Приборы и методы измерений

Компактные регенеративные усилители чирпированных импульсов с диодной накачкой, обеспечивающие частоту повторения усиленных импульсов в сотни килогерц, построенные на материалах, легированных ионами Yb3+, представляют практический интерес для широкого ряда научных, промышленных и биомедицинских применений. Целью данной работы являлось исследование регенеративного усилителя на кристалле Yb3+:LuAlO3 с усилением отдельных спектральных компонент импульсов задающего лазера.Кристаллы алюминатов со структурой перовскита обладают уникальными спектроскопическими свойствами, что позволяет использовать спектр усиления активной среды регенеративного усилителя в качестве амплитудного фильтра и усиливать отдельные участки спектра импульсов задающего лазера без каких-либо дополнительных оптических компонентов.В данной работе впервые исследован простой подход, позволяющий использовать спектр усиления активной среды регенеративного усилителя как амплитудный фильтр для формирования спектра усиленного импульса в виде спектра состоящего из отдельных полос. Максимальная средняя выходная мощность 5,4 Вт (3,8 Вт после компрессора) с оптической эффективностью 22,5 % получена для поляризации излучения параллельной оси b кристалла Yb:LuAP при частоте следования импульсов 200 кГц. Длительность сжатых импульсов составила 708 фс при учете влияния всех спектральных компонент, и 643 фс и 536 фс отдельно для спектральных компонент с центральными длинами волн 1018,3 нм и 1041,1 нм. Проведённые исследования показывают высокий потенциал использования кристалла Yb3+:LuAP в качестве активного элемента компактных регенеративных усилителей чирпированных импульсов с диодной накачкой.

Ключевые слова

В настоящие время проблема поиска и проектирования новых схемных решений зеркальных систем, включая афокальные, остается актуальной. Широкое применение зеркальных систем в астрономии, спектральных приборах, лазерном оборудовании и других приложениях обусловлено некоторыми их достоинствами: высоким разрешением в широком спектральном диапазоне, отсутствием дефектов изображения, возникающих из-за хроматических аберраций и ограничений по апертуре, связанных с размерами заготовок, выигрыш по весу. Целью данной работы являлось создание компактных афокальных зеркальных систем с малыми осевыми габаритами.Представлены схемы конструкций афокальных зеркальных систем из трех параболических зеркал с малыми осевыми габаритами. Проведено исследование афокальных систем, в которых относительное отверстие первичного зеркала, определяющее диаметр апертурной диафрагмы, оптимизировано с целью создания более компактной системы.Предложен алгоритм параметрического расчета новых композиций с коррекцией кривизны изображения. Дана сводка формул основных конструктивных параметров системы, и рассчитаны различные варианты конструктивного решения для углового поля зрения 2ω = 20ˈ, диаметров входного зрачка D = 35 мм и D = 70 мм.Проведено численное моделирование в программных средах Opal, Zemax и Code V. Разработанные системы имеют хорошие коррекционные возможности для заданных оптических характеристик: в диаграммах волнового фронта значения величин радиального размера пятна рассеяния не превышают 1,35 мкм; радиус GEO (величина расстояния от опорной точки) – 0,105 мкм; вместе со значениями размера диска Эйри около 9,16 мкм, карта волнового фронта на плоскости изображения показывает информацию о среднеквадратичной ошибке. Все это указывает на то, что изображения близки к дифракционным.Рассчитанные системы могут быть успешно применены в составных зеркальных системах в качестве насадок к регистрирующим объективам, работающим в различных областях спектра (особенно в ИК диапазоне), а также в системах с синтезированной апертурой.

