автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Методы градуировки фотометрических шкал измерительных систем без применения образцовых мер

РГЗ од

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИИ .

на правах рукописи

Чадеева Марина Валентиновна

МЕТОДЫ ГРАДУИРОВКИ ФОТОМЕТРИЧЕСКИХ ШКАЛ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ЕЕЗ ПРИМЕНЕНИЯ ОБРАЗЦОВЫХ МЕР

Специальность 05.11.16 - информационные измерительные системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1993

УДК 535.232.6 : 535.853.26:621,383:681.17

Работа выполнена во . Всероссийском ; научно-исследовательском институте оптико-фиэических измерений.

Научный руководитель-кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

■ Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кудрявцев Ё.В..

• Фабриков В. к.

кандидат технических наук.

старший научный сотрудник Дойников А. С;

Бедуиая. организация - Институт проблем управления-РАН

Завита диссертации состоится _" 1993 г. в часов

на заседании специализированного совета Д 041.01.02 при ■ ■ Всероссийском научно-исследовательском институте оптико-физический измерений по адресу: 103031, г.Москва, ул.Рождественка, 27. т.921-19-74.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке.ВНИИОФИ. Автореферат разослан "__"_ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, старюий научный сотрудник

Тихомиров С. В.

. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важная и актуальная задача повышения точности измерений непосредственно связана с совершенствованием уже имессшхся и разработкой новых методик аттестации различных измерительных систем, а также методов определения градуировочных характеристик и обработки результатов измерений. Градуировка • шкал измерительных систем, когда отметке шкалы ставится в соответствие абсолвтное значение измеряемой физической величины, основана на использовании эталонов как основы измерений. В то же время некоторые шкалы измерительных систем, такие как. например, фотометрическая шкала, является нормированными и ставят в :оответствие лишь изменение физической величины на входе исследуемого устройства, а не ее абсолютное значение. Поскольку при градуировке таких шкал нет необходимости в определении абсолютного значения физической величины, то существует возможность использовать методы, не связанные с эталонами.

Разработка, исследование и применение там, где это зоэможно, методов, не связанных с использованием эталонов или образцовых мер. является важной и актуальной задачей, т.к. юзволяет существенно расширить спектр аттестуемых средств !змерений независимо от параметров существуюцих эталонов и »талонных установок.

В настоящее время градуировка фотометрических шкал оптических !эмерительных систем осуществляется в большинстве случаев с юмоцью наборов образцовых ослабителей КС-101 и КС-102. а также с юмсыью секторных дисков в ИК области спектра. Однако такие образцовые меры имеет предел для увеличения точности, связанный с [жзическими свойствами материала!* При использовании образцовых (ер, а также при аттестации нестандартиэованных и высокоточных ;редств измерений возникает проблем;!. связаннее с расширением [инамического и спектрального диапазонов. Кроме того, аттестация ;амих образцовых мер является сложной научно-технической задачей |. з свою очередь, требует применения либо эталонов, либо геэависимых методов. : "

I.A.Никитин. В. Г,Воробьев. Прецизионная спектрсфотометрия гатериалов и покрытий. "ОМЛ". 1988, 12. с.,47-56.

Целью работы является обоснование и определение погрешности методов градуировки, не требуюних применения образцовых мер у основанных на аддитивных и мультипликативных свойствах входногс сигнала, для их использования при метрологической аттестата широкого класса высокоточных средств измерений, в том числе дл; градуировки фотометрических шкал оптических измерительных систем.

Научная новизна и практическая значимость работы..

1. Разработан и оптимизирован обобценный метод градунровк» фотометрических икал, основанный на аддитивных и мультипликативны! свойствах входного сигнала.

2. Разработан способ определения систематической методическое погрешности для ряда тестовых методов градуировки без применен!« образцовых мер, и с помоцью математического моделирование определены верхние. границы методической погрешности для этие методов.

3. - Предложен способ определения погреиностей, обусловленные смешением МНК-оценок, в тех случаях, когда аналитический аналис невозможен, в частности, для задачи восстановления градуировочно! характеристики фотометрической шкалы без применения образцовые мер. ,

4. • Полученные результаты и разработанные пакеты прикладные программ позволяет применять исследованные тестовые методы дл$ градуировки фотометрических шкал широкого класса высокоточные средств измерений, а также для аттестации образцовых мер.

