автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Разработка и исследование оптико-электронных измерительных устройств на основе многоэлементного фотоприемника мультискана

На правах рукописи

УДК 681.383

Осипов Николай Иванович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО ФОТОПРИЕМНИКА МУЛЬТИСКАНА

Специальность: 05. 11. 13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ижевск • 2003

Работа выполнена в Институте прикладной механики УрО РАН

Научный руководитель:

Доктор технических наук,

профессор Ю. К. Шелковников (г. Ижевск)

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки УР, доктор технических наук, профессор В. А. Алексеев (Ижевский государственный технический университет, г. Ижевск)

Зам. главного специалиста по АСУ ОАО "Ижсталь", кандидат технических наук, В. В. Четвертных (г. Ижевск)

Ведущая организация:

Федеральный центр двойных технологий "Союз" (г. Дзержинский)

Защита диссертации состоится 5 сентября 2003 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета ДМ 004.013.02 в Институте прикладной механики УрО РАН по адресу: 426000, г. Ижевск, ул. Горького, 222

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью, просим выслать по указанному адресу в двух экземплярах

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПМ УрО РАН

Автореферат разослан 1 августа 2003 г.

Учёный секретарь диссертационно] совета, доктор технических наук

В. Тарасов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Объектом исследования является полупроводниковый интегральный фотоприемник мультискан и оптико-электронные устройства (ОЭУ) для бесконтактного измерения и контроля геометрических параметров объектов на его основе.

Предметом исследования являются модели дискретно-сплошной структуры мультискана для различных схем его включения и режимов работы.

Актуальность темы связана с необходимостью исследования метрологических возможностей нового многофункционального фотопреобразователя мультискана с дискретной структурой и интегральным принципом формирования видеосигнала в различных режимах его работы. Основные усилия разработчиков фотопреобразователя мультискана (группы сотрудников ФТИ им. А.Ф. Иоффе под руководством Б.Г. Подласкина) сконцентрировались на совершенствовании конструкций и технологии изготовления, улучшении метрологических характеристик, и меньшее - на поиск рациональных областей его практического использования. При этом большинство публикаций посвящено исследованию работы мультискана в фотопотенциометрическом режиме и малое число - другим его режимам, в частности, время-импульсному, обеспечивающему большие функциональные возможности при измерениях геометрических параметров объектов. С другой стороны, дискретная структура многофункционального фотопреобразователя мультискана обеспечивает ряд преимуществ перед его прототипом - сканистором, уже нашедшим широкое применение в контрольно-измерительной технике благодаря работам научной школы П.И. Госькова (АлтГТУ) и его учеников. Возможности свойств дискретно-сплошной структуры мультискана для улучшения его метрологических характеристик исследованы недостаточно и требуют дальнейшего изучения.

Цель работы - заключается в повышении точности оптико-электронных устройств для бесконтактных измерений геометрических параметров объектов на основе исследований дискретно-сплошной структуры нового многофункционального интегрального фотоприемника мультискана.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучение мультискана как первичного оптико-электронного преобразователя измерительных устройств;

- теоретические и экспериментальные исследования метрологических возможностей дискретно-сплошной структуры мультискана при его использовании в различных режимах работы и включении по различным схемам;

- изучение влияния модуляции светового сигнала и напряжения развертки на помехоустойчивость работы мультискана;

• разработка и исследование оптико-электронных измерительных устройств на основе мультискана;

- анализ погрешностей измерительных устройств на основе мультискана.

Методы исследования. В работе применялись теоретические и экспериментальные методы исследований. Теоретические исследования основаны на использовании методов анализа электрических " ых

методов, методов теории информационно-измерительных систем. Экспериментальные исследования базируются на применении методов измерительной техники, теории оптико-электронных приборов, средств компьютерного программирования и моделирования. Проверка адекватности моделей и теоретических зависимостей осуществлялась по результатам натурных испытаний.

Научная новизна работы состоит в следующих результатах:

- выполнены обоснование, выбор и анализ модели для исследования электрофизических характеристик мультискана;

- исследованы метрологические возможности дискретно-сплошной структуры мультискана при его использовании в различных режимах работы и включении по различным схемам;

- предложена методика измерений для повышения точности определения координаты и размера световой зоны, заключающаяся во временном координа-тоуказании характерных точек видеосигнала в промежутке между реперными импульсами дискретной структуры мультискана;

- дан анализ погрешностей определения геометрических параметров объектов по их оптическому изображению, выработаны рекомендации по минимизации этой погрешности;

- созданы новые оптико-электронные устройства на основе мультисканов для измерения размеров ширины щелей специзделия и диаметра изделий из полимерных материалов с использованием предложенной методики и разработанных схемотехнических методов повышения точности.

Практическая ценность и внедрение результатов работы.

Проведены исследования метрологических возможностей дискретно-сплошной структуры мультискана при его использовании в различных режимах работы и включении по различным схемам. Разработаны новые технические решения измерительных устройств, защищенные двумя авторскими свидетельствами и одним патентом на изобретение. Разработана схемотехника для формирования и обработки аналогового и импульсного видеосигналов дискретно-сплошной структуры мультискана, обеспечивающая повышение точности измерений. Результаты проведенных исследований использованы при создании устройства для измерения ширины щелей специзделия и устройства для измерения диаметра изделий (получаемых методом экструзии) по теме "Разработка и исследование оптоэлектронных измерительных устройств" с предприятием НПО "Союз", а также в учебном процессе ИжГТУ.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на всесоюзных совещаниях "Координатно-чувствительные фотоприемники и оптико-электронные устройства на их основе", "Оптические сканирующие устройства и измерительные приборы на их основе" (1985, 1986, 1987, 1988, 1989), на международных конференциях "Измерения, контроль и автоматизация производственных процессов" (1994), "Датчики электрических и не электрических величин" (1995) в Барнауле; на научно-технических конференциях "Разработка систем технического зрения и их применение в промышленности" (Устинов, 1986), "Современные проблемы

внутренней баллистики РДТТ" (Ижевск, 1996); на П международной конференции "по внутрикамерным процессам и горению" (Москва-С.Петербург, 1997); на 5-й Российской университетско-академической научно-практической конференции (Ижевск, 2001); на международной научно-технической конференции в ИжГТУ (Ижевск, 2002).

Основной материал диссертации отражен в 32 научных публикациях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 176 наименований и приложения (Акт о внедрении результатов НИР). Работа содержит 162 стр. машинописного текста, включая 90 рис., 3 табл. и приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности темы, формулировку целей работы, основные положения, выносимые на защиту, и определяет содержание и методы работы.

В первой главе представлен обзор методов и первичных преобразователей для измерения перемещений, координат и размеров объектов, применяемых при автоматизации процессов контроля, обработки и анализа информации. Рассмотрены основные области применения полупроводниковых оптоэлек-тронных преобразователей развертывающего типа, позволяющих бесконтактным способом с высокой точностью и надежностью производить измерения различных неэлектрических величин при автоматизации технологических процессов в разных областях техники и научных исследований.

В отличие от развертывающих преобразователей с накоплением заряда (фотомишеней, нейристоров, ПЗС, ФДЛ и др.) многоэлементный интегральный мультискан (как и все сканисторные структуры) - фотоприемник мгновенного действия (что позволяет применять специальные способы формирования и обработки видеосигналов (ВС) при измерениях в условиях постоянных и импульсных световых помех высокой интенсивности). Он имеет высокие метрологические характеристики (табл. 1), отличается более низкой стоимостью и простыми схемотехническими решениями для выделения и обработки ВС, а также отсутствием ограничений на форму фоточувствительной поверхности.

Полупроводниковый аналог передающей телевизионной трубки - скани-стор был предложен С.И. Кочергиным (1959 г.). Дальнейшее совершенствование и развитие сканисторных структур связано с трудами ряда зарубежных (Д.Ж. Хортона, Р. Маццы, X. Дима, С.М. Моррисона, Я. Татсуо и др.) и отечественных ученых (К.Ф. Берковской, Б.Г. Подласкина, Н.В. Кирилловой, Н.А. Токрановой, П.И. Госькова, Ю.К. Шелковникова, А.Г. Якунина, В.И. Замятина, Г.А. Желтовского, Л.В. Михайлова, Л.И. Русина, Е.А. Кожуховой, Л.С. Ляшен-ко и др.). Разработка, совершенствование конструкций и технологии изготовления нового многофункционального фотопреобразователя мультискана с дискретной структурой осуществлена группой ученых ФТИ им. А.Ф. Иоффе под руководством Б.Г. Подласкина.

Таблица 1.

Основные характеристики координатно-чувствительных фотоприемников

Характеристики КЧФ пзс ФДЛ Сканистор Мультискан

Фотоприемник -накапливающего типа -мгновенного действия + + + + +

Сканируемый размер, мм 5...15 25 10...50 18 10...20

Количество элементов структуры 1024 128... 1024 сплошная 512 512,400

Шаг структуры, мкм 15 25...250 - 35 35, 50

Разрешающая способность: -телевизионная, лин/мм -координатная, мкм 15...50 15...50 25 1...10 0,5...10 25 о,з...ю 15...25 0,2.. .10

Погрешность, % 0,1... 0,5 0,1 0,5...3 0,5...3 0,5 0,01 ...2 ...0,05

Быстродействие (на элемент изображения), сек ю-' 10"* ...Ю-6 10"5 ...Ю-6 10"" ...10"* юЛ.ло"6

Спектральный диапазон, мкм 0,45... 1 0,5 ...1,06 0,5...1,1 0,5...1,1

Динамический диапазон, дб 50 60 2:80 £80

Пороговая чувствительность к излучению, лк -немодулированному -модулированному ю-2 0,1-10 5-30 0,01-0,1 1-10 0,01-0,1 1-10 0,01-0,1

Неравномерность фоточувствительности, % 2...15 5 1...5 2...10 2...10

Широкому практическому применению многоэлементного фотоприемника мультискана препятствует слабая проработка проблем, связанных с обеспечением точностных характеристик и необходимостью проведения трудоемких дополнительных экспериментов для их решения при разработке новых измерительных приборов. Поставлены задачи исследования метрологических характеристик многоэлементного интегрального фотоприёмника мультискана в различных режимах работы, разработки методики измерений, обеспечивающих высокие точность и стабильность работы измерительных устройств.

Во второй главе описаны устройство многоэлементного фотоприемника мультискан (рис. 1), способы коммутации его ячеек, рассмотрены основные схемы включения мультискана, принципы их работы и функциональные возможности при обработке информационных световых сигналов. Создана математическая модель мультискана в виде систем уравнений, связывающих напряжения и токи в элементах его структуры с учетом внешних электрических цепей. Получены выражения для токов в отдельных элементах структуры мультискана, интегральных выходных токов структуры, ВС и их производных во врёмя-импульсном режиме работы для известных, но недостаточно исследованных схем включения "бабочка" и "слепое пятно", а также схемы включения "сканистор".

