автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Разработка методов и средств лазерной интерференционной рефрактометрии

кзсоюш

р[о ОД опшео-шзшшскш; измерений

Па правах рукописи

Мищенко Ерпй Викторович

рлзрашш .методов и средств шеиюп интероегенциошюп рефрактометрии

05.II.16 Информационно-измерительная техника

автор!'; о в г а т

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1093

Работа выношена на Машиностроительном заводе "Молния".

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

профессор Гинкевичгас Б.С.

Официальные оппоненты: доктор технических ггук

профессор Ершов И.В.

кпндндат физико-математических наук Гурари МЛ.

Водущач организация: Центральный аоро- гидродинамический

институт (НАГИ)

Защита диссертации состоится _ 199_г.

па заседании специализированного совета

во Всесоюзном научно-исследовательском институте оптико-

фпзпческих исследований по адресу: Москва,

Отзыв, заверенный печатью, просим присылать по адресу:

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНШЮ'1'И. Автореферат разослал "_" _ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета.

о

о

Актуальность работы. Ускорение работ в различных отраслях, связанных с синтезом новых химических и химико-биологических соединений, использованием технологических сред, исследованием оптико-физических свойств веществ и решением целого ряда других проблем, предполагает создание адекватных методов контроля и оптико-электронных измерительных средств метрологической поддержи. Традиционно одним из основных методов оптического контроля является рефрактометрический метод, предусматривающий измерение показателя преломления (ПП), являющегося одной из наиболее универсальных характеристик твердых, жидких и газообразных веществ.

Измерения ПП позволяют определять концентрацию двухком-понентных растворов, а сочетание рефрактометрических измерений с определением других физических свойств обеспечивает возможность анализа тройных и более сложных смесей. Последнее позволяет осуществлять экспресс-анализ продуктов химических производств и технологических сред промышленного назначения. Кроме того, ПП служит важным критерием чистоты вещества, что представляется существенным фактором при создании новых "экологически чистых" производств электронной промышленности.

ПП и его производные являются важнейшими характеристиками активных сред лазеров, по результатам контроля которых производится оптимизация режимов излучения, что позволяет повысить надежность и безопасность при эксплуатации лазерных энергетических установок.

В нашей стране и за рубежом создан и серийно освоен ряд различных рефрактометрических средств, на фоне которых особо выделяется весьма перспективный класс лазерных интерференционных рефрактометров (ЛИР), обеспечивающих прецизионное измерение ПП оптически прозрачных газов, жидкостей и твердых тел и играющих часто роль вторичных эталонов при аттестации менее точных рефрактометрических устройств, а также использующихся дяя проведения оригинальных исследований и производственного контроля.

Цель работы: разработка методов и средств прецизионной лазерной интерференционной рефрактометрии газов и жидкостей.

Методы исследования: в работе используются методы геометрической и волновой оптики, теории вероятности и теории измерений.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана оптическая схема ЛИР рэлеевского типа, в которой применены оригинальные интерференционный модулятор (1ЕЛ) п растровое сопряжение,

- разработаны методы и средства для измерения изменений порядка интерференции (ИЛИ), предусматривающие автоподстройку амплитуды интерференционной модуляции и статистическое усреднение с коррекцией результатов измерения,

- разработана оптическая схема трехканального Л11Р, в которой попользованы оригинальные четырехпроходные интерференционные каналы и ИМ дифференциального типа,

- разработаны методы и средства, измерения ГЯП1предусматривающие определение дробной части порядка интерференции (ДЧШ1) по результатам периодической регистрации трех и пяти временных интервалов,

- осуществлен оптимизационный точностной анализ обеих схем ЛИР, даны рекомендации по выбору основных параметров схем и осуществлен расчет основных погрешностей для обеих схем ЛИР,

- предложены методы адаптивной регистрации ИЛИ, предполагающие гибкое сочетание модуляционных и безмодуляционных методов регистрации и обеспечивающие существенное повышение быстродействия рефрактометрических устройств.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- создан оптический прибор - автоматический ЛИР рэлеевского типа с усовершенствованной оптической схемой; для регистрации ИЛИ в ЛИР использованы модифицированные метод временных интервалов (ШЗИ) с автоподстройкой амплитуды интерференционной модуляции и метод "трех зон" с коррекцией результата в условиях усреднений,

- создан оптический прибор - трехканалышй ЛИР с оригинальными схемами оптических каналов; для регистрации ИЛИ в ЛИР использован модифицированный МВИ с периодическим измерением 3 временных интервалов,

- проведена конструкторская разработка на трехканальный ЛИР, в результате чего имеется возможность его серийного выпуска

- исследованы точностные характеристики ЛИР рэлеевского типа и трехканального ЛИР, а также их компонентов; результаты исследований учтены при проведении оптимизационного анализа.