Ключевые слова

Для эффективного применения диэлектрометрических сенсоров большое значение имеет оптимизация конструктивных параметров сенсоров, таких как глубина проникновения электромагнитного поля, величина сигнала сенсора. Цель работы заключалась в построении математической модели сенсора с открытой областью пространства и расчёте его параметров.Представлены результаты расчёта основных параметров сенсора открытого пространства. Для численного 2D моделирования использованы методы интегральных уравнений и зеркальных отображений. Поверхность каждого электрода рассматривалась в виде двух параллельных ламелей. Такой подход упростил процедуру численного решения двухмерной задачи. Он позволяет выполнять расчёт электрических полей плоских слоистых сред с меньшими временными затратами, с использованием менее мощных компьютеров. Программа численных расчётов реализована в MAPLE.Проверка адекватности программы осуществлялась для сенсора, выполненного на одностороннем фольгированном тефлоне (ε1 = 2,3) толщиной b = 1,0 мм. Для сенсора выполнен расчёт электрического поля в трёхслойной среде. Расчётная картина поля показала неоднородность распределения силовых линий. Установлено, что глубина зоны контроля не зависит от металлизации поверхности сенсоров. Глубина зоны контроля для сенсора открытого типа лежит в том же диапазоне, что и глубина зоны контроля для плоских накладных измерительных конденсаторов – аналог fringing electric field (FEF) sensors (сенсоров окаймляющего электрического поля).Созданная модель позволяет проводить обоснованный выбор конструкции и параметров электроёмкостного сенсора открытого типа, определять метрологические характеристики измерительного устройства, решать вопрос технической осуществимости поставленной задачи.

Ключевые слова

Одним из важнейших параметров мощных гидрогенераторов является воздушный зазор между ротором и статором, и его отклонение от заданных норм является дефектом, который может привести к серьёзным авариям. Поэтому величину и форму зазора необходимо контролировать как во время осмотров, так и при эксплуатации машины. Целью данной работы являлась разработка вторичного измерительного преобразователя, обеспечивающего точность и разрешающую способность, для ёмкостного сенсора зазора, образованного компланарными параллельными электродами.Рассматриваются особенности измерения воздушного зазора в мощных гидрогенераторах, а также существующие современные методы и средства измерений. Показано, что для измерения зазора в гидрогенераторах одним из наиболее подходящих средств является измеритель, в состав которого входит ёмкостный сенсор, устанавливаемый на расточке сердечника статора. Серийно выпускаемые измерители зазора с ёмкостными сенсорами по своим некоторым характеристикам не всегда подходят для использования в гидрогенераторах.Предложен вторичный измерительный преобразователь с улучшенными характеристиками для ёмкостного сенсора зазора, образованного компланарными параллельными электродами.Преобразователь разработан на основе уравновешенной компенсационно-мостовой измерительной цепи с формированием управляющего воздействия по фазе сигнала неравновесия. Приведена структурная схема преобразователя и описан алгоритм её работы. Рассмотрен процесс формирования в схеме измерительного выходного сигнала, пропорционального рабочей ёмкости сенсора.Применение ёмкостного сенсора с компланарными параллельными электродами и предложенного вторичного измерительного преобразователя позволит обеспечить высокую точность и разрешающую способность при измерении воздушного зазора.

Ключевые слова

Компьютерное моделирование находит широкое применение в разработке и оптимизации мощных источников отрицательных ионов для будущих термоядерных реакторов, в частности, ITER. Целью настоящей работы являлось изучение изменений качества генерируемого пучка (характеризуемого параметрами эмиттанса и яркости) в зависимости от геометрии вытяжной системы и выходного напряжения.Для моделирования извлечения ионов Hи электронов из плазменной камеры источника ионов через канал со скошенной поверхностью использовался двумерный метод частиц в ячейке (PIC). Среднеквадратическое значение эмиттанса извлечённого пучка рассчитывалось на основе подхода Часмана и Лапостолле. Дополнительно приводятся ионно-лучевые фазовые пространственные изображения ионного пучка.Рост эмиттанса ионного (электронного) пучка наблюдался при увеличении как радиуса вытяжного канала, так и наклона его скошенной поверхности. Данное ухудшение качества пучка частично компенсируется увеличением ионным током H-. С другой стороны, увеличение длины вытяжного канала повышает качество пучка.Показано, что в случае большей ширины вытяжного канала пучок ионов Hвключает в себя две составляющих, исходящих из двух различных областей камеры. Из результатов расчёта яркости пучка следует, что оптимальный угол наклона стенки канала для рассматриваемого случая составляет 26o. Уменьшение эмиттанса пучка достигает насыщения при бόльших значениях длины канала. В рассмотренном случае оптимальная длина канала составила h = 1,7 мм. Эволюция эмиттанса и яркости ионного пучка показывает, что наилучшее качество пучка достигается при выходных напряжениях от 0,5 кВ до 2 кВ.

