Способ поэлементной калибровки оптического измерителя линейных размеров

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для калибровки оптического измерителя линейных размеров. Согласно заявленному способу калибровку осуществляют с помощью непрозрачного стержня круглого поперечного сечения, который горизонтально перемещают через оптический канал перпендикулярно к направлению светового потока с сохранением ортогональности оси стержня относительно плоскости оптического канала на всем пути стержня, при этом эффективный размер каждого светочувствительного элемента определяют с помощью выражения:

,

где d - диаметр стержня [мм], kij - значение из массива калибровочных данных, i - индекс, соответствующий номеру светочувствительного элемента, j - индекс, соответствующий номеру измерения. Технический результат – снижение погрешности измерения, вызванной неоднородностью светового потока, и устранение зависимости величины этой погрешности от размеров эталонного объекта. 2 ил.

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике.

Предлагаемый способ может быть использован для точной калибровки оптических измерителей линейных размеров, реализованных на основе линейного массива светочувствительных элементов (линейного сенсора), в частности для калибровки оптических измерителей осадков.

Известны способы калибровки, когда для определения калибровочных характеристик оптических измерителей линейных размеров применяли шары определенного диаметра [1, 2], либо непрозрачные диски различного диаметра [3], либо, искусственно получаемые капли известного размера [4].

Общий недостаток приведенных способов заключается в трудоемкости выполнения калибровки, обусловленной необходимостью проведения большого количества измерений.

Из известных способов калибровки наиболее близким к предлагаемому является способ калибровки оптического измерителя осадков [5]. Способ заключается в получении поправок, вычисляемых при сравнении измеренных линейных размеров эталонного объекта (цилиндрического стержня) в условно выделенных участках оптического канала прибора и истинного значения размера этого объекта (диаметра стержня).

Для осуществления известного способа поперечное сечение оптического канала прибора условно разбивают по ширине на участки, в каждом из которых может быть затенено известное количество светочувствительных элементов линейного сенсора. Далее стержень круглого поперечного сечения горизонтально перемещают через оптический канал перпендикулярно к направлению светового потока, после чего рассчитывают значения поправки для каждого из выделенных участков исходя из сопоставления среднего измеренного диаметра стержня, полученного при перемещении в соответствующем участке, с реальным размером.

Основным недостатком данного способа калибровки является возникновение погрешности измерений, вызванной двумя факторами: во-первых - тем, что полученные значения поправок считаются постоянными в пределах выделенных участков оптического канала, во-вторых - тем, что процедура калибровки эталонными объектами определенного размера обеспечивает приемлемую точность определения размеров объектов только в узком диапазоне размеров, близких к размеру эталонного объекта (например, процедура калибровки оптического осадкомера объектом с размером 5 мм не обеспечивает достаточной точности определения размеров малых частиц осадков - до 2 мм и менее, и крупных частиц - 7 мм и более [2]).

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является получение эффективного размера каждого светочувствительного элемента линейного сенсора - характеристики, соответствующей линейному размеру участка тени, попадающего на данный светочувствительный элемент. При этом сумма эффективных размеров всех элементов, составляющих конкретное теневое изображение, должна с высокой точностью совпадать с реальным размером создавшего это теневое изображение эталонного объекта.

Технический результат - снижение погрешности измерения, вызванной неоднородностью светового потока, и устранение зависимости величины этой погрешности от размеров эталонного объекта.

Технический результат достигается тем, что для калибровки оптического измерителя размеров осуществляют измерение линейных размеров теней непрозрачного стержня круглого поперечного сечения, который горизонтально перемещают через оптический канал перпендикулярно к направлению светового потока с сохранением ортогональности оси стержня относительно плоскости оптического канала на всем пути стержня, а затем на основании анализа количества и положения затененных элементов сопоставляют размер тени с диаметром стержня.

В отличие от известного технического решения, в предлагаемом способе для анализа формируют двумерный массив калибровочных данных из единиц и нулей, соответствующих затененным и незатененным светочувствительным элементам линейного сенсора, столбцы i соответствуют порядковым номерам светочувствительных элементов, строки j - индекс номера измерения, осуществляемого при смещении начала и/или конца тени на один светочувствительный элемент. Для получения эффективного размера светочувствительного элемента нужно сначала вычислить среднее значение размера элемента для каждого теневого изображения (строки), в формировании которого участвует данный светочувствительный элемент, а затем провести усреднение по всем этим теневым изображениям (строкам).

Среднее значение размера светочувствительного элемента в теневом изображении (строке) j вычисляется по формуле:

где d - диаметр стержня [мм]; kij - значение из массива калибровочных данных; i - индекс, соответствующий номеру светочувствительного элемента, j - индекс, соответствующий номеру измерения.