Внедрение. Результаты работы внедрены при разработке к аттестации установки высшей точности для средств иэмерешк ослабления в волоконных световодах СМИ 1687-87), а также пр! создании установки для автоматического сканирования фотоснимков.

Апробация. Основные результаты работы докладывались на 6-й I 7-й Всесоюзных научно-технических конференциях "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение" С1986 и 1988 гг.). а также ш Всесоюзном научно-техническом совещании "Совершенствование средсп связи на основе внедрения световолоконной и микропроцессорное техники" С1936). По материалам диссертации опубликовано 7 научные работ.

Структура и объем работа. Диссертация состоит из введения, этырех глав и заключения. Объем ее составляет 101 страницу, ключая 24 рисунка. 4 таблицы и список литературы из 73 аименований.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ. БЬНОСИМЬЕ НА ЗАЩИТУ . Оптимальные соотношения сигналов в каналах делительного стройства, соответствуюцие минимуму методической погрешности для бобценного аддитивного метода, составляют соответственно: 1:2 для вухканальной схемы. 1:2:10 для трехканальной схемы и 2:4:5:10 для етырехканальной схемы.

. Верхняя граница методической погрешности для аддитивного метода ри оптимальных соотношениях сигналов в каналах делительного стройства не превышает 3,5 от величины ее МНК-оценки при ппроксимащш градуировочной характеристики полиномами до 8 орядка включительно; при этом коэффициент корреляции мехду огрешностью и ее МНК-сценкой составляет У5",.

. Разработанный численный метод определения смецения оценок, олучаемых методом наименьших квадратов при неточно заданных сходных данных, посволяет учитывать и прогнозировать влияние лучайных погрешностей измерений, а также проводить планирование змерений с помоаью предварительного математического оделирования.

Применение аддитивного метода и разработанного пакета рикладных программ для аттестации установки высшей точности для редств измерений ослабления в волоконных световодах позволяет асширить динамический диапазон градуируемой шкалы ослаблений с 10 Б до 30 дБ на длине волны 0.83 мкм и получить при этом следух сше уммарные значения погрешностей: диапазоне 0+ 5 дБ - 0,004 дБ;

5+10 дБ - 0,006 дБ;

10+30 дБ - 0.04 дБ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность :темы, рассмотрено овременное состояние и проблемы, возникаюцие при аттестации ютометрических шкал оптических измерительных систем.

Глава 1 посвящена обзору и анализу суаествуюцих методов

градуировки фотометрических шкал оптических измерительных систе; без применения образцовых мер. Возможность применения таки: независимых методов обусловлена 'тем, что фотометрическая шкал; является нормированной, т.е. она ставит в соответствие выходном] сигналу относительное изменение входного сигнала С пропускание.). Ряд методов градуировки фотометрической ккалы. не требующп применения образцовых мер. основан на проведении косвенны: измерений. При этом измеряется физическая величина, связь которо! с величиной пропускания описывается известными соотношениями. Наиболее точным из это:! группы методов является мето; последовательного деления пополам. Вазным ' достоинством егс является неселективиость в спектральном диапазоне. Но этот метох обладает и рядом недостатков, в частности, он не позволяет исследовать диапазон пропусканий 0,ЗЛ,0 . а такяе использоват! при измерениях произвольное распределение и число точек г исследуемом динамическом диапазоне.

Кроме методов, основанных на косвенных измерениях, е отдельную группу можно выделить методы, в которых для восстановления градуировочной характеристики используется лие£ информация о свойствах входного сигнала. При этом проводится сравнение значений выходного сигнала при различных (.не неизвестных) значениях сигнала на входе. Далее градуировочная характеристика восстанавливается с пемецью математической обработки данных на основе информации об аддитивных или мультипликативных свойствах входного сигнала. Эти методы также являются неселективными в спектральном диапазоне и в- то же время лишены тех ограничений, которые присуди методу последовательного деления пополам. Для того чтобы использовать методы, основанные на аддитивных или мультипликативных свойствах входного сигнала, при аттестации кирокого класса средств измерений, необходимо провести исследование и определение их погрешности. Этому важному вопросу и посвяцена основная часть работы.