и

Реализация работы:

На основе предложенных рефрактометрических н интерференциоп-шх методов п средств разработаны опытные образцы приборов:

- автоматический ШIP газа рэлеевского типа, предназначенный 1ля измерения абсолютных ПП газов,

- трехканальный ЛИР жидкости, предназначенный для измерения 1бсолютных ПП прозрачных электролитов.

Разработанные методы и приборы использованы:

- рефрактометр газа использован на каф.ТОТ МЭИ для целей ?еплофизических исследований газовых лазеров,

- рефрактометр жидкости планируется к внедрению на Глаипшо— ¡троительном заводе "Молния" для целей контроля технологических :ред гальванического производства,

- методика расчета оптических схем JIIIP используется в учеб-юм процессе на кафедре физики им. В.А.Фабриканта МОИ.

Апробация работы. Материалы теоретических и эксперпыонталь-1ых исследований докладывались и обсуждалить на Всесоюзной конференции "Метрология в дальнометрии" (Харьков, 1988), на конфо-юнциях "Лазеры в народном хозяйство" (Москва, IS86, 1991), 'Новые информационные и электронные технологии в народном хозяй-:тве и образовании" (Москва, 1990), на конференциях молодых уче-1ых и специалистов (Москва, 1979, 1981).

Результаты выполненных исследований опубликованы в 1С науч-гых статьях и 4 научно-технических отчетах.

Оригинальность реализованных технических решений нашла свое ¡тражение в 25 зарегистрированных изобретениях.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, гяти глав, заключения и списка литературы (117 наименований). 3абота содержит 205 страниц основного текста, 49 рисунков и 3 таблицы.

СОДЕКиШИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновала, актуальность теш диссертации и по-:азана ее связь с проблемами, представляющими научный и практн-геский интерес для области прецизионной лазерной рефрактометрии, ¡формулирована новизна и практическая ценность работы, а также юзультаты ее реализации и апробации.

В первой главе обсуждены основные методы газовой и жидкоет-юй рефрактометрии, а также схемы рефрактометров, использующиеся

для осуществления измерений относительных и абсолютных Ш газа и жидкости /3/. Отмечено, что основным методом газовой рефрактометрии продолжает оставаться метод замещения, а основной схемой для проведения измерении остается схема интерференционного рефрактометра рэлеевского типа. Показано, что основным методом для измерения абсолютных ПП жидкостей является метод с подвившими отражателями, реализуемый па основе использования многоканальных интерферометров Малкельсона. Обсуждены основные пути автоматизации рефрактометрических измерений, связанные с активным применением ИМ, фотоэлектрических средств регистрации ИЛИ и электронных средств обработки информации. Подробно проанализированы основные методы регистрации ИЛИ и показано, что наиболее перспективными является использование для регистрации ЦНИИ различных модификаций МВИ, а для регистрации целых порядков интерференции (ЦПИ) - методов реверсивного счета и "трех зон" /9/. Р заключении главы проведено обобщение проанализированного материала и намочены конкретные цели диссертационной работы.

т?о второй главе описана, схема газового .ШР рэлеевского типа (см.рис.1) /7/. В оптической схеме ЛИР использованы ИГЛ уголкового типа /2/ и растровое сопряжение /I/ (на основе регулярного растра и билинзы Гийе), а также два оптических канала, один из которых связан с контрольной кюветой, а другой играет роль реперного. Использование растрового сопряжения позволяет в значительной степени повысить светосилу в регистрируемом световом потоке, а применение реперного оптического канала позволяет отстроиться от влияния механических и тепловых факторов. Регистрация ИЛИ /V в схеме ЛИР осуществляется с использованием МВТ! и метода "трех зон" в условиях автоподстройки амплитуды интерференционной модуляции /5/. На начальном и заключительном этапах измерения ИЛИ проводится усреднение с коррекцией результирующего значения ШШ /15/.