Дальнейшее усреднение значений по теневым изображениям (столбцам) производится по формуле:

Таким образом:

В результате, после осуществления калибровки, результат измерения объекта dиз будет рассчитываться по формуле:

где m и n порядковые номера светочувствительных элементов начала и конца тени, соответственно. Таким образом, сумма эффективных размеров dиз всех элементов, составляющих конкретное теневое изображение, должна с высокой точностью совпадать с реальным размером создавшего это изображение эталонного объекта.

Данный результат достигается за счет точного определения вклада каждого светочувствительного элемента в размер формируемой тени с учетом неоднородности светового потока. Высокая точность определения эффективного размера элемента в свою очередь достигается за счет вычисления среднего размера светочувствительного элемента в каждом теневом изображении, полученном при перемещении эталонного объекта в процессе калибровки и дальнейшем усреднении этой величины по всем теневым изображениям, в формировании которых принимал участие данный светочувствительный элемент.

Пример реализации способа поясняется рисунками.

На фиг. 1 показано вертикальное сечение оптического канала и положение стержня 1 относительно светового потока 2 и линейного сенсора 3. В момент времени t0 стержень находится вне оптического канала, поэтому световой поток беспрепятственно достигает всех светочувствительных элементов линейного сенсора. Процесс калибровки начинается в момент времени t1, когда тень от стержня имеет максимальный размер и при этом затеняет первый светочувствительный элемент линейного сенсора. Процесс калибровки считается завершенным, когда зарегистрировано затенение последнего элемента сенсора (ts). В процессе перемещения стержня фиксируется два параметра: изменение общего количества затененных элементов линейного сенсора и регистрируются их порядковые номера. Эти параметры формируют массив калибровочных данных. В общем случае, при движении стержня слева направо увеличение количества освещенных элементов слева от стержня, например на единицу, сопровождается сдвигом тени на один элемент с сохранением количества затененных элементов, как показано на фиг. 1 в промежуток времени t1-t2. Однако в силу влияния неоднородности светового потока размер тени (соответственно и количество затененных элементов) при дальнейшем перемещении стержня может меняться.

Для иллюстрации рассмотрим калибровку оптического измерителя размеров с линейным сенсором, состоящим из 18-ти светочувствительных элементов с горизонтальным размером 0,25 мм каждый, калибруемого стержнем с диаметром d=2 мм. На фиг. 2 представлен пример массива калибровочных данных, где единицами и нулями обозначены, соответственно, затененные и незатененные светочувствительные элементы линейного сенсора, столбцы i соответствуют порядковым номерам светочувствительных элементов, строки j - индекс номера измерения, осуществляемого при смещении начала и/или конца тени на один светочувствительный элемент. Пусть при перемещении стержня происходит затенение от 7 до 9 светочувствительных элементов (см. значение ), тогда каждый светочувствительный элемент дает вклад в формирование от 1 до 8 теневых изображений (см. значение ). Для получения эффективного размера светочувствительного элемента светочувствительного элемента нужно сначала вычислить среднее значение размера элемента для каждого изображения (строки), в формировании которого участвует данный светочувствительный элемент, а затем провести усреднение по всем этим теневым изображениям (строкам). Таким образом эффективный размер i-го элемента будет равен:

Вычисленные значения эффективного размера для каждого светочувствительного элемента представлены в нижней строке таблицы. Видно, что значения эффективных размеров близки к горизонтальному размеру светочувствительного элемента, но не совпадают с ним, что отражает результат процесса калибровки, призванного повысить точность совпадения измеряемой величины с реальным размером создавшего теневое изображение эталонного объекта.

Литература:

1. Kruger A., Krajewski W.F. Two-Dimensional Video Disdrometer: A Description // J. Atmos. Ocean. Technol. 2002. V. 19. P. 602-617.

2. Азбукин А.А., Кальчихин В.В., Кобзев А.А., Корольков В.А., Тихомиров А.А. Определение калибровочных характеристик оптико-электронного измерителя атмосферных осадков // Оптика атмосферы и океана. 2014. Т. 27. №05. С. 449-455.

3. Barthazy E., Goke S., Schefold R., Hogl D. An Optical Array Instrument for Shape and Fall Velocity Measurements of Hydrometeors // J. Atmos. Ocean. Technol. 2004. V. 21. P. 1400-1416.

4. Глущенко А.С. Исследование оптических свойств дождевых капель и разработка измерительных средств дистанционного определения микроструктуры осадков: Автореф. дис. канд. тех. наук. М.: МГАПИ, 2005. 143 с.

