обсуждены области применения световолоконных интерферометров Саньяка. Поскольку такие системы реагируют на абсолютные вращательные движения в плоскости петли интерферометра, открываются возможности их использования для детектирования подобных явлений. С точки зрения сейсмологов таковыми могут считаться сейсмические вращательные волны. Информация о них в большинстве случаев извлекается из зарегистрированных сейсмических сигналов. Эту скрытую информацию со всеми сопутствующими искажениями получают из разности показаний двух включенных антипараллельно маятниковых сейсмометров (систем ДАМС). Предложенная волоконно-оптическая вращательная система (ВОВС) лишена этих недостатков и может быть применена как для калибровки подобных систем, так и детектирования вращательных сейсмических волн. Представлена конструкция системы ВОВС, основанная на хорошо известном принципе оптического гироскопа с оптимизацией на детектирование только чисто вращательных движений. Рассмотрены также возможности ее использования для калибровки систем ДАМС. Полученные результаты были использованы для уточнения работы систем ДАМС путем сглаживания данных с помощью сплайнов. Более того, первые применения системы показали, что вероятность появления вращательных волн возможна только при сильных землетрясениях.

Рассмотрены принципы работы и программное обеспечение оптических и оптико-телевизионных приборов, предназначенных для детального количественного исследования процессов пластического течения и разрушения металлов и сплавов. Приведены данные об их разрешении, точности измерений и быстродействии. Оценены экспериментальные возможности предложенных методик, которые использованы при исследованиях локализации пластической деформации с помощью специально разработанных схем, применяющих декорреляцию двух спекл-картин поверхности деформируемого твердого тела. В качестве примеров представлены данные об особенностях кинетики процесса пластического формоизменения, полученные с помощью описанных методик.

Исследовано тушение люминесценции чувствительных к давлению красок с использованием импульсных ультрафиолетовых лазеров (эксимерного и на азоте) в качестве источника возбуждения. Лазеры обеспечивают достаточно равномерное облучение бароиндикаторных покрытий излучением на следующих длинах волн: KrF – 248, XeCl – 307, XeF – 353, N₂– 337 нм. Время импульса лазера 5–7 нс, энергия до 300 мДж. Такие параметры позволили измерить временную зависимость тушения люминесценции чувствительных к давлению красок на основе некоторых производных пирена, диспергированных в полимерную матрицу, и «открытой» системы, в которой молекулы красителя адсорбированы силикагелевой пористой подложкой. Показано, что время жизни пирена зависит от давления и типа используемой матрицы. Время жизни пирена, диспергированного в кремнийорганическом полимере, 100 нс при давлении 10⁵ Па и около 400 нс при давлении 10² Па. Для бароиндикаторного покрытия на основе силикагеля и окиси алюминия эти времена составляют 45 и 145 нс соответственно.

Представлена математическая модель годичных колец в форме интерференционной картины, позволяющая ретроспективно восстановить радиальный рост дерева непрерывно в течение вегетационного периода. Изменения плотности древесины вдоль радиуса диска дерева рассматриваются как некоторое колебание, фаза которого является строго возрастающей функцией радиуса. Радиальный рост определен как монотонная функция времени, обратная по отношению к фазе. На основе свойства дисперсионной причинности разработаны алгоритмы анализа модели. Приводятся экспериментальные результаты.

Используется эффект генерации второй гармоники зондирующего лазерного излучения для экспрессного, локального, неразрушающего контроля количественных и качественных кристаллических характеристик материалов. Представлены технические характеристики и описаны возможности автоматизированной лазерной системы выходного контроля кристаллических параметров полупроводниковых материалов. Данная система позволяет в течение нескольких минут определить ориентацию кристаллографических осей с погрешностью 0,1^o в локальных приповерхностных областях (диаметром 100 мкм, глубиной 0,1–1,0 мкм), выявить наличие локальных напряжений, создать карты и микрокарты кристаллического качества поверхности и оптического качества объема тестируемых материалов (время картирования 15 мин).