Схема включения "бабочка" обеспечивает более широкие функциональные возможности мультискана: позволяет измерять геометрические параметры и распределение освещенности оптических сигналов и одновременно регистрировать текущие интегральные значения падающего светового потока. В работе установлено, что схема "бабочка" обеспечивает вдвое меньшую, по сравнению с другими схемами включения, теоретическую величину вольтовой коммутирующей апертуры (~2-м0, где Ио=а£Г7<7о-температурный потенциал) (рис. 2, 3), но она может быть обеспечена только при высокой идентичности градиентов потенциалов на обоих резистивных делителях и идентичности развертывающих напряжений (до 2-5 мВ). Схема характеризуется сложностью схем коммутации и выделения ВС.

Схема включения "слепое пятно" при аналогичной "бабочке" сложности коммутации мультискана характеризуется тем, что выходной ток (без его дифференцирования) непосредственно представляет собой информационный ВС (рис. 4, 5) - для световой зоны (СЗ) с координатами границ хь х2:

агщ

1+2 ехр(ст) • ехр(рх, - х<)

агс(£

;/4ехр(о)2-1 ) \ \/4ехр(а)2

1+2ехр(а)-ехр(ря2 -т/)

„_ (1)

Р ^4ехр(ст)2 -1

где /г=^/5-плотность фототока вдоль мультискана; /.¡-плотность темнового тока вдоль мультискана; ^-кратность фототока относительно темнового тока;

х=ХЕо/Т, а=ХЕ5\ Х=и0"1; Е0, Е3 - напряжение на резистивных делителях и напряжение смещения фотодиодов; ¿-длина мультискана; Г-период развертывающего напряжения. Недостатком является то, что видеоимпульс формируется от уровня постоянной составляющей ВС, которая пропорциональна ширине и освещенности СЗ. Это ограничивает возможности схемы включения "слепое пятно" измерением координат одной или нескольких, преимущественно узких, СЗ.

Схема включения "бабочка"

т ■■и - к N 25 оог: 'К

\ / 2.

— — ..."12 - 1 и — ли. — -----

"¡3 эАч Лр в

1

о е. £1 1,С )

1, ^

УТ

---- ««г — Л 1

1 ¿ш к„-1 Е,"0 0 25 в

Рис. 2. Токи /ь ¡2, ¡з и ¡и, г2б Ы через диоды 2)1, Ш, 2)3 неосвещенной-

пунктир и освещенной ячейки (&й=5)-сплошные, при Е,-+0,2 В

О 01 02 03 04 05 06 01 08 09 1

Рис. 3. Интегральные токи /ь /2, /3 при освещении световой зоной с координатами границ Х1=0.3Ь, х2=0.И (пунктир) и их производные-видеосигналы (сплошные)

!,о. • _>зг_

\ \ / \ \ \ у ■¿.у / / \ \ /

/ \ / /Л \ \ А / / ' 1 \ 1 > \ и,, в

л / / \ \ у & *ч N > / / \

л

Схема включения "слепое пятно" 200

1, ое ! и 1/Т

/ г N II к, 100

/ 1,(1) г.— \

-0.25 -0.2 -01! -01 -0.05 О 0.05 01 0 15 02 0.25

Рис. 4. Токи /16 г2б 'к через диоды ячейки (кег5) при напряжениях смещения £,= 0 В; -0,05 В; -0,15 В

О 01 0.2 03 04 05 06 07 0« 0.9 I

Рис. 5. Интегральный ток /3 и его производная /3' (широкая СЗ) при напряжениях смещения £,,=-0,025 В (сплошная) и Е<г-0,25 В (пунктир)

Схема включения "сканистор"

1,1' Г,о е. ь Е,=0, к,-1 25 в 0

N ) \ V

г2 - № ч 0.71. —

*Г 0,4Ь V ) ) *2 *2= *2= 1,481 ),43Ь

Рис. 6. Включение мультискана по схеме "сканистор"

Рис. 7. Ток /2 освещенного мультискана и его первая и вторая производные при изменении ширины световой зоны

я

Включение мультискана по схеме "фотопотенциометр" обеспечивает непрерывное слежение за положением медианы светового распределения только одиночной узкой СЗ. Недостатками этой схемы являются низкое быстродействие, повышенная сложность схем коммутации и формирования выходного сигнала и недостаточная точность координатоуказания, обусловленная нелинейностью распределения сопротивления резистивных делителей.

При параллельном соединении обоих резистивных делителей мульти-скан может быть включен как сканистор - по известным сканисторным схемам. Однако лучшей является модифицированная схема включения "сканистор'!, полученная упрощением схемы "бабочка" (рис. 6).'Источник смещеншг£3=0,3-0,7 В поддерживает фотодиоды средней линейки всегда в запертом состоянии. При этом для СЗ с координатами границ дгь х2 в цепи нагрузки формируется выходной ток:

р I ехр (и- рх2)+1 I 2 "

/ (2)

при дифференцировании которого получим информационный ВС о распределении освещенности вдоль поверхности мультискана (рис. 7):

и-(Л 3 т , ехр (т<)-(ехр (-Р*.)~ ехр (- рх,)) /34

2/47 Л р (ехр (т/ - р*2)+ 1)- (ехр (т/ - рдг,)+ 1) '

а в цепи общей шины фотодиодов в любой момент протекает ток, пропорциональный текущему суммарному световому потоку, падающему на мультискан:

1\£(<)=&(4)

Модифицированная схема включения "сканистор" является наиболее универсальной и простой в реализации и предпочтительной для применения мультискана в устройствах измерения геометрических параметров объектов.

В третьей главе проанализированы основные преимущества, получаемые при модуляции светового сигнала или напряжения развертки.- Исследованы особенности формирования ВС с явно выраженными импульсами фототока от отдельных ячеек мультискана и возможности их использования для координатоуказания параметров световых сигналов.

Рассмотрено применение амплитудной модуляции оптических сигналов при работе мультискана в условиях световых помех. Получено выражение для выходного тока /2(0 мультискана, включенного по схеме "сканистор", при работе с модулированными световыми сигналами:

"(') = И1+*„8иг(а>0)+',]-

р ехр(т/-р*2)+1

(5)

где кт, со=2л/т-соответственно, коэффициент модуляции и частота светового

потока; А=^-продольная плотность фототока; хь х2-координаты границ СЗ. В процессе выделения информационной составляющей выходного тока с частотой модуляции подавляется составляющая от темнового тока и световых помех с частотным спектром вне полосы пропускания полосового усилителя. При синхронном детектировании и сглаживании низкочастотным фильтром помехозащищенность устройства дополнительно увеличивается, так как помехи со случайной фазой детектируются лишь частично. На рис.8 приведены полученные на модели эпюры выходного тока I2(t), тока через генератор развертки I[(t) и тока /3(0 в общей шине фотодиодов мультискана, на рис.9 - выходной ток I2(t) при переходе через нуль. Амплитуда, переменной составляющей выходного • тока /3(/) в цепи общей шины фотодиодной линейки пропорциональна коэффициенту модуляции светового потока и ширине СЗ. Переход выходного тока I2(t) через нуль сопровояедается изменением фазы на противоположную и может быть использован в случае узкой СЗ для её координатоуказания.

При модуляции напряжения развертки синусоидальным напряжением малой амплитуды (25-50% от величины шагового напряжения Дм между ячейками) в выходном токе I2(t) мультискана появляется переменная составляющая с частотой модуляции. Амплитуда А^ переменной составляющей выходного тока AI2(t) в момент времени t определяется средней скоростью его изменения во времени, которая соответствует плотности распределения светового потока вдоль фотоприемника. При демодуляции синхронным детектором усиленной переменной составляющей выходного тока и ее низкочастотной фильтрации восстанавливается (без дифференцирования) информационный ВС (рис. 10). Выделение переменной составляющей выходного тока мультискана при модуляции светового сигнала и модуляции напряжения развертки целесообразно производить посредством суммирования выходного тока с его задержанной на четверть периода модулирующей частоты инвертированной "копией".

Еще в 1964 году Д.Ж. Хортоном показано, что в сканисторных структурах дискретного типа при увеличении напряжений смещения Е0 на делительной шине и развертки, выходной ток приобретает ступенчатую форму, а напряжение ВС, полученное его дифференцированием-вид последовательности импульсов от каждой из освещенных ячеек. Этот физический эффект можно использовать для измерения размеров СЗ или координаты ГСТ. В работе теоретически и экспериментально исследована зависимость относительной амплитуды импульсов фототока от ячеек к амплитуде ВС от шагового напряжения Дм и относительной протяженности 5s фотодиода к шагу s структуры мультискана. Показано, что при типичной величине &у=0,7 для надежного выделения импульсов фототока необходимо шаговое напряжение (6-8)-и0.

В четвертой главе рассмотрены основные свойства, режимы работы и схемы включения мультискана как бесконтактного первичного датчика в устройствах для измерения геометрических параметров объектов по их оптическому изображению. Определены условия и необходимые преобразования ВС мультискана для измерения временного местоположения его характерных точек, по которым определяются координаты, размер и освещенность СЗ.

зоо

200

lOO

-lOO

I, o.e. 1 I д=Ю .=0,25 в

i^Ct) WIM Il(t) kl t/T

т т ж Й Ж Iget) 1ш "^Лл, ш ш т ш

O.l

0.2 О.З 0.4 0.5 О.б 0.7 0.8 0.9

Рис. 8. Токи 1\, 12,1з, при освещении мультискана широкой СЗ модулированной интенсивности (хх=0,2Ь, х2=0,81)

10

I, o.e. Э,5 kft=1 Е.=0 0 ,25 в

t/T

0.58 0.585 0.59 0.595 0.6 0.605 0.61 0.615 0.62

Рис. 9. Ток /2 при освещении мультискана СЗ постоянной и модулированной интенсивности при переходе через ноль (координаты СЗ X\=0,2L, x2=0,8 L)

100

I , ОТ н.ед. L

ШШЦЛА ШШШ Д12 t/T

will ШШ IIIP г" Ч [ I3

0.1

0.2

0.3

04

05

О.б

O.S

09

Рис. 10. Интегральные токи /2, /3 мультискана и напряжение на выходе полосового фильтра при опросе модулированным напряжением развертки

1

о

Проанализированы особенности применения мультискана в качестве датчика с дискретным отсчетом. Рассмотрены схемотехнические методы повышения точности и стабильности измерительных устройств на основе мультискана. Проведен сравнительный анализ метрологических характеристик мультискана и сканистора со сплошной структурой.