Глава 2 содержит результаты исследования погрешностей методов градуировки, основанных на аддитивных и мультипликативных свойствах входного сигнала. Исследуемые методы были предложены и

гч 1

i 2

:пнсаны в работах Кослови и Сандерса, но в них не содержались оценки систематических методических погрешностей, без полного исследования которых невозможно было считать разработку методов завершенной. Кроме того, эти методы градуирськи. были рассчитаны: только на.двухканальную схему измерений, поэтому в данной работе Зыло проведено обобщение аддитивного метода на случай троизвольного числа каналов делительного устройства.

. Аддитивный метод, описанный в работе Кослови, предполагает тличие делительного устройства Сили двух источников) на входе' «мерительной системы. Это устройство обеспечивает аддитивность зходного сигнала, что означает:

■ (1)

"де <5>2~ полный входной сигнал, а Ф^ и Ф^ - сигналы соответственно $ 1-ом и 2-ом каналах делительного устройства. Если провести >бобаение ка случай произвольного числа каналов I. то получим:

^ . С»

•де Фj - сигнал, проходяцвй через J- й канал делительного 'стройства. Ка злому входное сигналу соответствует' результат ¡зкерепия из пли а Берхней границе исследуемого динамического^ [иапазона Ф7ах - сигнал Обозначим относительные изменения

годного сигнала как т=Ф/$>Еах и аппроксимируем искомую зависимость СШ функциональным рядок:

т

= Е акФкСШ (3)

к=0

где *к - Сазиспые функции, а и - число членов аппроксимирующего 1яда. Так как исследуется нормированная градуировочная

!о51оу! Ь., ШдЬхт Г. Газ! "О01егт1паИоп о Г КопПпеагИу оТ '^ос^есЮгз. - Арр1.0р1., 1980, V. 19. р.3201-3203.

:obert D.Saunders and J.B.Shumaker. Automated radiometric inearity testers- Appl.Opt., 1984, v.23, p. 3504-3506

характеристика и тшах=1. то существует и дополнительное условие: к!0ак«кситах)=1

Для определения параметров ак подставим С ЗЛ в (2) и после несложных преобразования с учетом (4) получим:

где а М- число изменений уровня полного входного сигнала.

Метод, предложенный Сандерсом, в отличие от аддитивного метода предполагает возможность независимого изменения как полного входного сигнала, так и сигналов в каждом иэ двух каналов делительного устройства с помоцы) оптических ослабителей, имеющие различные пропускания. При этом число ослабителей, изменяющих полный сигнал, равно М2, а число ослабителей, изменявших сигналы в каждом иэ каналов. - ^ и N2 соответственно. Система уравнений в этом случае при аппроксимации градуировочной характеристики типа СЗ) имеет следуюций вид:

т

умз^сыэ- Е=1^ии13-^итах31+1 С63

где г^ и г., обозначает неизвестные

пропускания 1 и 2 каналов, а индексы указывают на то, что результат измерения получается при 1-ом ослабителе в первом канале, ,]-ом - во втором канале и 1-ом ослабителе полного потока.

Комбинированный метод с одним прокалиброванным ослабителем был кратко описан в уже упоминавшейся • работе Кослови, а затем исследован и обоснован в насто.чцей работе. Этот метод не является полностью независимым, т.к. требует использования хотя бы. олной образцовой меры. В то же время следует отметить, что существует возможность создания калиброванного значения пропускания Снапример, г=1/2) независимым способом. Комбинированный метод основан на мультипликативных свойствах входного сигнала, когда предполагается, что

т0Гт0'г1

(7)

где ISiSN. а N - число изменений уровня входного сигнала. i0jL пропускание при введении в потек калиброванного ослабителя при i-том уровне сигнала, т^ - пропускание калиброванного ослабителя, г - пропускание без калиброванного ослабителя при i- том уровне сигнала. Соответственно измеряются выходные сигналы Uqí, Uq и Ui. Система уравнений, получаемая по данной методике при аппроксимации градуировочной характеристики типа (33. имеет вид:

В обцем случае системы уравнений (5), С 6) и (8) являются переопределенными, следовательно, для нахоэдения сценок параметров ар целесообразно использовать метод наименьших квадратов С МНКЗ. В то время задача восстановления градунровочпей характеристики описанными яыие методам;! не укладывается з традиционные ражи задач восстановления зависимости по парам точек вход-выход. т.к. значения входного сигнала в данном случае остаются неизвестными. В связи с этим встает вопрос о соответствии получаег-ых данными ¡■'.етодакн оценок истинным значениям. Для исследования такого соответствия было проведено математическое моделирование каждого яз трех методов для ряда тестовых функций. Поскольку исследуемые грздуироео'лшэ характеристики непрерывны и монотонны в диапазоне 3<г51. то были взяты и соответствующе тестовые функции, в тем -гисле и наиболее типичные: логарифмическая - U^igíl + a-O, 3-образнзя - Ь'=гчЬ-Sin(2rit3, суперлпнейная - ü=tgíc-О, где а,о и параметры, позволяющие варьировать степень отклонения от тиненности. Как и в работах Кослови и Сандерса для аппроксимации Зыл использован полином. ,

Методическая погрешность с представляет собой разность между заданным значением iJL и его оценкой т,, т.е. с^-l^-t |. Доведенное математическое моделирование показало. что для зазличных тестовых функций и различных порядков аппроксимирующего гслипема Сдо S включительно.! наблюдается сильная корреляция мехду (зкеичальными значениями г и значениями минимизируемого :реднеквадратпческого отклонения. Причем коэффициент корреляции ¡оставляет порядка 0,65. ¿тот результат означает, что получаемое ¡писанными методами значение среднеквадратнческого отклонения Q южно с высокой Степенью достоверности считать оценкой погрешности

■ •: ю.'

аппроксимации с для исследованного класса тестовых функций.' Кроме того, благодаря такой сильной корреляции, можно установить соответствие между г и 0 в виде £=0'КапПр-

Далее с помоцью математического моделирования были проведены численные исследования коэффициента !(,,„_„, а также его зависимостей от различных параметров для каздого из трех методов. Исследование аддитивного метода показало, что на величину К.апд но оказывают существенного влияния ни число каналов делительного устройства, ни вид тестовой функции, описываюаей градировочную характеристику. В то хе время была обнаружена сильная зависимость КапПр от соотношения сигналов в каналах делительного устройства. Была проведена минимизация по методу Нелдера и Мида для определения оптимального соотношения сигналов, при котором Каппр наиболее близок к 1. В результате были определены близкие к оптимальным соотношения сигналов в каналах делительного устройства. Они составляют 1:2 для двухканальной схемы, 1:2:10-для трехканальиой схемы и 2: 4:5:10— для четырехканальной схемы. При таких соотношения сигналов коэффициент Каппр не превышает 3,5. Использование оптимальных параметров при реализации аддитивного метода позволяет суцественно уменьшить погрешность аппроксимации. Так например, если в двухканальной схеме соотношение сигналов в каналах не является оптимальным, а составляет 1:10. то величина Каппр может достигать 30, что на порядок хуже значения, соответствующего оптимальным параметрам.

: Для метода градуировки, предложенного Сандерсом, также были проведены исследования погрешности аппроксимации. При этом моделирование проводилось для тех же параметров, которые были4 приведены в упомянутой выше работе ' Сандерса. Результаты математического моделирования свидетельствуют о том. что этот метод дает наилучшие оценки погрешности аппроксимации, для кстгрых Каппр составляет порядка 2. Однако для некоторых сильно нелинейных функций, как например, у=1д(1,4х), наблюдалось резкое увеличение коэффициента Каппр. который достигал 40 на больших порядках приближения. Анализ показал, что таксе поведение связано с плохой обусловленностью получаемой в методе Сандерса системы уравнений при нелинейности такого вида. В свою очередь для функции того же типа у=1д(хЗ. имеюаей меньшую нелинейность на исследуемом интервале 0£х£1, К£ШПр укладывается в обычные рамки, т.е.

й

приблизительно равен 2. Таким образом, при наличии сильной нелинейности метод Сандерса нужно использовать с осторожностью.