В процессе измерения метод замещения реализуется путем медленного -заполнения предварительно закуумированной контроль-нон кюветы исследуемым газом с одновременной регистрацией взаимных изменений пространственных фаз в интерференционных картинах (ИК) двух оптических каналов. Уравнение измерения для газового ЛИР имеет вид

П^ - г?0 1 я • М/Ь,

г-»

еде Л - длина во .таи излучения, Ь - размер измерительной Зазы, Л/ - ИЛИ, П0, - абсолютные ПП среди в вакуумировантпп I контрольной кювете. Для стабилизации измерительной базы ЧИР га заключительном этапе измерения предложен оригинальный метоп; гоискового типа /16/.

Проведен волновой .анализ амплитудно-фазовых соотношений (ля одного из каналов ЛИР для случая нормального и аномального 'с наклоном полос в ИК) режимов работа ЛИР /4,7/, в результате [его определен вид фазовых погрешностей преобразования и величи-гы отношения сигнал-тум. Проведен анализ факторов, влияюцих на ?очность измерения в ЛИР, и определен ряд наиболее значимых ¡оставляющих погрешности измерения (СПИ). Птп СПИ представлены югрешностями, связанными с нестабильностью длины волны излуче-птя, неточностями определения измерительной базы, неидеальностыо ¡эксгумирования, неточностями подстройки амплитуды интерференцион-юй модуляции , нелинейностью средств модуляции, шумовыми воз-[ействиями лазера и электронных компонентов и т.д. Осуществлен юдробный сравнительный анализ СПИ, по результатам которого с "четом конструктивных требований произведен выбор основных пара-гатров схемы ЛИР. По результатам анализа разработана схема ЛИР )Элеевского типа, позволяющая осуществлять измерения абсолютных Ш газа в диапазоне от 1,00 до 1,01 и предусматривающая пепользо-юшзе одномодового лазера. Рекомендовано использовать для целей ■правления сигнал сетевого напряжения (Т., = ¡¿0 мс), величину па-iar.ro тра /\/м выбирать из условия ^ {27ГЛ^) - 0 /3/, а расчет среднепного значения ДЧПИ проводить по Ы^ = 100 реализациям.

Проведенный расчет точностны:-; показателей для разработанной хеш ЛИР привел к значению основной погрешности измерения абсо-ютного ПП равному 2 • 10"^. Проанализированы возможности по далъ-ейшему уменьшению величины основной погрешности измерения и по-азано, что последнее может быть достигнуто при сужении диапазона змерения или при переходе к использованию одночастотпых лазеров мощностям] излучения но меньшими 5-10 мВт, которые серийно своены промышленностью в начале 00-х годов.

В третьей главе описана схема трохкапальнзго ЛИР жидкости см.рис.2) /13/. В оптической схеме ЛИР использованы дпфуерен-иальный И1.1 и три четырехпроходных оптических канала, два из ко-орых связаны с контрольной, а один - с вэкуумирусмзй кюветами.

охеш лазерного штер^еренццоншл'о рефрактометра газа:

I - одномодовыи лазер; 2,4,10 - собирающие линзы; 3 - интерференционный модулятор; 5-8 - кюветы блока кювет; 9 - диафрагма с узкими щелями;

II - цилиндрическая линза; 12 -;обтюращонныи растр; хЗ - бшлшза ыше; 14,15 - фотоириешики

Рис. 2. Схош лазерного шггерференционноги рефрактометра жидкости:

I - одночастотнш лазер; 2,4,6,- четвертьволновые пластинки: 3,5,7,22, 23,24 - светоделительные кубики; 8 - корпус рефрактометра; 9 - вакуумиру ешя кювета; 10 - входное окно; 11,12 - внутренние окна; 13 - подвижный шток; 14 - механизм перемещения; 15-17 - уголковые отражатели: 18 - свстоделительная пластана интерференционного модулятора; -

плоские зеркала; 25-30 - фотоприешики; 31 - контрольная кювзта

Использование чотырехпроходной схеш оптического канала /17/ и оригинального Ш позволяет с одной стороны уменьшить диапазон перемещений подвижного штока, а с другой стороны уменьшить амплитуду управляющего сигнала IE.1. Регистрация ИЛИ в схеме ЛИР осуществляется с использованием модификации 1.ШИ, предусматриваю щей периодическое измерение трех характерных временных интервалов /14/, и метода реверсивного счета ЦПИ.

■Принцип измерения заключается в перемещении подвижного штока с закрепленными на нем отражателями трех оптических каналов в вакуут,тированной и контрольной кюветах с одновременной регистрацией ИЛИ - , , в трех оптических каналах. Для выбранной геомэтрии расположения оптических каналов уравнение измерения будет иметь вид /13/

- {WjJ/f^J,

где по , ~ абсолютные ЛП среды в вакуумируемой и контрольнс кюветах.