Характерными точками ВС являются точки перегиба переднего и заднего фронтов напряжения ВС от широкой СЗ, а также точка максимума ВС от узкой СЗ. Временное местоположение характерных точек определяется моментами перехода через нуль первой и второй производной напряжения ВС (3) по времени (рис. 11):. 1 -

= 3та. [ехр(-рх2) - ехр(-р!х1)]- [ехр(3т/ - рх, - рх,) - ехр(-тр] <А р { [ехр(тг - рх2) +1]2- [ехр(т/ - р^) +1]2

(7)

^2/(0 ,т3. ехр(т/ - рх)

---= 3—I г •

Ж р ехр(тг - рх)+1

Зехр(т/-рх) 2 ехр(т/ - рх)2 ^

1*1

ехр(тГ-рх)+1 [ехр(т<-рл)+1]2

Установлено, что погрешность измерения пространственной координаты или размера СЗ мультисканом (определяемая нелинейностью его координатной характеристики) ограничена, в основном, величиной неравномерности сопротивления резистивных делителей, а также погрешностью фиксации моментов времени, соответствующих характерным точкам ВС.

Исследованы погрешности нахождения пространственных координат отдельных освещенных ячеек дискретной структуры мультискана по временным местоположениям максимумов амплитуды соответствующих импульсов ВС при высоких напряжениях развертки. Выявлено, что точность определения координат каждого из фотодиодов структуры зависит от погрешности изготовления структуры мультискана (размеров фотодиодов и шага их размещения), неравномерности фоточувствительности в пределах фотодиода и вдоль их линейки, степени взаимного влияния фотоячеек и погрешности измерения временных интервалов. На рис. 12 приведены кривые напряжения ВС и его производной для относительной протяженности фотодиода 55=0,7 при разной фоточувствительности сг(дг) соседних ячеек, на рис. 13 - зависимости величин смещения временных координат вершин и впадин для разных 8$ и изменений ст(х) в пределах 10%-30%. Суммарная погрешность определения координат фотодиодов структуры по временному местоположению максимумов импульсов фототока не превышает 0,5 мкм, если разброс амплитуд импульсов ВС из-за неравномерности ст(х) и освещенности не превышает 30%. Исследованы возможные варианты выделения реперных сигналов, предложена методика измерений с использованием реперных импульсов, позволяющая повысить точность измерений.

В пятой главе рассмотрены разработанные устройства для измерения геометрических параметров объектов, а также новые технические решения измерительных устройств на основе мультискана, в которых используются его свойства, характерные как для дискретной, так и сплошной структуры.

ф(х) .1Ц-1-Ц.Ц.Ц..Ц.

е

со N Х2 V - .2 Л* V Ч Л

Ч.' У V, Ч V Ч У -Л Ч

/ ч, / У ч \ / \

"•о А > > / \ /

¥ —N *2 V. V

V V 1 ЬТ

0.1 0.2 О.З 0.4 0,5 О.б 0.7 0.8 0.9

Рис. 11. Формы кривых видеосигнала и его первой и второй производных для СЗ различной ширины

100

50

-50

и, о .е. у ив(0 ^—4 ч

ог(х) А \ "N1 -ч "У V £ >

\ ив*(0 чУ и - ч V/ N V /

<, мм

О 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15 0.175 0.2 0.225 0.25

Рис. 12. Изменение видеосигнала и его производной при разной фоточувствительности а(х) отдельных ячеек

10

0.1

0.01

0.4

Рис. 13. Зависимости смещения вершин и впадин видеосигнала ячеек от размеров фотодиода относительно шага и неравномерности его фоточувствительности ст(х)

а

Приведены варианты реализации рассмотренных режимов работы мультискана в разработанных измерительных устройствах, даны их основные технические характеристики. Произведен анализ погрешностей преобразования исходного оптического изображения объекта в выходной сигнал в звеньях измерительных устройств: в оптической системе, фотопреобразователе-мультискане и электронной части.

На рис. 14, 15 показаны функциональная схема и общий вид разработанного устройства для автоматизации трудоемких измерений размеров большого числа щелей специзделия. Устройство обеспечивает 200 измерений в 3-х каналах, их обработку микроконтроллером, хранение и выдачу результатов измерений в регистрирующее устройство для документирования на бумажном носителе. Для выделения импульсов фототока от отдельных ячеек при формировании ВС в устройстве использована модуляция развертывающего напряжения. На рис. 16, 17 изображены иллюстрирующие этот режим работы ВС в форме импульсов при модуляции напряжения развертки, полученный моделированием, и осциллограмма ВС, снятая экспериментально.

На рис. 18, 19 приведены функциональная схема и временные диаграммы работы измерительного устройства, в котором координатоуказание характерных точек ВС осуществляется относительно максимумов "пронумерованных" видеосигналов от отдельных фотоячеек с их известными точными координатами в структуре мультискана. При этом координата л: СЗ может быть определена выражением х^п^+Ат-з !х\ (где я—номер импульса фототока до момента появления задержанного импульса /'; Дт-интервал от момента появления импульса щ до импульса /'; т,— интервал между импульсами щ и «¡+[). Применение такой методики измерений позволяет практически исключить систематическую погрешность от нелинейности сопротивления делительной шины и уменьшить суммарную погрешность 8ХС измерений, которая определяется величинами случайных погрешностей: = + , где 5x8=0,8-4 мкм

случайная погрешность определения координаты СЗ; 5хр=0,5 мкм - случайная погрешность определения местоположения репера; 5^=0,1 мкм - случайная погрешность определения местоположения СЗ относительно репера.

На рис. 20, 21 приведены схема измерений и общий вид устройства для автоматизации определения размеров профильного полуфабриката в процессе производства изделий из термопластичных материалов методом непрерывной экструзии, в котором реализована рассмотренная методика измерений.

Основные научные и практические результаты работы сформулированы в выводах по главам и заключении.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате впервые проведенных в работе комплексных исследований, направленных на достижение научно-обоснованных технических и методических решений, созданы прецизионные оптико-электронные устройства на основе мультискана для измерения геометрических параметров объектов.

Рис.14 Функциональная схема прибора для измерения щелей специзделия

Рис. 16. Моделирование видеосигна- рис. 17. Осциллограмма видеосигнала мультискана для широкой свето- ла с мультискана для широкой световой зоны при модуляции развертки вой зоны при Дм=0,225 В

ИИ1 ? 9е

и.

1И2

г-> БВВС

м т

БВРИ

БОВС

т

БР

и.

БС

и..

и.,

и„

и '

БЗ-2

БЗ-1

Ум

-И СчИЗ

-I—

и,

СчРИ

БФХз

и.

БФР

и„

и.

х1

БФх1

Рис. 18. Функциональная схема устройства для измерения размеров объектов и_

и_

и.

т

ЩШШШШПХ 4

123

%/ /

Т'=Т+Тох

11111

N

2Т

Рис. 19. Временная диаграмма работы устройства для измерения размеров

Рис. 20. Схема измерения диаметра изделия

Рис. 21. Общий вид прибора для измерения диаметра изделия

I

I

т

Основные выводы и результаты работы.

1. Сравнительный анализ характеристик мультискана и сплошного скани-стора показал, что мультискан (благодаря дискретной структуре) обеспечивает лучшие метрологические характеристики за счет низкого уровня темновых токов, стабильности и высокой симметрии вольт-амперных характеристик диодных ячеек, однородной фоточувствительности и спектральной чувствительности р-п переходов структуры, отсутствия погрешностей, присущих сплошным сканисторам (из-за продольной проводимости базы и др.).

2. Для измерения геометрических и световых параметров СЗ (координат, размеров, перемещений и освещенности) наиболее простой по коммутации,

[ универсальной и перспективной схемой включения мультискана во время-

импульсном режиме работы является схема "сканистор".

3. Применение модуляции светового сигнала позволяет уменьшить погрешность измерений параметров СЗ, обусловленную неравномерностью темновых токов фотодиодов мультискана, а также в случае интенсивных световых помех. Координата или размер СЗ модулированной интенсивности определяются, как и при отсутствии модуляции, по моментам перехода через нуль второй или третьей производной выходного тока мультискана, после его демодуляции и низкочастотной фильтрации.

4. При модуляции напряжения развертки синусоидальным напряжением амплитуда переменной составляющей выходного тока мультискана пропорциональна распределению освещенности вдоль фоточувствительной поверхности. При демодуляции усиленной переменной составляющей выходного тока и её низкочастотной фильтрации восстанавливается непосредственно информационный ВС. Оптимальная величина амплитуды модулирующего напряжения составляет 0,25-0,5 от шагового напряжения между ячейками структуры, частота - до 100 кгц и более.

5. Мультискан во время-импульсном режиме в схеме "сканистор" может быть использован как дискретный (импульсный) датчик размера СЗ или координаты границы "свет-тень". При этом достоинством является простота обработки ВС, недостатками - необходимость применения повышенных коммутирующих напряжений и ограниченная величиной шага структуры точность,

6. Для формирования ВС в форме импульсов фототока (модуляция ВС 6080% его амплитуды) от освещенных ячеек структуры мультискана необходимо увеличить шаговое напряжение между ячейками до величины (6-8)-щ. Амплитуда импульсов растет с увеличением шагового напряжения и уменьшением

[• протяженности фотодиода относительно шага размещения ячеек.

7. Экспериментально подтверждена возможность использования режимов амплитудной модуляции оптического сигнала или слабой модуляции пилообразного напряжения развертки для выделения импульсов фототока отдельных ячеек мультискана.

8. Временное положение максимума импульса фототока, определяемое по моменту перехода через нуль первой производной выходного тока мультискана, с высокой точностью определяет геометрическое местоположение

продольного центра фотодиода ячейки и может быть использовано в качестве реперного для уменьшения нелинейности координатной характеристики.

9. Предложена методика высокоточных измерений координат и размеров СЗ (2-10% от шага структуры), заключающаяся во временном координатоука-зании характерных точек ВС в промежутке между реперными моментами времени с точно известными пространственными координатами. В качестве ре-перных могут быть. использованы моменты максимумов импульсов фототока при высоком напряжении опроса полностью освещенного мультискана.

10. Разработанная методика измерений позволяет уменьшить погрешности измерений до величины 1-5 мкм при использовании мультисканов со номинальными (0,5-2%) значениями неравномерности сопротивления делительных шин, что исключает необходимость индивидуальной коррекции координатной характеристики, обеспечивает взаимозаменяемость фотоприемников и облегчает серийное производство высокоточных оптико-электронных устройств.

11. Предложены новые технические решения измерительных устройств на основе мультискана, защищенные двумя авторскими свидетельствами и патентом на изобретения.

12. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований и предложенные решения были использованы при разработке устройства для измерения диаметра изделий и устройства для измерения ширины щелей специзделия для предприятия НПО «Союз».

НАУЧНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Осипов Н.И. Особенности работы мультискана с одним из вариантов системы опроса // Координатно-чувствительные фотоприемники и оптико-электронные устройства на их основе.-Барнаул: АПИ, 1985.-Ч.1.-С. 108.

2. Шелковников Ю.К., Роготнев Н.В., Шишкин A.A., Осипов Н.И. Двухкоординат-ный измеритель перемещений объектов // Координатно-чувствит. фотоприемники и оптико-электронные устройства на их основе.-Барнаул: АПИ, 1985.-Ч.1.- С. 115.