5. Пат. 2617033 РФ. МПК G01W 1/14. Способ калибровки оптического измерителя осадков / Азбукин А.А. Кальчихин В.В., Корольков В.А., Тихомиров А.А.; заявитель и патентообладатель Ин-т мониторинга климатических и экологических систем; Сибаналитприбор. - №2016108180; заявл. 09.03.2016; опубл. 19.04.2017, Бюл. №8.

Способ калибровки оптического измерителя линейных размеров объектов, по которому непрозрачный стержень круглого сечения горизонтально перемещают через оптический канал перпендикулярно к направлению светового потока с сохранением ортогональности оси стержня относительно плоскости оптического канала на всем пути стержня, а затем, на основании анализа количества затененных элементов и их положения, сопоставляют размер тени с диаметром стержня, отличающийся тем, что для получения эффективного размера каждого светочувствительного элемента формируют двумерный массив калибровочных данных из единиц и нулей, соответствующих затененным и незатененным светочувствительным элементам линейного сенсора, далее вычисляют среднее значение размера элемента для каждого теневого изображения (строки), в формировании которого участвует данный светочувствительный элемент, а затем проводят усреднение по всем этим теневым изображениям (строкам) и определяют эффективный размер каждого светочувствительного элемента с помощью выражения:

,

где d - диаметр стержня [мм], kij - значение из массива калибровочных данных, i - индекс, соответствующий номеру светочувствительного элемента, j - индекс, соответствующий номеру измерения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для регистрации количества и интенсивности выпадающих в жидком состоянии атмосферных осадков. Сущность: плювиограф содержит установленный под заданным углом к горизонту плоский осадкосборник (1), под стоком которого размещен желоб (2).

Изобретение относится к устройствам для дифференцированного сбора атмосферных осадков. Сущность: устройство содержит защитный корпус (1) цилиндрической формы с открытыми верхней и нижней частями.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения интенсивности и количества дождевых осадков в приземном слое атмосферы. Сущность: в период выпадения дождевых осадков производят непрерывные измерения плотности потока бета-излучения на некоторой высоте от земной поверхности.

Изобретение относится к устройствам для измерения количества атмосферных осадков и может быть использовано для предупреждения быстроразвивающихся чрезвычайных ситуаций.

Изобретение относится к области авиации, в частности к системам, обеспечивающим безопасность полетов. Устройство для оценки вероятности обледенения двигателей включает в себя модуль оценивания, который оценивает вероятность события обледенения двигателей с образованием кристаллов льда на основе спутниковых данных инфракрасного диапазона, цифровых данных прогнозирования погоды и эмпирических данных, соответствующих по меньшей мере одному фактическому событию обледенения двигателей с образованием кристаллов льда.

Изобретение относится к способам контроля за состоянием и динамикой атмосферы, интегральных характеристик осадков, а именно к определению интенсивности дождевых осадков в приземном слое атмосферы по измеренной мощности дозы гамма-излучения.

Изобретение относится к области метеорологического приборостроения и может быть использовано для анализа снегонакопления на лавиноопасных участках. Сущность: анализатор снегонакопления включает в себя ряд опорных конструкций и принимающую плату (1) обработки и анализа данных, общую для всех опорных конструкций.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для оценки интенсивности дождя над территориями океана, свободными ото льда. Сущность: получают значения радиояркостных температур по четырем радиометрическим каналам, имеющим частоты 6.9 ГГц горизонтальной поляризации и 6.9 ГГц вертикальной поляризации, 7.3 ГГц горизонтальной поляризации и 7.3 ГГц вертикальной поляризации, 10.65 ГГц горизонтальной поляризации и 10.65 ГГц вертикальной поляризации.

Изобретение относится к области лабораторного оборудования, используемого при изучении процессов капельно-дождевой эрозии почв, и может быть использовано при исследовании почвенных образцов в процессе изучения протекающих эрозионных процессов.

Изобретение относится к устройствам для определения толщины снежного покрова и может быть использовано для оценки лавинной опасности и определения снегонакопления в горах.

Изобретение относится к способам контроля эргономических требований к рабочим местам операторов бронированных объектов и может быть использовано при проектировании и конструировании рабочих мест операторов в замкнутом объеме сложной геометрической формы.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается устройства для исследования толщины и диэлектрических свойств тонких пленок. Устройство включает в себя два лазера с различной длиной волны, делительный кубик, расширитель светового потока, линзу, два поляризатора, устройство нарушения полного внутреннего отражения, зеркало, фокусирующий объектив и светочувствительную матрицу.

Группа изобретений относится к системе поддержки водителя грузового автопоезда. Тягач грузового автопоезда имеет оптическое измерительное устройство, с помощью которого определяют положение отображаемой на передней, при рассматривании в продольном направлении (х) транспортного средства, торцевой поверхности прицепа/полуприцепа грузового автопоезда измерительной прямой.