Осуществлен волновой анализ амплитудно-фазовых соотношение для одного типового оптического канала ЛИР /12/, в результате чего определен вид фазовых погрешностей преобразования и величины отношения сигнал-шум. Проведен анализ факторов, влияющих на точность измерения ЛИР и выявлен ряд наиболее существенных СПИ для трех оптических каналов. Эти СПИ представлены погрешнос тями, связанными с дифракционной расходимостью световых пучков, нестабильностью длины волны, иеидеальностыо вакуумирования, yrj выми смещениями и микродеформациями штока, нелинейностью харак' ристики III.!, шумовыми воздействиями лазера и электронных компош тов и т.д. Проведен подробный сравнительный анализ СПИ, по результатам которого с учетом конструктивных -требований осуществлен выбор основных параметров схемы ЛИР /12/. По результатам анализа разработана схема ЛИР для измерения абсолютных ПП жидкости в диапазоне значений от 1,1 до 2,0. По результатам анали рекомендовано использовать в схеме лазер одночастотного типа С' стабильной длиной волны излучения. Кроме того,для управления II рекомендовано использовать сигнал сетевого напряжения (Тм = = U0 мс) и ограничить диапазон перемещений штока расстояниями 50 мм, что позволяет использовать в механизме перемещений стан дарите микрометрические винты. Отмечается, что в отличие от ЛИГ /7/ в данном ЛИР но возникает необходимости использовать

при определении ДЧПИ принципа усреднения. Проведенный расчет точностных показателей для разработанной схемы ЛИР привел к значению основной погрешности измерения равному Ю-7. Рассмотрены возможности" по дальнейшему снижению величины основной погрешности, однако, отмечается, что, вследствие нестабильности длины волны излучения, оказывается затруднительным получить величину погрешности меньшей 5 • 10

В четвертой главе предложен ряд оригинальных, методов регистрации ИЛИ /10/. Предложенные методы направлены на повышение точности и достоверности измерений, а также на повышение показателей быстродействия.

Отмечается, что одним из основных факторов, влияющих на результирующую погрешность измерения в ЛИР является нестабильность амплитуды интерференционной модуляции Л^.. Поэтому в рамках одного из методов предлагается при регистрации ДТ1ПИ осуществлять автоподетройку амплитуды интерференционной модуляции по результатам периодического сопоставления временного интервала, соответствующего периоду сигнала фототока Тсф| и образцового интервала, соответствующего целому числу периодов генератора опорной частоты /3/. Осуществление автоподстрояки параметра Л/у при условии выполнения изначально соотношения ^ = 0

позволяет уменьшить соответствующую СПИ приблизительно на порядок. Альтернативный метод предусматривает в отсутствие автоподстройки определение всех параметров, входящих в соотношение для СПИ, и расчет поправки для параметра У в основном уравнении измерения /21/.

Другой подход при решении указанной проблем предполагает изменение сai.roго принципа определения ДЧПИ / /5,14/, которую предложено осуществлять по соотношению £ - (¿Т^ + Т2)/(2Тсф)— -0,25, гдеЛТ|,^Т2 - временные интервалы между моментом разрешения измерения и двумя характерными моменташ на очередном периоде сигнала фототока. Подобный подход был реализован в жидкостном ЛИР /12/ и позволил практически полностью исключить влияние нестабильности параметра Уц на результат измерения. Для случая одноканачьных схем ЛИР предложен ряд модификаций данного подхода /19,20/.

Еще одним существенным фактором, влияющим на результирующую погрешность измерения ЛИР, является воздействие шумовых сиг-

)

налов. Для снижения уровня воздействия предложено в начале и конце измерений проводить усреднение результатов по реализациям /15/. Подобный подход, который был реализован в газовом ЛИР /7/, позволил (при М^ = 100) на порядок уменьшить влияние шумов на регистрируемые значения ДЧПИ, однако, одновременно породил проблему, связанную с возникновением искажений результатов измерений при регистрации ЦПИ по методу "трех зон". Для устранения искажений был использован алгоритмический подход, предусматривавший осуществление коррекции и реализовывавшийся с помощью простой логической схемы /5/.