3. Осипов Н.И. Анализ основных схем выделения видеосигнала в системах технического зрения // Разработка систем технического зрения и их применение в промыш-ленности.-Устинов: 1986.-С. 108.

4. Осипов Н.И. Датчик изображений с дискретным отсчетом на основе мультискана // Разработка систем технического зрения и их применение в промышленности-Устинов: 1986.-С. 108-109.

5. Шелковников Ю.К., Осипов Н.И. О повышении разрешающей способности мультискана // Оптические сканирующие устройства и измерительные приборы на их основе.-Барнаул: АПИ.-1986.-Ч.П.-С. 64.

6. Шелковников Ю.К., Роготнев Н.В., Шишкин A.A., Осипов Н.И. Автоматизированная установка на базе микро ЭВМ "Электроника ДЗ-28" для исследования метрологических и статистических характеристик сканисторов // Оптические сканирующие устройства и измерительные приборы на их основе.-Барнаул: АПИ.-1986.-Ч.П.-^С. 185.

7. Отчет о НИР по теме М-3284. Ижевский механич. ин-т, Шелковников Ю.К., Осипов Н.И. и др.; инв. № 04376-Ижевск, 1986 - 123 с.

8. A.C. СССР №1362925, МКИ С01В 21/00. Фотоэлектрический преобразователь / Шелковников Ю.К., Осипов Н.И., Роготнев Н.В., Берковская К.Ф., Подласкин Б.Г., Кириллова Н.В.-№4014875/24-28; Заявл. 31.01.86; Опубл. 30.12.87, Бюл. № 48.

9. A.C. СССР №1484592, МКИ B23Q 15/00. Обрабатывающее устройство с системой активного контроля / Липатов А.М., Шелковников Ю.К., Осипов Н.И., Скрипченко В.И., Колосов В.Г., Половинкин В.М.- №4035903/31-08; Заявл. 08.01.86; Опубл. 07.06.89, Бюл. №21.

10. Шелковников Ю.К., Шишкин A.A., Трефилов С.А., Осипов Н.И. Исследование электрофизических характеристик сканисторных структур // Координатно-чувст-вительные фотоприемники и оптико-электронные устройства на их основе.-Барнаул: АПИ.-1987.-Ч.1.-С. 52.

11. Шелковников Ю.К., Осипов Н.И. Особенности построения микропроцессорных измерительных устройств на основе мультискана // Координат.-чувствит. фотоприемники и оптико-электронные устройства на их основе.-Барнаул: АПИ.-1987.-Ч.1.-С. 54.

12. Шелковников Ю.К., Осипов Н.И. Устройство для измерения линейных размеров на основе многоэлементного фотоприемника // Оптические сканирующие устройства и измерительные приборы на их основе.-Барнаул: АПИ.-1988.-Ч.1.-С. 80-81.

13. Шелковников Ю.К., Жаравин A.A., Тарасов AB., Осипов Н.И. Стабильность координатной характеристики сканисторных измерительных устройств // Координатно-чувстйительные фотоприемники и оптико-электронные устройства на их основе.-Барнаул: АПИ.-1989.-Ч.1.-С. 48.

14. Разработка и исследование информационно-измерительных комплексов на основе оптоэлектронных устройств. Отчет о НИР по теме М-3287. ИМИ, Шелковников Ю.К., Осипов Н.И., Ложкин АП. и др.; инв. № 04548.-Ижевск, 1990.-100 с.

15. Липатов А.М., Осипов Н.И., Тарасов A.B. Измерительное устройство на мульти-скане // Измерения, контроль и автоматизация производственных процессов.-Барнаул: АПИ.-1994, Ч. I.-C. 26.

16. Липатов А.М., Осипов Н.И., Дзюин C.B. Выделение видеосигнала со сканистора модуляцией развертывающего напряжения // Измерения, контроль и автоматизация производственных процессов.-Барнаул: АПИ.-1994, Ч. I.-C. 116.

17. Липатов А.М., Осипов Н.И., Седов С.М. Оптико-электронные системы на основе мультискана // Датчики электрических и неэлектрических величин.-Барнаул: АПИ.-1995, Ч. L-C. 147.

18. Липанов А.М., Осипов Н.И., Седов С.М. Формирование видеосигнала с дискретных ячеек мультискана // Датчики электрических и неэлектрических величин.-Барнаул: АПИ.-1995, Ч.1.-С. 148.

19. Липанов AM., Шелковников Ю.К., Осипов Н.И. Формирование видеосигнала мультискана модулированным напряжением опроса // Современные проблемы внутренней баллистики РДТТ.-Ижевск! ИПМ УрО PAH.-1996.-344 с.

20. Осипов Н.И. Применение модуляции развертывающего напряжения для формирования видеосигнала в сканисторных структурах // Труды научно-молодежной школы "Информационно-измерительнке системы на базе наукоемких технологий".-Ижевск: изд. ИПМ УрО РАН.-1997.-143 с.-С. 24-28.

21. Осипов Н.И. Информационные параметры видеосигналов сканисторных структур // Тр. науч.-мол. школы "Информационно-измерительные системы на базе наукоемких технологий"-Ижевск: ИПМ УрО РАН.-1997.-143 с.-С. 29-32

22. Липанов А.М., Шелковников Ю.К., Осипов Н.И. Применение мультискана для измерения геометрических характеристик изделий // Проблемы конверсии и экологии энергетических материалов (ICOC-96) (Сб. докл. международной конф. по внугрика-мерным процессам и горению).-Ижевск: ИПМ УрО РАН.-1997.- С. 531-536.

23. Шелковников Ю.К., Осипов Н.И. Проектирование оптико-электронных устройств для измерения геометрических размеров на основе мультискана // Моделиро-

I ученые запю

вание технических объектов и систем. Избранные ученые записки ИжГТУ. Приборостроение. Измерительная техника. Экономика. Системология. В трех томах-Ижевск: изд-во ИжГТУ, 1998.-Том П.-С. 83-94.

24. Шелковников Ю.К., Осипов Н.И., Веркиенко А.Ю. Экспериментальные исследования характеристик мультискана // Труды научно-молодежной школы "Информационно-измерительные системы на базе наукоёмких технологий"-Ижевск, изд. ИПМ УрО РАН, 1998.-С. 112-119.

25. Патент на изобретение RU №2151361 CI F41J 5/02 Датчик координат стрелкового тренажера / Шелковников Ю.К., Веркиенко АЮ., Осипов Н.И., Подласкин Б.Г. .№99117072/02; Заявл.02.08.99; Опубл. 20.06.2000, Бюл. №17.

26. Липанов AM., Осипов Н.И., Шелковников Ю.К. Прецизионное устройство на основе мультискана с дискретно-аналоговым способом измерения размеров // Тез. докладов 5-й Российской университетско-академической научно-практической конферен-ции.-Ижевск: 2001.-Ч. 9.-С. 69-70.

27. Липанов A.M., Осипов Н.И., Шелковников Ю.К. Дискретно-аналоговый способ измерения местоположения световой зоны на фотоприемнике мультискан // Тез. докладов 5-й Российской университетско-академической научно-практической конферен-ции.-Ижевск: 2001.-Ч. 9.-С. 63-65.

28. Шелковников Ю.К., Осипов Н.И. Математическая модель координатно-чувствительного фотоприемника мультискана // Моделир. техн. систем. Инновац. технологии в машиностроении и приборостроении: Матер, междунар. научн.-техн. конф., посвященной 50-летию ИжГТУ (19-22 февраля 2002 г.).-В 5 ч.-Ч.5.-Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2002.-С. 170-181.

29. Шелковников Ю.К., Осипов Н.И. Особенности формирования видеосигнала в оптико-электронном преобразователе мультискане // Моделир. техн. систем. Инновац. технологии в машиностроении и приборостроении: Матер, междунар. научн.-техн. конф., посвященной 50-летию ИжГТУ (19-22 февраля 2002 г.).-В 5 ч.-Ч.5.-Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2002.-С. 161-170.

30. Липанов AM., Шелковников Ю.К., Осипов Н.И. Моделирование процесса выделения и обработки информационных сигналов многоэлементного фотоприемника муль-тискана-Ижевск:, 2002.-32 с. (Препринт ИПМ УрО РАН РФ).

31. Липанов А.М., Шелковников Ю.К., Осипов Н.И. Анализ работы мультискана с амплитудно-модулированными световыми потоками // Датчики и системы-2002-№10.-С. 12-16.

32. Липанов А.М., Шелковников Ю.К., Осипов Н.И. Применение дискретно-сплошной структуры мультискана в оптико-электронных измерительных устройствах // Датчики и системы.-2003.-№2.

Соискатель

Подписано в печать 2 июля 2003 г. Бумага офсетная. Формат 60x84/16 Объём 1 п.л. Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии ИПМ УрО РАН 426000, г. Ижевск, ул. Горького, 222 ЛИД № 04847 от 24.05.2001 г.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСОВ

РАЗРАБОТКИ И ВНЕДРЕНИЯ СИСТЕМ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТОВ.

1.1. Обзор методов и устройств, предназначенных для автоматизации процессов контроля, обработки и анализа первичной информации

1.2. Обзор существующих развертывающих фотоприемников для измерения параметров объектов

1.3. Выбор и обоснование цели работы.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ДИСКРЕТНО-СПЛОШНОЙ СТРУКТУРЫ МУЛЬТИСКАНА ПРИ ОБРАБОТКЕ ОПТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

2.1. Сравнительный анализ схем включения мулынскана и их функциональных возможностей

2.2. Выбор и обоснование модели мультискана

2.3. Вывод уравнений видеосигнала с мультискана

2.4. Выводы

ГЛАВА 3. ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ МОДУЛЯЦИИ ПАРАМЕТРОВ МУЛЬТИСКАНА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ ЕГО РАБОТЫ.

3.1. Анализ режима работы мультискана при модулированном световом потоке

3.2. Исследование режима работы мультискана с модуляцией напряжения развертки

3.3. Особенности выделения реперных импульсов с дискретной линейки мультискана

3.4. Выводы

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ РАБОТЫ МУЛЬТИСКАНА КАК

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

4.1. Применение мультискана для первичного съема и обработки оптической информации

4.2. Определение местоположения и освещенности световых зон по максимуму видеосигнала, точкам перегиба, точкам на пропорциональных уровнях.

4.3. Использование мультискана в качестве датчика с дискретным отсчетом. Определение местоположения и характеристик световых зон по реперным импульсам

4.4. Анализ метрологических характеристик мультискана в сравнении со сканистором.

4.5. Методы повышения точности измерений развертывающим фотоэлектрическим преобразователем мультисканом.