Аналогичные «следования оценок погрешности были проведены и для комбинированного метода с одним прокалиброванным ослабителем. Математическое моделирование показало, что сильное влияние на величину Каппр оказывает значение пропускания используемого в данном методе калиброванного ослабителя т0_ ¡'.¡шпулзацня коэффициента Каппр с псмсщьс алгоритма Нелдера-Мида позволила получить близкое к оптимальному значение гд=0.7. При таком значении тд для всех исследованных тестовых функций и порядков аппроксимирующего полинома до 8 включительно Каппр не превышает 3.

Полученные численные оценки для трех описанных выше методов справедливы в предположении, что грздуирсвочная характеристика принадлежит к исследованному классу функций. В то же время разработанные в настоящей работе алгоритмы дают возможность провести исследования и получить сценки погрешности для других предполагаешь;:-: видов градуировочшх характеристик.

Глава 3 посвящена анализу и методам исследования и получения оценок тех составляющих погрешности, которые обусловлены погрешностями результатов измерений. Решение задачи восстановления градуировсчной характеристики означает нахождение оценок х^

искомых величин х,. где 1<1<я. а ш- число неизвестных. Искомые л *

оценки х^ вычисляются на основе исходных данных С15д£Н, где К-чзюло независимых исходных результатов измерений) , например, являются решением системы уравнений. Следовательно, их мокко рассматривать как результаты косвенных измерений и представить' зависимость от исходных данных в виде сложной функции:

х1=Г1Си1,...ин), Ш<ш С93

Каждый результат измерения ^ имеет ненулевую дисперсию Будем считать, что для погрешностей справедливы следующие

соотношения: ковзриация при и математическое

ожидание И<г =0 для Есех 1. Используя функции чувствительности, мохно рассчитать погрешности оценок, связанные с погрешностями результатов измерений, по следующей формуле:

•Б, ' ,Ш<а

(103

где Ми=(Ми^,...Ми^). Кроме случайной погрешности оценки могут иметь такхе и дополнительную систематическую погрешность, т.е. смешение. Будем считать несмещенной_ такую оценку, для которой выполняется соотношение: Мх=х(Ми). Это означает, что наличие погрешностей измерений не изменяет математического ожидания самой оценки. Чтобы определить скеценне е, разложим функцию (9) в ряд в точке Ми и рассчитаем математическое ожидание. В результате с -учетом сделанных вьше предположений относительно погрешностей о получим следуювде выражения для смешения оценок:

По формуле (11) моено вычислить смеценпе. обусловленное погрекностямз: исходны:-!: данных, с точностью до производных более высокого порядка. Во многих случаях для сложных алгоритмов невозможно вычислить аналитически не только вторые, но дахе и первые производные. В этом случае целесообразно воспользоваться численными методами определения производных.

Предложенный в настоящей работе метод определения смоцония оценок, обусловленного погрешностями исходных данных, может быть использован для разнообразных алгоритмов различной сложности. Для исследованного ранее аддитивного метода Сило проведено исследование зависимости смешения оценок от дисперсии результатов измерений. Кроме смецения в определялись также и погрешности Ь\ При этом как первые. так и вторые частные производные рассчитывались по формулам для конечных разностей. Проведенное таким образом математическое моделирование аддитивного метода для различных тестовых Функций и различных порядков алнрокепкнруюцего полинома показало, что смецеине составляет менее 2% погрешности 5 В том случае, когда погрешности всех результатов измерений ие превывают 0.1% от максимального значения сигнала.

Разработка способов определения погрешности и предварительные исследования методов с помооью математического моделирования

К

+ £ оСВ.З ,1<1<п -1

(11)

позволяет применять их для аттестации фотометрических икал различных средств измерений.

Глава 4 содержат описание установки высшей точности (УВТ) для средств измерений ослабления в волоконных световодах. Для метрологической аттестации этой УВТ был использован аддитивный метод, что позволило получить более высокую точность измерений, чем с использованием современных образцовых мер.

В настоящее время волоконные световоды СВС) широко применяются в различных областях науки и техники. Волоконно-оптические линии связи, датчики различных физических величии, элементы оптических систем и приборов - главные области, применения волоконных световодов. Одним из наиболее важных параметров ВС является величина ослабления излучения при. прохождении через световод. Существует большое разнообразие средств измерений, позволяющих определять характеристики- как отдельных ВС, так я кабелей, а также спектральные зависимости ослабления. Разработка УВТ и соответствующей поверочной схемы позволило решить важную задачу аттестации широкого класса средств измерений ослабления в ЕС.