Рассмотрены конструктивные параметры и свойства чувствительных материалов, влияющие на время отклика ёмкостных датчиков влажности на основе полимеров. Выполнен краткий обзор и анализ способов определения динамических характеристик ёмкостных датчиков влажности в технической документации ведущих производителей, представленных на рынке.Приведено описание схемы и работы экспериментальной установки для определения динамических характеристик ёмкостных датчиков влажности при различных значениях температуры влажного воздуха. Динамические характеристики ёмкостных датчиков влажности на основе полимеров определялись в виде отклика выходного сигнала при ступенчатом изменении влажности как с положительным, так и с отрицательным шагом. Времена отклика и восстановления, а также постоянные времени для экспоненциальной аппроксимации отклика на ступенчатое воздействие, определялись на основе результатов измерений графически либо аналитически.Проанализированы изменения указанных параметров в пределах температур от – 30 °С до + 20 °С при атмосферном давлении. Приведены примеры полученных переходных характеристик, проиллюстрирован графический метод определения времён отклика и восстановления. Представлены графики зависимости времён отклика и восстановления, а также постоянных времени, от температуры. Предложены возможные объяснения полученных результатов.

Ключевые слова

Рассмотрены особенности эффективного применения комбинированного подхода к оцениванию неопределённости результатов измерений. Целью данной работы являлось обоснование и развитие новых наукоёмких подходов по достижению максимальной эффективности измерений по критерию «точность/трудоёмкость» при заданной степени доверия.Теоретически обоснована корректность комбинированного подхода к оцениванию неопределённости результатов измерений. Предложено процесс измерения условно делить на фрагменты – объекты комбинирования, каждый из которых следует рассматривать как самостоятельный элемент оценивания. Установлено, что объекты комбинирования могут быть сформированы путём группирования либо отдельных компонентов (ресурсов) процесса измерений, либо отдельных этапов процесса измерений.Корректность такого подхода обоснована применением «ресурсного» и «процессного» подходов к идентификации влияющих на неопределённость результата измерений. Приведены рекомендации по выбору модельного или эмпирического подходов для оценивания частных вкладов объектов комбинирования различного типа в суммарную неопределённость конечного результата измерений. Для повышения достоверности эмпирического подхода сформулирован критерий достаточности исследования неопределённости метода измерений. Оценивание суммарной неопределённости конечного результата измерений рекомендовано производить путём комплексирования оценок частных суммарных неопределённостей результатов всех фрагментов по закону распространения неопределённостей.Выделены два типичных случая эффективного применения комбинированного подхода к оцениванию неопределённости результатов измерений: метод прямых измерений и метод косвенных измерений. Рассмотрены особенности эффективного применения комбинированного подхода для обеих ситуаций на конкретных примерах. Особое внимание уделено применению комбинированного подхода для оценивания неопределённости результатов испытаний. В отличие от процесса измерений, реализуемого в нормальных условиях, в процесс испытаний вовлечены дополнительные факторы внешних воздействий, определённые условиями испытаний.

Ключевые слова

Приёмные модули однофотонных систем связи при измерении маломощных оптических сигналов должны обеспечивать наименьшие потери передаваемой информации. В этой связи целесообразно использовать счётчики фотонов, которые являются высокочувствительными, однако характеризуются ошибками регистрации данных. Цель работы – разработать методику определения интенсивности регистрируемого оптического излучения в канале однофотонной связи с приёмным модулем на основе счётчика фотонов, позволяющую уменьшить вероятность ошибочной регистрации передаваемых двоичных символов.Разработаны методика снижения потерь информации в асинхронном двоичном однофотонном канале связи с приёмником на основе счётчика фотонов и устройство, её реализующее. Данная методика основана на использовании статистических распределений смеси числа темновых и сигнальных импульсов, полученных на выходе счётчика фотонов при регистрации двоичных символов «0» Pst 0 (N) и «1» Pst 1 (N). Сущность методики заключается в определении интенсивностей оптических сигналов для передачи двоичных символов («0» и «1») и пороговых уровней N1 и N2 импульсов, зарегистрированных на выходе счетчика фотонов. Методика позволяет определить нижний и верхний пороговые уровни зарегистрированных импульсов, а также интенсивности оптических сигналов при передаче двоичных символов, обеспечивающие уменьшение вероятности ошибочной регистрации двоичных данных.

Ключевые слова