4.6. Выводы

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ

УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ МУЛЬТИСКАНА

5.1. Устройства для измерения координаты световой зоны с формированием аналогового видеосигнала

5.2. Устройства для измерения координат и размеров световых зон с формированием видеосигнала в форме импульсов фототока от ячеек структуры

5.3. Устройства для измерения координат и размеров световых зон с использованием реперных сигналов

5.4. Анализ погрешностей измерительных устройств на основе мультискана

5.5. Выводы

Решение основной задачи современного производства - выпуска продукции высокого качества с наименьшими затратами — может быть получено при использовании комплексной механизации и автоматизации с применением промышленных роботов, гибких производственных модулей, систем автоматического контроля и управления. Средства автоматизации включают в себя первичные измерительные преобразователи, обеспечивающие заданный уровень контроля качества продукции, как в процессе изготовления, так и на этапе окончательной приемки в конце производственного цикла.

Актуальность темы связана с необходимостью исследования метрологических возможностей нового многофункционального фотопреобразователя мультискана с дискретной структурой и интегральным принципом формирования видеосигнала в различных режимах его работы. Основные усилия разработчиков фотопреобразователя мультискана (группы сотрудников ФТИ им. А.Ф. Иоффе под руководством Б.Г. Подласкина) сконцентрировались на совершенствовании конструкций и технологии изготовления мультискана, улучшении метрологических характеристик, и меньшее - на поиск рациональных областей его практического использования. При этом большинство публикаций посвящено исследованию работы мультискана в фотопотенциометрическом режиме и малое число — другим его режимам, в частности, время-импульсному, обеспечивающему большие функциональные возможности при измерениях геометрических параметров объектов. С другой стороны, дискретная структура многофункционального фотопреобразователя мультискана обеспечивает ряд преимуществ перед его прототипом — сканистором, уже нашедшим широкое применение в контрольно-измерительной технике благодаря работам научной школы П.И. Госькова (АлтГТУ) и его учеников. Возможности свойств дискретной структуры мультискана для улучшения его метрологических характеристик исследованы недостаточно и требуют изучения.

Цель работы - заключается в повышении точности оптико-электронных устройств для бесконтактных измерений геометрических параметров объектов на основе исследований дискретно-сплошной структуры нового многофункционального интегрального фотоприемника мультискана.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучение мультискана как первичного оптико-электронного преобразователя измерительных устройств;

- теоретические и экспериментальные исследования метрологических возможностей дискретно-сплошной структуры мультискана при его использовании в различных режимах работы и включении по различным схемам;

- изучение влияния модуляции светового сигнала и напряжения развертки на помехоустойчивость работы мультискана;

4 - разработка и исследование оптико-электронных измерительных устройств на основе мультискана;

- анализ погрешностей измерительных устройств на основе мультискана.

Объектом исследования является полупроводниковый интегральный фотоприемник мультискан и оптико-электронные устройства (ОЭУ) для бесконтактного измерения и контроля геометрических параметров объектов на его основе. Под термином "геометрические параметры" подразумеваются линейные величины, характеризующие размеры объекта и взаиморасположение его отдельных элементов. Принципиальной особенностью ОЭУ для бесконтактного измерения является то, что измерительную информацию об объекте получают по его изображению на фоточувствительной поверхности, которое формируется оптической системой по законам геометрической оптики.

Предметом исследования являются модели дискретно-сплошной структуры мультискана для различных схем его включения и режимов работы.

Методы исследования. В работе применялись теоретические и экспериментальные методы исследований. Теоретические исследования основаны на Ь использовании методов анализа электрических цепей и систем, численных методов, методов теории информационно-измерительных систем. Экспериментальные исследования базируются на применении методов измерительной техники, теории оптико-электронных приборов, средств компьютерного програм-щ мирования и моделирования. Проверка адекватности моделей и теоретических зависимостей осуществлялась по результатам натурных испытаний.

Научная новизна работы состоит в следующих результатах:

- выполнены обоснование, выбор и анализ модели для исследования электрофизических характеристик мультискана;

- исследованы метрологические возможности дискретно-сплошной структуры мультискана при его использовании в различных режимах работы и включении по различным схемам;

- предложена методика измерений для повышения точности определения координаты и размера световой зоны, заключающаяся во временном координа-тоуказании характерных точек видеосигнала в промежутке между реперными импульсами дискретной структуры мультискана;

- дан анализ погрешностей определения геометрических параметров объектов по их оптическому изображению, получены рекомендации по минимизаV ции этой погрешности;

- созданы новые оптико-электронные устройства на основе мультисканов для измерения диаметра изделий из полимерных материалов и размеров ширины щелей специзделия с использованием предложенной методики и разработанных схемотехнических методов повышения точности.

Практическая ценность и внедрение результатов работы.

Проведены теоретические и экспериментальные исследования метрологических возможностей дискретно-сплошной структуры мультискана при его использовании в различных режимах работы и включении по различным схемам. Разработаны новые технические решения, защищенные двумя авторскими свидетельствами и одним патентом на изобретение. Разработана новая методика формирования и обработки выходных сигналов мультискана, обеспечивающая повышение точности измерений. Разработана схемотехника для формирования и обработки аналогового и импульсного видеосигналов дискретно-сплошной структуры мультискана, обеспечивающая повышение точности измерений. Результаты проведенных исследований использованы при создании устройства для измерения диаметра изделий (получаемых методом экструзии), и устройства для измерения ширины щелей специзделия по теме "Разработка и исследование оптоэлектронных измерительных устройств" с предприятием НПО "Союз", а также в учебном процессе ИжГТУ.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Ш, IV и V Всесоюзных совещаниях "Координатно-чувствительные фотоприемники и оптико-электронные устройства на их основе" (Барнаул, 1985, 1987, 1989); научно-технической конференции "Разработка систем технического зрения и их применение в промышленности" (Устинов, 1986); на Ш н IV Всесоюзных совещаниях "Оптические сканирующие устройства и измерительные приборы на их основе" (Барнаул, 1986, 1988); на Ш Международной конференции "Измерения, контроль и автоматизация производственных процессов" (Барнаул, 1994); на П международной конференции "Датчики электрических и неэлектрических величин" (Барнаул, 1995); на научно-технической конференции "Современные проблемы внутренней баллистики РДТТ" (Ижевск, 1996); на П международной конференции "по внутрикамерным процессам и горению" (Москва - С.-Петербург, 1997); на 5-й Российской уни-верситетско-академической научно-практической конференции (Ижевск, 2001); на международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию ИжГТУ (Ижевск, 2002).

Основной материал диссертации отражен в 30 научных публикациях: в 11 статьях в центральной печати, в 2 авторских свидетельствах СССР и 1 патенте на изобретение России, в 2 научно-технических отчетах по хоздоговорным НИР, в тезисах научно-технических конференций.

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, пять глав и заключение, изложенные на 162 стр. машинописного текста. В работу включены 90 рис., 3 таблицы и список литературы из 176 наименований и приложение (Акты о внедрении результатов НИР).

Основные выводы и результаты работы.

1. Сравнительный анализ характеристик мультискана и сплошного ска-нистора показал, что мультискан (благодаря дискретной структуре) обеспечивает лучшие метрологические характеристики за счет низкого уровня темно-вых токов, стабильности и высокой симметрии вольт-амперных характеристик диодных ячеек, однородной фоточувствительности и спектральной чувствительности р-п переходов структуры, отсутствия погрешностей, присущих сплошным сканисторам (из-за продольной проводимости базы и др.). Экспериментальные исследования мультискана показали, что он уступает сканисто-ру в скорости опроса (частота опроса не превышает 500 гц).

2. Для измерения параметров световых зон (координат, размеров, перемещений и освещенности) наиболее простой по коммутации, универсальной и перспективной схемой включения мультискана во время-импульсном режиме работы является схема "сканистор".

3. Применение модуляции оптического сигнала позволяет уменьшить погрешность измерений параметров световых зон, обусловленную неравномерностью темновых токов фотодиодов мультискана, а также в случае интенсивных световых помех. Координата или размер световых зон модулированной интенсивности определяются, как и при отсутствии модуляции, по моментам перехода через нуль второй или третьей производной выходного тока мультискана, после его демодуляции и низкочастотной фильтрации.

4. При модуляции напряжения развертки синусоидальным напряжением амплитуда переменной составляющей выходного тока мультискана пропорциональна распределению освещенности вдоль фоточувствительной поверхности. При демодуляции усиленной переменной составляющей выходного тока и её низкочастотной фильтрации восстанавливается непосредственно информационный видеосигнал. Оптимальная амплитуда модулирующего напряжения составляет —0,25-0,5 от величины шагового напряжения между ячейками структуры, частота — до 100 кгц и более.

5. Мультискан во время-импульсном режиме в схеме "сканистор" может быть использован как дискретный (импульсный) датчик размера световых зон или координаты границы "свет-тень". При этом достоинством является простота обработки видеосигнала, недостатками - необходимость применения повышенных коммутирующих напряжений и ограниченная величиной шага структуры точность.

6. Для формирования видеосигнала в форме импульсов фототока (модуляция видеосигнала 60-80% его амплитуды) от освещенных ячеек структуры мультискан а необходимо увеличить шаговое напряжение между ячейками до величины (6-8)-м0. Амплитуда импульсов растет с увеличением шагового напряжения и уменьшением протяженности фотодиода относительно шага размещения ячеек.

7. Экспериментально подтверждена возможность использования режимов амплитудной модуляции оптического сигнала, а также слабой модуляции пилообразного напряжения развертки для выделения импульсов фототока отдельных ячеек мультискана.

8. Временные положения максимумов импульсов фототок^/отдельных ячеек мультискана, определяемые по моментам перехода через нуль первой производной выходного тока мультискана, с высокой точностью определяют геометрические местоположения продольных центров фотодиодов ячеек и могут быть использованы в качестве реперных для уменьшения нелинейности координатной характеристики.

9. Предложена методика дискретно-аналоговых высокоточных измерений координат и размеров световых зон (2-10% от величины шага структуры), заключающаяся во временном координатоуказании характерных точек видеосигнала в промежутке между реперными моментами времени с известными пространственными координатами. В качестве реперных могут быть использованы моменты максимумов импульсов фототока при высоком напряжении опроса полностью освещенного мультискана.

10. Разработанная методика измерений позволяет уменьшить погрешности измерений до величины 1-5 мкм при использовании мультисканов с номинальными (0,5-3%) значениями неравномерности сопротивления делительных шин, что исключает необходимость индивидуальной коррекции координатной характеристики, обеспечивает взаимозаменяемость фотоприемников и облегчает серийное производство высокоточных оптико-электронных устройств.

11. Предложены новые технические решения устройств на основе муль-тискана (для линеаризации координатной характеристики фотопреобразователя и повышения точности измерений за счет выделения реперных сигналов оптической разверткой; а также для определения координаты светового луча на плоскости посредством выполнения фоточувствительной поверхности мультискана в П-образной форме).

12. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований и предложенные решения были использованы при разработке устройства для измерения диаметра изделий (получаемых методом экструзии) и устройства для измерения ширины щелей специзделия для предприятия НПО «Союз», а также в учебном процессе ИжГТУ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных в работе комплексных исследований, направленных на получение научно-обоснованных технических и методических решений, разработана новая методика дискретно-аналоговых измерений координат и размеров световых зон, обеспечивающая повышение точности при ее применении в устройствах для измерения геометрических параметров объектов, созданы и внедрены на предприятии НПО «Союз» измерительные устройства на основе мультискана.

1. A.C. СССР №1362925, МКИ С01В 21/00. Фотоэлектрический преобразователь / Шелковников Ю.К., Осипов Н.И., Роготнев Н.В., Берковская К.Ф., Подласкин Б.Г., Кириллова Н.В.-№4014875/24-28; Заявл. 31.01.86; Опубл. 30.12.87, Бюл. №48.

2. A.C. СССР №1484592, МКИ B23Q 15/00. Обрабатывающее устройство с системой активного контроля / Липанов A.M., Шелковников Ю.К., Осипов Н.И., Скрипченко В.И., Колосов В.Г., Половинкин В.М.- №4035903/31-08; Заявл. 08.01.86; Опубл. 07.06.89, Бюл. №21.

3. Агейкин Д.И. Датчики контроля и регулирования.-М.: Машиностроение, 1965.-928 с.

4. Аксененко М.Д., Бараночников M.JL Приемники оптического излучения: Справочник.-М.: Радио и связь, 1987.-296 с.

5. Арутюнов В.А., Есепкина H.A., Котов Б.А. Использование приборов с зарядовой связью в системах оптической обработки информации // ПТЭ, 1982, №1, с. 98-101.

6. AC SU №1019667 МКИ Н 04 N 5/30 Преобразователь света в электрический сигнал / К.Ф. Берковская, Б.Г. Подласкин, Н.В. Кириллова, В.М. Столовиц-кий.-№3277798/18-09; Заявл.20.04.81; Опубл. 23.05.83, Бюл. №19, 1983.

7. AC SU №1062899 МКИ Н 04 N 7/18 Устройство для контроля геометрических размеров объектов / Г.А. Желтовский, A.A. Сытин.- №3243669/18-09; Заявл.05.02.82; Опубл. 23.12.83, Бюл. №47, 1983.

8. АС СССР №131375 МКИ 21о 11/02 Безвакуумное передающее устройство с однострочным разложением / Кочергин С.И.- Заявл. 21.12.59.

9. АС СССР №212384 МКИ 21d 11/02 Способ развертки изображения / Катыс Т.П., Зотов В.Д.- Заявл. 20.12.66.

10. АС СССР №336506 Фотоэлектрический способ измерения геометрических размеров изделий / Ляшенко J1.C., Медведев А.И.-1972, БИ №14.

11. АС СССР №399726 Устройство для измерения геометрических размеров изделий / Сиваков М.А.-1972, БИ №14.

12. АС СССР №410263 Дифференциальный фотоэлектроколориметр / Госьков П.И., Желтовский Г.А.-1974.

13. АС СССР №427274 Способ измерения оптических свойств веществ / Госьков П.И.—1974.

14. АС СССР №431430 Фотоэлектрический способ измерения концентрации веществ / Госьков П.И., Шелковников Ю.К-1975.

15. АС СССР №434617 Устройство для преобразования света в электрический сигнал / Берковская К.Ф., Кириллова Н.В., Шуман В.Б.-1974.

16. АС СССР №463000 Дифференциальный фотоэлектроколориметр / Госьков П.И., Шелковников Ю.К.:-1975.

17. АС СССР №463044 Рефрактометр / Госьков П.И., Шелковников Ю.К.-1975.

18. АС СССР №463999 Фотоэлектроколориметр-рефрактометр / Госьков П.И., Шелковников Ю.К.-1975.

19. АС СССР №632897 МКИ G 01 В 11/10 Устройство для измерения поперечного размера движущихся цилиндрических тел / JI.C. Ляшенко, Э.Ш. Зель-ман, И.А. Аронов, Э.О. Нодиев.- №2122707/25-28; Заявл. 10.04.75; Опубл. 15.11.78, Бюл. №42, 1978.

20. АС СССР №652829 Полупроводниковый преобразователь / Берковская К.Ф., Подласкин Б.Г., Кириллова Н.В., Чертков К.А.-№2393556/18-25; Заявл. 03.08.76; Опубл. 21.11.78, Бюл. №10, 1980.

21. АС СССР №938018 МКИ G 01 В 21/00 Бесконтактный измеритель геометрических размеров и линейных перемещений изделий / П.И. Госьков, P.M. Галиулин, A.B. Цедик и др.- №2996176/18-28; Заявл.08.07.82; Опубл. 23.06.82, Бюл. №23, 1982.

22. Барнс Дж. Электронное конструирование: Методы борьбы с помехами: Пер. с англ.- М.: Мир, 1990.-238 е.: ил.

23. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. для вузов по спец. "Радиотехника".-2-е изд.-М.: Высш. школа., 1988.—448 с.

24. Бегунов Б.Н., Заказнов Н.П. Теория оптических систем.-М.: Машиностроение, 1973.^88 с.

25. Берковская К.Ф. Безвакуумный телевизионный преобразователь изображе-ния—сканистор // Полупроводниковые приборы и их применение: Сб. под ред. Я.А. Федотова.-М.: Советское радио, 1968.-Вып. 20.-С. 3-22.

26. Берковская К.Ф. и др. Оптоэлектронный спектроанализатор изображения // Микроэлектроника.-1975.-№2.-С. 76-80.

27. Берковская К.Ф., Кириллова Н.В., Подласкин Б.Г. и др. Многофункциональный фотоприемник-мультискан.-Л.: ФТИ им. А.Ф. Иоффе, 1983.-24 с.

28. Берковская К.Ф., Кириллова Н.В., Подласкин Б.Г. Особенности конструкции многоэлементного фотоприемника мультискана // Оптическая и цифровая обработка изображений.-Л.: Наука, 1988.-С. 155-160.

29. Берковская К.Ф., Кириллова Н.В., Подласкин Б.Г., Столовицкий В.М., То-кранова H.A. Позиционно-чувствительный фотоприемник мультискан с высоким координатным разрешением // Научно-технические достижения—М.: ВИМИ, 1992, в. 2, С.22-25.

30. Бузанова J1.K., Глиберман А .Я. Полупроводниковые фотоприемники.- М.: Энергия, 1976.-64 с.

31. Вейко В.П., Шахно Е.А., Юркевич Б.М., Подласкин Б.Г., Токранова H.A. Лазерная подстройка координатных характеристик позиционно-чувстви-тельных фотоприемников. Сб. науч. трудов побед, конкурса грантов. Тульский универ-т, 1996, с. 146-149.

32. Виноградов Ю.Д., Машинистов В.М., Розенбург С.А. Электронные измерительные системы для контроля малых перемещений.— М.: Машиностроение, 1976.

33. Витглеб Г. Датчики М.: Мир, 1989.-195 с.

34. Воронов Ю.А., Казюлин В.И., Мочалкина О.Р. Линейная фоторезистивная матрица с накоплением зарядов.-Изв. вузов. Сер. Радиотехника, 1976, №9, с. 46-49.

35. Воронцов Л.Н. Фотоэлектрические системы контроля линейных величин.— М.: Машиностроение, 1965.-236 с.

36. Воронцов Л.Н., Корндорф С.Ф. Приборы автоматического контроля в ма-шиностроении.-М.: Машиностроение, 1988—279 с.

37. Высокоточные преобразователи угловых перемещений / Э.Н. Асиновский, A.A. Ахмеджанов, М.А. Габидулин, и др.: Под общ. ред. A.A. Ахмеджано-ва.-М.: Энергоатомиздат, 1986.

38. Горохов В.А. Эквивалентные схемы и параметры фотодиодов и фототранзисторов // Полупроводниковые приборы и их применение: Сб. под ред. Я.А. Федотова.-М.: Советское радио, 1963.-Вып. 10.

39. Госьков П.И. Метрология и технология полупроводниковых сканисторов.-Томск: Изд-во ТГУ, 1977.-191 с.

40. Госьков П.И. Оптоэлектронные информационные и контрольно-измерительные системы и устройства на основе координатно-чувствительных фотоприемников // Датчики электрических и неэлектрических величин.-Барнаул: АПИ.-1993, Ч. I.-C. 3-4.

41. Госьков П.И., Емельянова Т.С., Кожухова Г.Н., Русин Л.И., Соколова Е.А., Шелковников Ю.К. Несимметрия вольтамперных характеристик сканисто-ров и фоторезистивный эффект в них // Известия ВУЗов, отд. Физика, 1974.

42. Госьков П.И., Емельянова Т.С., Кожухова Г.Н., Русин Л.И., Соколова Е.А., Шелковников Ю.К. Влияние кинетики токов и фотоэдс р-п слоев на работу сканисторов // Известия ВУЗов, отдел Физика, 1974.

43. Госьков П.И., Желтовский Г.А. Измерение оптической плотности жидкости при помощи сканисторов // ПТЭ 1973.-№1.-С.201-203.

44. Госьков П.И., Титов B.C. Оптоэлектронные развертывающие полупроводниковые преобразователи. Уч. пособие. Томск, изд. ТЛИ им. С.М.Кирова. 1980.-95 с.

45. Госьков П.И., Шелковников Ю.К. Дифференциальный фотоэлеюгроколори-метр // ПТЭ- 1974.-№2.-С. 187-198.

46. Госьков П.И., Шелковников Ю.К. Измерение коэффициента преломления веществ с помощью дифференциального сканистора // Применение оптико-электрических приборов в измерительной технике.—М.: МДНТПД973.

47. Госьков П.И., Шелковников Ю.К. О применении дифференциальных скани-сторов для исследования кинетики быстрых реакций в жидкостях //Электромеханические устройства систем автоматики.-Томск: ТЛИ, 1973.

48. Госьков П.И. Оптоэлектронные развертывающие полупроводниковые преобразователи в измерительной технике.-Томск: Изд-во 11 У, 1978.-191 с.

49. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах.-2-e изд., перераб. и доп.-JI.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988.-304 с.

50. Гутников B.C. Фильтрация измерительных сигналов.-Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд., 1990.-448 е.: ил.

51. Домрачев В.Г. и др. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений: Справочное пособие / В.Г. Домрачев, В.Р. Матвеевский, Ю.С. Смирнов-М.: Энергоатомиздат, 1987.-392 с.

52. Егорова С.Д., Колесник В.А. Оптико-электронное цифровое преобразование изображений.- М.: Радио и Связь, 1991.-208 с.

53. Желтовский Г.А. Разработка и исследование контрольно-измерительных систем на базе безвакуумного аналога передающей телевизионной трубки типа "сканистор": Дисс. канд. техн. наук.-ТИАСУР, Томск, 1971.-299 с.

54. Желтовский Г.А., Госьков П.И. Измерение координат треков элементарных частиц при помощи линейного сканистора // ПТЭ.-1970.—№3.-С. 146-150.