Способ относится к бесконтактным оптическим методам исследования деформаций. Способ измерения деформаций заключается в том, что объект освещают когерентным светом, регистрируют спекл-фотографию объекта до и после его деформирования, сканируют полученную совмещенную спекл-фотографию и регистрируют муаровую картину, по которой определяют деформацию объекта.

Способ включает напыление путем электронно-лучевого испарения материала покрытия в вакууме и осаждения паров на поверхности подложки при вращении подложек механизмом с планетарной передачей.

Группа изобретений относится к диагностике состояния проводной контактной сети. Способ измерения параметров контактного провода заключается в следующем.

Оптическое измерительное устройство, содержащее первый лазерный модуль, формирующий первую световую линию на поверхности объекта контроля, видеокамеру и систему обработки, отличающееся тем, что в него введены второй и третий лазерные модули, формирующие на поверхности объекта контроля две параллельные световые линии, отстоящие друг от друга на заданном расстоянии и перпендикулярные первой световой линии, причём первый лазерный модуль установлен так, что плоскость его светового потока перпендикулярна поверхности объекта контроля, видеокамера установлена так, что её оптическая ось составляет с нормалью к поверхности объекта контроля заданный угол, а проекция оптической оси на поверхность объекта контроля параллельна световым линиям второго и третьего лазерных модулей и расположена посередине между ними.

Изобретение относится к области авиации, в частности к системам контроля и диагностики общесамолетных систем воздушных судов. Бортовая распределенная система контроля и диагностики утечек содержит по меньшей мере один волоконно-оптический датчик, блок-преобразователь, который содержит перестраиваемый эрбиевый волоконный лазер, блок коммуникации, блок термостабилизации, блок питания и плату обработки, которая состоит из по меньшей мере одного оптического разветвителя, фотоприемника, усилителя, аналого-цифрового преобразователя, программируемой логической интегральной схемы, центрального сигнального процессора.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения избыточной длины оптического волокна в модуле оптического кабеля. В способе измерения избыточной длины оптического волокна в модуле оптического кабеля измеряют и запоминают поляризационную характеристику обратного рассеяния оптического волокна, измеренную характеристику обратного рассеяния оптического волокна разбивают на одинаковые участки, для каждого k-того участка по этим характеристикам определяют оценку длины биений оптического волокна и рассчитывают избыточную длину оптического волокна в модуле оптического кабеля на k-том участке , при этом избыточную длину оптического волокна в модуле оптического кабеля рассчитывают по формуле: где rm - внутренний радиус модульной трубки;rF - внешний радиус оптического волокна по защитному покрытию;λ0 - длина волны, на которой измеряли поляризационные характеристики обратного рассеяния оптического волокна;LBk - оценка длины биений оптического волокна на k-том участке.

Изобретение относится к области машиностроения. Позиционирующее устройство для сборочной оснастки включает в себя переходной калибр, прилегающий плотно к установочному элементу сборочной оснастки в виде уха (2), расположенному в цилиндрическом элементе (3), прижимы (7) с пазами, планку (8) с пазом, уголок (9) и струбцину (10).

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения избыточной длины оптического волокна в модуле оптического кабеля. В способе измерения избыточной длины оптического волокна в модуле оптического кабеля измеряют и запоминают поляризационную характеристику обратного рассеяния оптического волокна, измеренную характеристику обратного рассеяния оптического волокна разбивают на одинаковые участки, для каждого k-того участка по этим характеристикам определяют оценку длины биений оптического волокна и рассчитывают избыточную длину оптического волокна в модуле оптического кабеля на k-том участке , при этом избыточную длину оптического волокна в модуле оптического кабеля рассчитывают по формуле: где rm - внутренний радиус модульной трубки;rF - внешний радиус оптического волокна по защитному покрытию;λ0 - длина волны, на которой измеряли поляризационные характеристики обратного рассеяния оптического волокна;LBk - оценка длины биений оптического волокна на k-том участке.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для калибровки оптического измерителя линейных размеров. Согласно заявленному способу калибровку осуществляют с помощью непрозрачного стержня круглого поперечного сечения, который горизонтально перемещают через оптический канал перпендикулярно к направлению светового потока с сохранением ортогональности оси стержня относительно плоскости оптического канала на всем пути стержня, при этом эффективный размер каждого светочувствительного элемента определяют с помощью выражения: ,где d - диаметр стержня [мм], kij - значение из массива калибровочных данных, i - индекс, соответствующий номеру светочувствительного элемента, j - индекс, соответствующий номеру измерения. Технический результат – снижение погрешности измерения, вызванной неоднородностью светового потока, и устранение зависимости величины этой погрешности от размеров эталонного объекта. 2 ил.

Наверх