В основу аттестации установки высшей точности был положен принцип нормирования градуировочноЛ характеристики измерительной системы с помощью аддитивного метода. Установка состоит из трех основных блоков: блока источника' излучения, оптического блока' и фотопркемиого устройства. Используемый в качестве источника тзрмостабилнзировашгай лазер типа ШШН-203 СИЯПН-206) установлен на прецизионной подвижке, позволяющей изменять, поток излучения,, попадающий в оптическое волокно СОВ) диаметром порядка 300 мкм. Излучение с неподвижного выходного терца ОБ попадает в оптический блок. Оптический блок в свою очередь включает два объектива типа "Юпитер-9", делительное устройство и держатель для установки калибруемых светофильтров. Первый объектив формирует параллельный пучок, в котором далее расположено делительное устройство, состояцее из двух регулируемых шторок. Конструкция делительного устройства позволяет разделять . обдий поток на две части с соблюдением принципа аддитивности, задавать произвольное соотношение двух частей потока, а также перекрывать эти потоки. Второй объектив преобразует параллельный пучок в сходящийся я направляет его на градуируемое фотоприемное устройство.. В

параллельный пучок могут такге ' устанавливаться калибруете светофильтры. Кроме того, фотоприемник с помощью встировочногс устройства располагается за объективен таким' образом, чтобы геометрия попадавшего на него пучка соответствовала реальным условиям его эксплуатации.

Помимо основного --устройства,. обеспечигащего нормирование градуировочной характеристики фотоприемного устройства (см. рисунок)содержит такхе и ряд дополнительных конструкций. Бшш предприняты специальные меры по стабилизации как источника, так к приемника излучения.;• Кроме того, при аттестации образцов оптического волокла применялись различные смесители иод с целью создать требуемые условия ввода излучения.

Предварительные исследования и измерения, проведенные на УВТ, покааали, что основной вклад в систематическую погрешность результатов измерений вносят долговременная и температурная нестабильности. Оценки границ систематической погрешности для этих составляЕэдх дали соответственно 0,1% и 0,06%.

нейтральный ослабитель

сторки с разделительной перемычкой

Схеыа 2ГВI для поверки измерителей ослабления

Конструкция УВТ позволяет использовать для градуировки, как аддитивный метод, так и метод последовательного деления пополам, а такгз и метод с одним прокалиброванным ослабителеи. Для аттестации УБТ был разработан пакет прикладных программ, вклвчающий программы расчета градупровочной характеристики двбыл из трех рассмотренных тестовых методов, программа раЬчета погрешностей, а такзе программы для оптимизации и математического моделирования.

Измерения проводились з диапазоне пропусканий 0,001 I на длине водны излучения 0,83 ыкм. В этой диапазоне были проведены несколько серий измерений при II различные уровнях входного сигнала. При измерениях соотношение сигналов з каналах . делительного устройства было 1:1 для сравнения результатов, полученных как аддитивным методом, так и методом последовательного деления пополам. В таблице представлены результаты 'аттестация установки высшей точности с применением аддитивного метода, позволивсего получить наименьшие догрезностп. Подученная относительная погрешность 1% при значениях пропускания 10"^ (3-0 дБ) почти на два порядка гшгз погрешности образцовых мер. В таблице обозначены:S-слувдЗпаа, в г-сискнатическдэ погрешности.

Диапазон, дБ 1 = 0,83 шеи

S. дь 0, ДБ

0,5 * 5,0 0,0003 0,015

5,0 * 10,0 0,0004 0,015

10,0 -fr S0,0 0,00'* 0,04

Диапазон, дБ х = 1,3 шеи

S • ДЕ в. яв ■

0,5 + 5,0 0,01 0,015

5,0 * 10,0 0,01 0,04

10,0 * 30,0 0,03 0,06

Благодаря спектральной неселективности применяемого для аттестации метода, разработанная установка при выборе

\

соответствуваего источника излучения легко может быть аттестована на другой требуемой длине волны. В частности, данная УВТ была аттестована также на длине волны 1,3 мм. При этом погрешность аттестации в диапазоне 10-30дБ составила 0,06дБ.