55. Желтовский Г.А., Госьков П.И. Применение линейного сканистора для обработки графической информации // ПТЭ.-1972.-№5.-С. 34-35.

56. Замфир Г.Н., Золотарев В.Ф. Фотоэлектрический преобразователь изображения, использующий эффект Суля // Автоматика и телемеханика.— 1970.-№8.

57. Замфир Г.Н., Золотарев В.Ф., Рабинович Ц.П. Сканистор с дискретной базой // Ученые записки Ульяновского ГПИ.-1970:-Т. 24.-вьш.З, С. 106-147.

58. Золотарев В.Ф. Безвакуумные аналоги телевизионных трубок.-М.: Энергия, 1972.

59. Зотов В.Д. Полупроводниковые устройства восприятия оптической инфор-мации.-М.: Энергия, 1976.-152 с.

60. Зотов В.Д., Поликарпов С.П. Новые принципы построения полупроводниковых анализаторов оптических изображений // Актуальные вопросы технической кибернетики.-М.: Наука-1972 С. 250-255.

61. Зотов В.Д., Поликарпов С.П. Полупроводниковые преобразователи, осуществляющие анализ оптических полей // Автоматика и телемеханика.—1971.— №9.-С. 165-169.

62. Зюганов А.Н., Свечников C.B. Фотопотенциометры.-Киев: Техника, 1970.

63. Измерения в промышленности. Справ, изд. В 3-х кн. Кн. 1. Теоретические основы. Пер. с нем. / Под ред. Профоса П.-М.: Металлургия, 1990.-492 с.

64. Измерения в электронике: Справочник / В.А. Кузнецов, В.А. Долгов, В.М. Коневских и др.; Под ред. В.А. Кузнецова.-М.: Энергоатомиздат, 1987.-512 с.

65. Источники и приемники излучения: Уч. пос. для студ. вузов / Г.Г. Ишанин, Э.Д. Панков, A.JI. Андреев, Г.В. Полыциков.-С.-Пб.: Политехника, 1991.240 с.

66. Ишанин И.Г. Приемники излучения оптических и оптико-электронных приборов.-Л.: Машиностроение, Ленингр. отд., 1986.-175 с.

67. Кардо-Сысоев А.Ф., Кочергин С.И. К теории полупроводникового фотоэлектрического преобразователя с однострочным разложением. Радиотехника и электроника, 1967, т. 12, №9, С. 1642.

68. Катыс Г.П. Обработка визуальной информации.- М.: Машиностроение, 1990.-317 с.

69. Кириллова Н.В. Исследование и разработка полупроводниковых сканистор-ных матриц с параллельно-последовательным опросом: Дисс. канд. техн. наук.-ФТИ АН СССР, Ленинград, 1974.-146 с.

70. Кожухова Е.А. Исследование и оптимизация характеристик однострочных сканисторов для их применения в системах контроля и управления: Дисс. канд. техн. наук.-Гиредмет, М., 1980.

71. Коломбет Е.А. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигна-лов.-М.: Радио и связь, 1986.-184 е.: ил.

72. Кондрайкин Б.А., Логунов И.А., Шилин В.А. Устройства формирования сигналов изображения на приборах с зарядовой связью // Зарубежная электронная техника-1974-15(87).-С. 3-52.

73. Кондратьев В.И., Зотов В.Д. Полупроводниковый время-импульсный пози-ционно-чувствительный фотоприемник // Труды научно-исследовательского и конструкторского института испытательных машин, приборов и средств измерения-M.: 1972, вып.2/7.-С. 211-217.

74. Конюхов Н.Е. и др. Оптоэлектронные измерительные преобразователи / Н.Е. Конюхов, А.А. Плют, В.И. Шаповалов Л.: Энергия, Ленингр. отд., 1977.

75. Корндорф С.Ф. Фотоэлектрические измерительные устройства в машиностроении- М.: Машиностроение, 1973.-195 с.

76. Котлецов Б.Н. Микроизображения: Оптические методы получения и контроля.-JL: Машиностроение, Ленингр. отд., 1985.-242 с.

77. Коффрон Дж., Лонг В. Расширение микропроцессорных систем: Пер. с англ.-М.: Машиностроение, 1987.-320 е.: ил.

78. Кравцов Н.В., Стрельников Ю.В. Позиционно-чувствительные датчики оптических следящихсистем.-М.: Наука-1969.-120 с.

79. Крейн Нейристор новый прибор. Его применение в схемах // ТИРИ.-1962.-Т.50.-С. 2081-2094.

80. Левшин В.Л. Обработка информации в оптических системах пеленгации.-М.: Машиностроение, 1978.-168 с.

81. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин .-Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд., 1983.

82. Липанов A.M., Осипов Н.И., Дзюин C.B. Выделение видеосигнала со сканистора модуляцией развертывающего напряжения //Измерения, контроль и автоматизация производственных процессов.-Барнаул: АПИ.-1994, Ч. I.-C. 116.

83. Липанов A.M., Осипов Н.И., Седов С.М. Оптико-электронные системы на основе мультискана // Датчики электрических и неэлектрических величин.-Барнаул: АПИ.-1995, Ч. I.-C. 147.

84. Липанов A.M., Осипов Н.И., Седов С.М. Формирование видеосигнала с дискретных ячеек мультискана // Датчики электрических и неэлектрических величин.-Барнаул: АПИ.-1995, Ч. I.-C. 148.

85. Липанов A.M., Осипов Н.И., Тарасов A.B. Измерительное устройство на мультискане // Измерения, контроль и автоматизация производственных процессов.-Барнаул: АПИ.-1994, Ч. I.-C. 26.

86. Липанов A.M., Шелковников Ю.К. Разработка и применение оптико-электронных систем на основе сканистора // Проблемы механики и материа-ловедения.-Сб. научных трудов.-Екатеринбург: УрО РАН, 1994 — Вып. 1.-С. 134-149.

87. Липанов A.M., Шелковников Ю.К., Осипов Н.И. Моделирование процесса выделения и обработки информационных сигналов многоэлементного фотоприемника мультискана.-Ижевск:, 2002.-32 с. (Препринт ИПМ УрО РАН РФ).

88. Липанов A.M., Шелковников Ю.К., Осипов Н.И. Формирование видеосигнала с мультискана модулированным напряжением опроса // Современные проблемы внутренней баллистики РДТТ-Ижевск: ИПМ УрО РАН.-1996-344 с.

89. Литвак В.И. Фотоэлектрические датчики в системах контроля, управления и регулирования.-М.: Наука.-1966.-416 с.

90. Ляшенко Л.С. Апертурная характеристика сплошного сканистора // Радиотехника и электроника.-1976.-21, №5.-С. 1113-1115.

91. Ляшенко Л.С. Характеристики и параметры отклонения твердотельных развертывающих устройств сканисторов // Полупроводниковые приборы и их применение: Сб. под ред. Я.А. Федотова.-М.: Советское радио, 1974.-Вып. 28.-С. 216-225.

92. Ляшенко Л.С., Кочергин С.И., Зельман Э.Ш. Исследование нелинейной ёмкости сканистора // Полупроводниковые приборы и их применение: Сб. под ред. Я. А. Федотова.-М.: Советское радио, 1968-Вып. 28.-е. 207-215.

93. Майоров В.Г., Гаврилов А.И. Практический курс программирования микропроцессорных систем-М.: Машиностроение, 1989.-272 с.

94. Матвеевский В.Р., Косинский A.B. Одноканальный оптоэлектронный датчик перемещения // Заводская лаборатория.-1976.-№10.-С. 1258-1260.

95. Микроэлектронные фотоприемные устройства /М.Д. Аксененко, М.Л. Бараночников, О.В. Смолин.-М.: Энергоатомиздат, 1984—208 с.

96. Мироненко A.B. Фотоэлектрические измерительные системы.- М.: Энергия, 1977.-360 с.

97. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов.— Л.: Машиностроение, 1983.—696 с.

98. Мирский Г.Я. Электронные измерения.-М.: Радио и связь, 1986.—440 с.

99. Митяшев В.Н. Определение временного положения импульсов при наличии помех.- М.: Советское радио, 1962.

100. Моррисон С.К. Фоточувствительные полупроводниковые приборы нового типа // Зарубежная электроника.-1964.-№5.-С. 95-108.

101. Мосс Т., Гаррел Г., Эллис Б. Полупроводниковая оптоэлектроника.-М.: Мир, 1976.—432 с.

102. Оптико-электронные приборы для научных исследований: Уч. пос./ Л.А. Новицкий, A.C. Гоменюк, В.Е. Зубарев, A.M. Хорохоров.- М.: Машиностроение, 1986.-432 с.

103. Осипов Н.И. Анализ основных схем выделения видеосигнала в системах технического зрения // Разработка систем технического зрения и их применение в промышленности.-Устинов: 1986.-С. 108.

104. Осипов Н.И. Датчик изображений с дискретным отсчетом на основе муль-тискана // Разработка систем технического зрения и их применение в промышленности.-Устинов: 1986.-С. 108-109.

105. Осипов Н.И. Информационные параметры видеосигналов сканисторных структур // Труды научно-молодежной школы "Информационно-измерительные системы на базе наукоемких технологий".-Ижевск: ИПМ УрО РАН.-1997.-143 с.-С. 29-32

106. Осипов Н.И. Особенности работы мультискана с одним из вариантов системы опроса // Координатыо-чувствительные фотоприемники и оптико-электронные устройства на их основе.-Барнаул: АПИ, 1985.-Ч.1.-С. 108.

107. Осипов Н И., Зяблицев В.Я. Датчик обратной связи автоматизированных приводов ковочных манипуляторов // Исследование машин и технологии обработки металлов давлением.-Ижевск, вып. 2.-1977.-С. 45-49.

108. Осипов Н.И., Зяблицев В.Я., Сташенко M.JI. Импульсный датчик перемещения ИД-1: Инф. листок №43-80 / Удмуртский межотрасл. терр. центр на-уч.-техн. информации и пропаганды.—Ижевск, 1980.—2 с.

109. Осипов Н.И., Зяблицев В.Я., Сташенко M.JL Импульсный датчик угла поворота ИД-1: Инф. листок №44-80 / Удмуртский межотрасл. терр. центр науч.-техн. информации и пропаганды.-Ижевск, 1980.-1 с.

110. Остапчук В.Г., Кагановский И.П., Великович В.Б. Применение систем технического зрения для автоматизации размерного контроля деталей // Станки и инструмент, 1985, №4.-С. 5-7.

111. Отчет о НИР по теме М-3284. Ижевский механич. ин-т, Шелковников Ю.К., Осипов Н.И. и др.; инв. № 04376,-Ижевск, 1986.- 123 с.

112. Патент на изобретение RU №2097691 CI G01B 21/00 Устройство для определения положения светового пятна / Подласкин Б.Г., Токранова H.A., Чеботарев К.Е., Чекулаев Е.А.-№95111969/28; Заявл.11.07.95; Опубл. 27.11.97, Бюл. №33.