Отмечается также, что при регистрации ИПИ сбои могут возникать и в условиях использования метода реверсивного счета (с низкочастотной модуляцией). Появление сбоев связано в основном с флуктуациями параметров салю го ИМ и схемы управления, которые приводят к изменениям положений моментов фиксации ИПИ в конце каждого периода модуляции. Для целей выявления и компенсации подобных сбоев предложено использовать дополнительный оптический канал слежения за изменениями параметров ИГЛ и осуществлять коррекцию результатов измерений на основе данных, полученных в дополнительном канале /23,24/.

Одним из существенных недостатков известного метода "трех зон" является его ограниченное быстродействие, когда скорость ИПИ не может превышать уровня 0,3 порядка интерференции /Тм/. Подобное ограничение приводит к значительному увеличению времени регистрации ^рег ИПИ в ЛИР (до 30-100 минут при типовых значениях Тм = 20 мс и /К = 10^ порядков интерференции). Преодолеть этот недостаток позволяет использование адаптивного подхода, предусматривающего слежение за величиной скорости ИПИ У и изменение режима регистрации ИПИ - с модуляционного на безмодуляционный и наоборот - при достижении величиной скорости пороговых значений соответственно = 0,25/Тм и К, = 0,05/Тм /18/. Реализация подобного подхода позволяет более, чем на поря док повысить быстродействие и сократить время регистрации, веля чина которого в этом случае определяется по соотношению t рег = 26 №//1/2 /6/.

Аналогичная проблема с сокращением времени регистрации во; пикает и при использовании для целей регистрации ИПИ метода реверсивного счета с низкочастотной модуляцией. При реализации

этого метода регистрации в условиях превышения величиной скорости ИЛИ уровня 2 Агл/Тт.т следует изменять принцип регистрации, что [¡а практике оказывается достаточно затруднительным. Устранить возникшую' проблему оказывается возможным при использовании другого адаптивного подхода, также предусматривающего слежение за величиной скорости ИЛИ и изменение режимов регистрации при достижении уровней К|- 0,65 /Ум/Ттл и ^ = 0,40Жм/Тгл /22/. В этом злучае при типовых значениях Тм, N и ^ 3 время, регистрации Фактически не превышает 8 с. Значительное уменьшение времени регистрации, а, следовательно, и общего времени рефрактометричес-снх исследований позволяет повысить производительность ЛИР и шеньшить влияние на его схему внешних факторов (и на этой осно-!е добиться уменьшения дополнительных погрешностей измерения ЛИР).

В пятой главе рассмотрены вопроси практической реализации шработанных методов и средств лазерной рефрактометрии. Приводно описание изготовленного с учетом рекомендаций второй главы |Пытного образца газового ЛИР-рэяеевского типа. Описана конст->укция оптико-механической части Л1П5, в частности рассмотрен ;вухъярусный вариант крепления рефрактометра и лазера ЛГ-36, а ■акже способы крепления оптических элементов в корпусе рефракто-■етра. Подробно описана конструкция уголкового ИГЛ и исследованы го характеристики. Определен коэффициент преобразования ИЛ, ко-орый составил 20 В/А и исследован ого рабочий диапазон частот, оторый в условиях крепления груза массой 10 г составил не менее 00 Гц. Исследованы эффекты, связанные с влиянием гистерезиса и оказано, что величина гистерезиса для ИГЛ не превышает 8-10 В. писана конструкция узла растрового сопряжения, в котором растр ыполнялся фотографическим способом п единым для обоих оптических аналов. Для целей настройки нуля прибора использовалось споциаль-ое поворотное устройство, обеспечивавшее взаимные смещения раст-ов для обоих каналов".

Приведено описание схемы электронного блока ЛИР и методики астройки ЛИР в отсутствие криогенного блока кювет. В частности, аны рекомендации по выбору параметра А'у в соответствии с реко-зндациями второй главы и проверена правильность работы логпчес-эй схемы коррекции значений ДЧПИ в условиях усреднения. Продло-зно осуществлять предварительнуи настройку величины Ун на лгове измерения периода сигнала фототока на квазилинейном участ-з сигнала управления.

При различных температурах (15°-25°С) проведены экспериментальные исследования точностных показателей опытного образца ЛИР (в отсутствие блока кювет), которые организовывались путем одновременного создания адекватных ИЛИ в обоих каналах ЛИР. Проведенные экспериментальные исследования привели к следующим оценочным значениям для основной и дополнительной погрешностей измерения ЛИР: 5 • и 7 • 10~° /5°С.