Описанная установка высаей точности возглавляет поверочную схему для средств измерений ослабления в волоконных световодах (МИ 1687-87).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ: Разработан и оптимизирован обобщенный аддитивный метод градуировки фотометрических шкал для произвольного числа каналов ва входе измерительной системы, а также определены близкие к оптимальным соотношения сигналов в каналах делительного устройства, которые составляют 1:2 - для двухканальной схемы. 1:2:10 - для трехканальной схемы и 2:4:5:10 - для четырехканальной схемы. Показано, что в этом случае погрешность аппроксимации не превышает 3,5-0 Сгде 0 - МНК-оценка погрешности).

2. Разработав способ определения методической погрешности методов градуировки. . использующих аппроксимацию градуировочной характеристики. Показано, что для рассмотренных в работе методов корреляция между погрешностью и ее МНК-оценкой достигает 0.95 при аппроксимации монотонно.! и непрерывной градуировочной характеристики полиномами до 8 порядка включительно.

3. Для комбинированного метода с одним калиброванным ослабителем определено близкое к оптимальному значение пропускания калиброванного ослабителя. Это значение составляет 0,7 и обеспечивает погрешность аппроксимации, не превышающую 5 0.

4. Впервые предложен и исследован численный метод определения смецения МКК-оценок, обусловленного погрешностями исходных данных. Показана возможность оценки смещения. когда аналитические вычисления невозможны. Проведено исследование отношения смещения оценок к случайной погрешности для аддитивного метода. При этом определена погрешность исходных данных (составляющая от максимального значения сигнала), при которой смещением можно пренебречь, т.к. оно составляет < 2Х от случайной погрешности.

5. Аддитивный метод . а также разработанные методы обработки результатов измерений и расчета погрешиостёй внедрены при аттестации ряда средств измерений, в том числе при создании

■ установки высшей точности для средств измерений ослабления в

волоконных световодах. При этом созданы пакеты прикладных программ для обработки результатов измерений, математического моделирования и оптимизации методов. ■

6. Универсальность алгоритмов обработки результатов измерений и способов расчета погрешностей позволяет использовать их не только для оптических измерительных систем, но и для аттестации нормированных шкал в других измерительных системах, где возможно применение методов, не требующих использования образцовых мер.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. В.В.Кудрявцев. А.В.Смирнов, М.В.Чадеева. Метод определения градуировочных характеристик фотометров без применения образцовых мер.//"1Ьмерительная техника", 1986, 9, с.26-27.

2. В.В.Бачериков, В.В.Кудрявцев. М.В.Чадеева. Методика градуировки измерителей затухания ВОЛС.^ Тез.докл. Всесоюзного науч.-техн. совещания "Совершенствование средств связи на основе внедрения светсволоконной и микропроцессорной техники". М.: Радиосвязь, 1986. с. 97. . •

3. В.В.Кудрявцев. Н.Г.Фролова, М.В.Чадеева. Способ градуировки фотометрической шкалы оптических приборов. Ц Тез.докл. 6-й Всесоюзной науч.-техн. конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение", 1986, с. 146.

4. В.В.Кудрявцев. М. В.Чадеева. Нееелектизный метод аттестации фотометрической шкалы промышленного спектрофотометра. // Тез. докл. 7-й Всесоюзной науч.-техн. конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение", 1988. с. 172.

5. В. В. Бачериков, А.О.Варданян, В.Е.Кравцов. В.В.Кудрявцев.? Е.С.Лобанова, В.Б.Лузанов, М.В.Чадеева. Ф.М.Шавердяи. Комплекс УВТ для метрологического обеспечения измерений параметров оптических волокон и кабелей. Ц Тез. докл. 7-й Всесоюзной науч.-техн. конф. -"Фотометрия и ее метрологическое обеспечение", 1988, с.23.

6. М.В.Чадеева. Исследования метода наименьших квадратов при произвольных погрешностях в исходных данных. Ц "Метрология". 1989. 3. с. 21-26.

7. М. А. Ашмарин, В. Б. Бачериков. В.Е.Кравцов. В.В.Кудрявцев. Н.П.Насанова. Н.Г.Фролова, М.В.Чадеева. Установка высшей точности для поверки средств измерений ослабления в волоконных световодах.// "Измерительная техника", 1989, 7, с.20-22.