113. Патент на изобретение RU №2151361 CI F41J 5/02, F41G 3/26 Датчик координат стрелкового тренажера / Шелковников Ю.К., Веркиенко А.Ю., Осипов Н.И., Подласкин Б.Г. .-№99117072/02; Заявл.02.08.99; Опубл. 20.06.2000, Бюл. №17.

114. Пейтон А. Дж., Волш В. Аналоговая электроника на операционных усилителях: Пер. с англ.- М.: Бином, 1994.-352 е.: ил.

115. Пилипович В.А., Есман А.К., Поседько B.C. Многоэлементные фотоприемники в преобразователях перемещений.-Мн.: Навука i тэхнжа, 1991 —182 с.

116. Подласкин Б.Г., Васильев A.B., Гук Е.Г., Токраиова H.A. Построение синтезированной апертуры на фотоприёмниках Мультискан // ЖТФ.—т. 70, вып. 10, 2000.-е. 110-116.

117. Подласкин Б.Г., Дич JI.3., Токранова Н.А Экспериментальные исследования точностных параметров фотоприемника мультискан в режиме коорди-натоуказания. Письма в ЖТФ. т. 20, в. 2. 1994. С. 160-175.

118. Подласкин Б.Г., Романова Е.П., Токранова H.A., Юферев B.C. Математическая модель мультискана. Анализ погрешностей. ЖТФ, т. 63, в. 1, 1993, С.131-140.

119. Подласкин Б.Г., Романова Е.П., Юферев B.C. Математическая модель мультискана. Общая теория. ЖТФ, т.62, в. 10, 1992, с. 126-137.

120. Подласкин Б.Г., Романова Е.П., Юферев B.C. Математическая модель мультискана. Влияние конечных размеров р*- областей на погрешность показания прибора. ЖТФ, т. 63, в. 11, 1993, С. 1-7.

121. Подласкин Б.Г., Токранова H.A., Васильев A.B. Технологические возможности повышения точностных параметров фотоприемника мультискан. Письма в ЖТФ, т.22, в.22, 1996. с.60-65.

122. Подласкин Б.Г., Тульверт В.Ф., Чекулаев Е.А. Оптоэлектронный регистратор слабоконтрастной границы перепада яркости в индикаторных газоанализаторных трубках // ПТЭ.-1994.-№4.-С. 169-175.

123. Подласкин В.Г., Токранова H.A., Чеботарев К.Г., Чекулаев Е.А. Фильтрация медианы оптическою сигнала на фоне мощных посторонних засветок с помощью фотоприемника мультискан. ЖТФ. т. 65, в. 9, 1995, С. 104-110.

124. Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений. / Под ред. Го-рюнова H.H. и Носова ЮтР.-М.: "Советское радио", 1968.-304 с.

125. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: Справочник / В.И. Иванов, А.И. Аксенов, A.M. Юшин. 2-е изд., перераб. и доп.-М.: Энергоатомиздат, 1988.-448 с.

126. Полупроводниковые фотоприемники: Ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазоны спектра / И.Д. Аниенмова, И.М. Вику-лин, Ф.А. Заитов и др.-М.: Радио и связь, 1984.-216 с.

127. Полупроводниковый датчик положения излучающих объектов // Физические основы неразрушающего контроля.-М.: Наука, 1977 С. 64-69.

128. Проектирование оптических систем: Пер. с англ. / Под ред. Р. Шеннона, Дж. Вайанта.-М.: Мир, 1983.-432 с.

129. Пустынский И.Н. и др. Адаптивные фотоэлектрические преобразователи с микропроцессорами / И.Н. Пустынский, B.C. Титов, Т.А. Ширабакина М.: Энергоатомиздат, 1990.-80 с.-(Б-ка по автоматике; вып. 675).

130. Разработка и исследование информационно-измерительных комплексов на основе оптоэлектронных устройств. Отчет о НИР по теме М-3287. Ижевскиймеханич. ин-т, Шелковников Ю.К., Осипов Н.И., Ложкин А.П. и др.; инв. № 04548-Ижевск, 1990.- 100 с.

131. Сарвин A.A. Системы бесконтактных измерений геометрических параметров—Л.: Изд-во Ленингр. Ун-та, 1983.-144 с.

132. Секен К., Томпсет М. Приборы с переносом заряда.-М.: Мир, 1978.- с.

133. Селиванов М.Н., Юдин М.Ф., Тищенко О.Ф., Скороходов А.И. Основные термины в области метрологии: Словарь-справочник.—М.: Изд-во стандартов, 1989.-113 с.

134. Сивков М.А., Ляшенко Л.С. Влияние токов эмиттера и коллектора на распределение напряжения вдоль делительной шины сканистора // Известия ВУЗов, Приборостроение, т. 16, №3, 1973.

135. Соболева H.A., Меламид А.Ф. Фотоэлектрические приборы.-М.: Высшая школа-1974-376 с.

136. Справочник по расчету и проектированию ARC-схем / Букашкин С.А., Власов В.П., Змий Б.Ф. и др.-М.: Радио и связь, 1984.-368 е.: ил.

137. Средства для линейных измерений / Б.М. Сорочкин, Ю.З. Тененбаум, А.П. Курочкин, Ю.Д. Виноградов Л.: Машиностроение, 1978.

138. Стратонович Р.Л. Избранные вопросы теории флуктуаций в радиотехнике.-М.: Советское радио, 1961.-558 с.

139. Суэмацу Я., Катаока С., Кисино К. и др. Основы оптоэлектроники: Пер. с яп.—М.: Мир, 1988.-288 с.

140. Твердотельное телевидение: Телевизионные системы с переменными параметрами на ПЗС и микропроцессорах / Л.И. Хромов, Н.В. Лебедев, А.К. Цыцулин и др.-М.: Радио и связь, 1986.-184 е.: ил.

141. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника.-М.: Мир, 1983.— 512 с.

142. Токранова H.A. Координаточувствительный фотоприемник мультискан: исследование процессов формирования сигнала и свойств координатной характеристики: Дисс. канд. физ. мат. наук.-ФТИ РАН им. А.Ф. Иоффе, Санкт-Петербург, 1996.-132 с.

143. Фотоэлектрические полупроводниковые устройства в схемах контроля и управления автоматическими станочными линиями.-М.: Машиностроение.— 1970.-76 с.

144. Фотоэлектрические преобразователи информации / Под ред. Л.Н. Пресну-хина.-М.: Машиностроение, 1974.

145. Фридмен М., Ивенс Л. Проектирование систем с микрокомпьютерами: Пер. с англ.- М.: Мир, 1986.—405 е.: ил.

146. Хоровиц П, Хилл У. Искусство схемотехники: Пер. с англ-Изд. 3-е, сте-реотип.-М.: Мир, 1986.-Т. 1.-598 е.: ил.

147. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: Пер. с англ.-Изд. 3-е, сте-реотип.-М.: Мир, 1986-Т. 2.-590 е.: ил.

148. Хортон Дж., Мацца Р., Дим Г. Сканистор-тверд отельное развертывающее устройство.-ТИИЭР, 1964, т.52, №12, с. 16-41.

149. Циделко В.Д., Нагаец Н.В., Хохлов Ю.В. и др.— Проектирование микропроцессорных измерительных приборов и систем.-К.: Техннса, 1984.-215 с.

150. Шелковников Ю.К. Разработка и исследование аппаратуры на основе безвакуумного аналога передающей телевизионной трубки типа "сканистор" для изучения физико-химических процессов: Дисс. канд. техн. наук.— ТИАСУР, Томск, 1974.-191 с.

151. Шелковников Ю.К., Госьков П.И. Фотоэлектрический измеритель координат световых потоков //-ОМЛ —1974, №10.-С.47-49.

152. Шелковников Ю.К., Жаравин A.A., Тарасов A.B., Осипов ELM. Стабильность координатной характеристики сканисторных измерительных устройств // Координатно-чувствительные фотоприемники и оптико-электронные устройства на их основе.-Барнаул: АПИ.—1989—4.1.

153. Шелковников Ю.К., Осипов Н.И. О повышении разрешающей способности мультискана // Оптические сканирующие устройства и измерительные приборы на их основе.-Барнаул: АПИ.-1986.-Ч. I.-C. 64.

154. Шелковников Ю.К., Осипов Н.И. Особенности построения микропроцессорных измерительных устройств на основе мультискана // Координатно-чувствительные фотоприемники и оптико-электронные устройства на их основе.-Барнаул: АПИ.-1987.-Ч.1.

155. Шелковников Ю.К., Осипов Н.И. Устройство для измерения линейных размеров на основе многоэлементного фотоприемника // Оптические сканирующие устройства и измерительные приборы на их основе.-Барнаул: АПИ.-1988.-Ч.1.-С. 80-81.

156. Шелковников Ю.К., Осипов Н.И., Веркиенко А.Ю. Экспериментальные исследования характеристик мультискана // Труды научно-молодежной школы "Информационно-измерительные системы на базе наукоёмких технологий".-Ижевск, изд. ИПМ УрО РАН, 1998.-С. 112-119.

157. Шелковников Ю.К., Роготнев Н.В., Шишкин A.A., Осипов Н.И. Двухкоор-динатный измеритель перемещений объектов // Координатно-чувст-вительные фотоприемники и оптико-электронные устройства на их основе.— Барнаул: АПИ, 1985.-Ч.1.-С. 115.

158. Шелковников Ю.К., Шишкин A.A., Трефилов С.А., Осипов Н.И. Исследование электрофизических характеристик сканисторных структур // Коорди-натно-чувствительные фотоприемники и оптико-электронные устройства на их основе-Барнаул: АПИ.-1987.-Ч.1.-С. 52.

159. Якунин А.Г. Исследование особенностей регистрации динамических процессов с помощью первичного преобразователя на основе развертывающего фотоприемника сканистора: Дисс. канд. техн. наук.-ТИАСУР, Томск, 1977.-271 с.

160. Якушенков Ю.Г. и др. Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах.-М.: Радио и связь, 1981.-179 с.

161. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов—3-е изд., перераб. и доп.-М.: Машиностроение, 1989.-360 с.

162. Horton J.W., Mazza R.V., Dym H. The Scanistor-A Solid-State Image Scanner-Proc. J.E.E.E., 1964, 52, 12, 1513-1528.

163. Tatsuo Yamamoto and others. Dynamical Characteristics of scanistor. Trans. Inst. Electron, and Commun. Eng. Jap. 1973, C.56, №7, p. 393-400.

164. MATHCAD 6.0 PLUS. Финансовые, инженерные и научные расчеты в среде Windows 95. / Перевод с англ.-М.: Информ.-издательский дом "Филинъ", 1996.-712 с.

165. Morrison S.K. A new type of photosensitive junction device.-'Solid State Electronics", 1963, vol. 5, N6, p.485-493.