Приведено описание изготовленного макета образца трехка-нального ЛИР жидкости, на который осуществлена разработка комплекта конструкторской документации (У651.0286), что позволяет провести его изготовление в производственных условиях. Приведено описание компоновки ЛИР и крепления основных компонентов схемы (лазер ЛШ-302, рефрактометр, механизм перемещения и оптических элементов. Более подробно описана схема самого рефрактометра, параметры которого выбирались в соответствии с рекомендациями третьей главы. Подробно описана конструкция дифференциального ИМ, выполненного на основе двух серийных пьезокорректоров КП-1 и экспериментально исследованы его характеристики (в составе ЛИР). Экспериментальным путем определена величина коэффициента преобразования, которая составила 20 В/А и в условиях крепления рамки массой 20 г исследованы его частотные характеристики, при этом рабочая полоса частот практически соответствовала полосе частот отдельного пьезокорректора (О - СО Гц). В процессе проведения исследований показано, что влиянием гистерезиса можно пренебречь, а величина угловых смещений светоделительной пластинки ИМ, возникающих вследствие неадекватности характеристик двух пьезокорректоров, не превышает 2".

Приведено описание схемы электронного блока ЛИР и определен порядок его настройки и приведена методика практических измерений ГШ жидкости. Описан способ задания параметра и даны рекомендации по правильному внделению квазилинейного рабочего интервала сигнала управления.

Проверка работоспособности опытного образца ЛИГ и экспериментальное определение его точностных показателей проводились при заполнении кювет ЛИР окружающим воздухом, перемещении подвижного штока на расстоянии 50 мм и сравнении результатов измерения для трех оптических каналов. Подобные исследования

опытного образца ЛИР, проведенные при различных комнатных температурах (15°-25°С), привели к определению следующих оценочных значений для основной и дополнительной погрешностей измерения ЛИР: 5 • 1(Г8 и 3 • Ю~8 /5°С.

В процессе выполнения диссертационной работы получены следующие результаты:

1. Разработан и исследован образец прецизионного ЛИР рэлеев-ского типа, предназначенный для измерения абсолютных ПИ газов:

а) разработана оптическая схема ЛИР, содержащая оригинальные уголковый ГШ, растровое сопряжение и средства фоторегистрации;

б) разработана схема, электронного блока ЛИР, позволяющая повысить точность и надежность регистрации ИЛИ в условиях осуществления интерференционной модуляции;

в) предложен и использован в процессе продолжительных измерений метод подстройки, позволяющий стабилизировать величину измерительной базы ЛИР;

г) исследованы характеристики 111,1 и растрового сопряжения и показано, что ИМ уголкового типа позволяет осуществлять модуляцию с амплитудой не менее 5 порядков интерференции при значениях управляющих напряжений не более 150 В (в полосе частот до

700 Гц) и что использование растрового сопряжения позволяет на порядок увеличить светосилу оптической схемы ЛИГ и повысить ее помехозащищенность;

д) исследованы характеристики рефрактометра, при этом оценочные значения для показателей воспроизводимости измерении оказались равным 6 • Ю~° и 8 • Ю-8 /5°С (без учета блока кювет).

2. Разработан и исследован образец прецизионного ЛИР/ предназначенного для измерения абсолютных ПП жидкости:

а) разработана оригинальная оптическая схема ЛИР, включающая три однотипных четырехпроходных оптических канала, расположенных оптимальным образом относительно подвижного штока, дифференциальный ИМ и средства фоторегистрации и характеризующаяся пониженной чувствительностью к угловым смещениям штока;

б) разработана, схема электронного блока ЛИР, позволяющая повысить точность и надежность регистрации ИЛИ;

в) исследованы характеристики ИМ дифференциального типа и показано, что в рамках данного ЛИР он обеспечивает осуществление

!

.модуляции с амплитудой не менее 25 порядков интсрференции(в полосе частот до 60 Рц при амплитуде управляющего сигнала не более 120 В);

г) исследованы характеристики рефрактометра, при этом оценочные значения для показателей воспроизводимости измерений оказались равными 7 . Ю-8 и 4 • 10 /5°С.

3. Выполнены теоретические исследования точностных показателей для ЛИР жидкости и газа:

а) проведен анализ амплитудно-фазовых соотношений для оптической схемы рефрактометра рэлеевского типа в условиях различной конфигурации полос в ИК и по результатам анализа определены основные фазовые составляющие погрешности преобразования и величина отношения сигнал-шум и даны рекомендации по выбору параметров растрового сопряжения;

б) осуществлен сравнительный анализ основных СПИ рэлеевского рефрактометра (как типа), осуществлен квазиоптимальный выбор его параметров и по результатам анализа сделан вывод о невозможности использования в схеме ЛИР серийного одночастотного лазера с малой мощностью излучения, отмечено, что в условиях использования одномодовых лазеров с иощностыо излучения более 10 мВт ЛИР обеспечивается возможность измерения абсолютных ПП газа с основной погрешностью не хуже 2 • 10(в диапазоне 1,00 -

- 1,01);

в) проведен анализ амплитудно-фазовых соотношений для одного оптического канала схемы ЛИР жидкости и по результатам анализа определены основные фазовые составляющие погрешности преобразования, величина отношения сигнал-шум и основные ограничения

на размеры кювет;

г) осуществлен сравнительный анализ СПИ для ЛИР жидкости (как типа) и по результатам анализа проведен квазиоптималышй выбор параметров его схемы; сделан вывод о необходимости использования в схеме ЛИР одночастотного лазера и показано, что в условия^ обеспечения стабильности длины волны излучения порядка 2 ' 10 значение основной погрешности измерения абсолютного ПП жидкости может быть обеспечено равным не более Ю-' (в диапазоне 1,1 - 2,0).

4. Предложен ряд новых методов регистрации ИЛИ:

а) предложен прецизионный метод измерения ДЧПИ с ■автопод-

стройкой амплитуды инторфюрЬнцпошюй модуляции, позволяет исключить влияние на результат нестабильности этого параметра и частоты опорного генератора;

б) предложен прецизионный метод измерения ДГД1Г1 с определением 3 характерных временных интервалов, позволяющий исключить влияние на результат случайных изменений постоянной составляющей сигнала фототока;

в) предложен надежны:'! метод измерения ДЧ1Ш с определением пяти характерных временных интервалов, позволяющий достоверно фиксировать малые значения ДТ1ПИ;

г) предложен надежны:! метод регистрации ц!Я1, позволяющий осуществлять коррекцию результата в условиях статистического усреднения п использования метода "трех зон";

д) предложен надежный метод регистрации ЦДЛ, позволяющий эсущоствлять коррекцию результатов в условиях использования метопа реверсивного счета и обеспечивающий исключение влияния сбоев, связанных с нестабильностью средств модуляции и фоторогистрации;

е) предложены адаптивные принципы регистрации ПШ1, ориентирующиеся на использование модуляционных и безмодуляциопных методов регистрации и позволяющие на одпн-два порядка повысить быстродействие интерференционных устройств при сохранении т;х высоко" сочности измерения.

5. Основные оригинальные методы и сродства измерения дове-1ены до уровня аппаратурной реализации:

а) метод измерения ДЧШ1 с автоподстройкой реализован в ЛИГ

■■аза;

б) метод измерения ДЧПП с определением трех характерных вре-генных интервалов реализован в ЛИР жидкости;

в) метод регистрации ЦШ1 с коррекцией в условиях усреднений юализован в ЛИР газа;

г) метод измерения Щ газа со стабилизацией'изморительной ¡азы использован при проведении измерений в ЛИР газа;

д) предложенный ИП уголкового типа использован в оптической хеме ЛИР газа;

е) предложенная чотырехпроходпая схема оптического канала спользована в ЛИР жидкости.

6. Использованы в процессе производства и научных исследова-ий следующие приборы:

а) образец ЛИР газа попользован на ка.ф. ТОТ МЭИ для целей проведения теплофизпчсских исследований;

б) образец ЧНГ жидкости планируется внедрить на заводе "Молния" для целей контроля технологических растворов.

7. Результаты работы отражены в 16 научных статьях, <1 научно-технических отчетах и 25 зарегистрированных изобретениях.

ПУ1ЖСЛЦПП ilO Tiï.E ДИССЕРТАЦИИ

1. .laiHoimo J.B. 1зчеритодьн1н преобразователь интерференционной картины. -В кн. Труди,М9И, вып. 122, с. 63-69, 1979.

2. Мпчонко J.j., Афанасьев 0.13. 'Лгпь'о-механачзскпй модулятор. -13 кн. 1;,ущ МОИ, 1979, в;ш. -134, с. 67-71.

о. Мчдонко J.B. Выбор амплитуды модуляции сцвига иитерф»зренци-оннол картины в цифровом лит.;рферометре. -л кн. Труды МЭИ, 1081, .зип. 533, с. 67-71.

4. Ми.ценко J.B. Анализ фазовых иогрзшосий в лмззрном автома-тччзском ре^октонотрз. -"змеритоиьная техника, 1083, .'!? 6, г:< -12-15.

5. .'п.и-ко J.13. Методы повыдзнпя точности измерения дробной части чптогфорзншюнной полосы. -Метрология, 1986, J* 6, с.19-25

6. !.1ш1 «ко J.B. .'даптивнпч метод, повышения быстродействия лазерных :гнторфср-.;-тшошш'.: р^.рактоштров. -Измерительная техника 1989, Г 7, с.24-27.

7. М'-щ-знко Ля-з ляшЛ шт>р1ор.лтиошш8 реТрэктометр газа рэлеевского типа. - Эмеритальная тзх'-нка, Г."-92, ß 9, с.16-18

8. .¡шцшко .9.3., Гтпгкоипчюо L.J. Методы и средства лазерной . интерференционной р-Лркто:-ютрчи. -'п: юритолышя техника, 1993, 3, i;.I7-2I.

9. Мп-О'пко J.3. Лотоди регистрации изменений порядка интерферен цпи п двухлучевнх л.т.»ершк ! -;1рактом.;трзх. -Деп. в В!Ш, Г.'., 1989, 1г Д07688.

10.Мин -.¡по J.3. .1oi:'î кал*» точности ■; падз"'ности илтзрферепшгон-штх ичморошп. -дон. в 3!Ш, 1.1., 1991, J5 Д08417.

11.mtï.'V.ii'to J.3. iioi ;ui\'Hiïg бчетрод.Пствия я достоверности при дздери^пнх лазерными пнтор^! опционны, ш рефрактометрами. -M ;;--oi цтз тьнчг техника, 1992, !" 7, с.17-18.

12..¡ч I -ч-.-о .J.3., 1 а кенчч >« Б.О. лк-мпч погрошюстбЙ трехканаль лого «.горного ::,;,JvpToi епн'юнчого р.^рактометрл жидкости, -"ч -ср»т *т чсл:пп, 1999, Г 5, о.29-22.

13. A.c. II03I22. лпто'лчтичсски-! пнтерЬерэнцпоншы рефрактометр/Гришин В.II., Мищэнко iO.B., приоритет от 26.01.82, Бол. нзобрет. 25 от 15.07.84.

14. Л.с. tf 1237908. Устролстго для измерения перемещешш/Мп^зн-ко J.B., приоритет от 05.03.84, ]9ол. изобрет. JD 22 от Ij.0G.86.

15. A.c. й 1267868. УстроЛство регистрации изменений порядка ¡штерморопции/Дпцопго , прпорптзт от 05.03.84, 1986, ДСП.

16. A.c. Г 1322790. '.¡нтерфорзициошюЗ способ чзмерзшл показателя преломления/1,1:шюнт;о J.B., приоритет от 07.06.83, 1987, ДОП.

17. д.с. I3967I7. Фотоэлектрически"'! интерферометр л,ля измерения перзме1Ц01шП/',1;1;!1Э]!:;0 J.L., приоритет от I3.08.C5, 1986, ДСП.

18. Л.о. ß III0847. Способ регистрации из1.юпениП порядка :;н-гор1 вреищшДйвдеико П.В., Гртиш B.II., приоритет от I3.C6.8G, 1988, ДСП.

19. A.c. .'г I23I9B7. Интерференционное устройство для измерения дисперсии гещэства/Ннщeirro J.B., ирпорптэт от 12.09.06, 1988, ДСП.

20. A.c. # 1383373. "нтерХ-ерометр с регистрацией дробног1 чисти лнтер|з'рсшБ:ошю1 полоси/Ыпценко W.B., приоритет от -13.06.87, 1989, ДСП.

21. A.c. .1," I773I56. Способ измерения дробно'! части ¡юридка ип-торГеретшпЛЬадзнпо D.B., и; поепт-зт от 09. 97.90, Г992, дСП.

22. A.c. 15616II. Способ регистрации порядка интерференции/ .'."иценко .J.3., Гри 1!Ш В.П., ирцоп'дтот от 13.06.88, 1990, ДСП.

23. A.c. IG 10847. IIit*iорТорошитоииое устройство да намерения 11ореме!цо!П-1й/..1И',.ош:о 19.В., 7';иг ;евнч ic B.C., щ иорлт jt от 13.01.89, 1990, ДСП.

24. A.c. I* 1725633. HiiTiipiopoiiiiiioHi;u!i автоматический рофракто--мзтр/йилонко D.3., Петухов В. Г., Дрияткин С.А., приоритет от 09.07.90, 1991, ДСП.