Оценка погрешности линейных измерений с помощью интерферометра

Как видно из рисунка 14, минимальные значения достигаются при максимальной температуре и минимальном давлении, а максимальные – при минимальной температуре и максимальном давлении.Числовые значения погрешности измерений в зависимости от температуры и давления в помещении представлены в таблице 3.Таблица 3 – Числовые значения погрешности измерений в зависимости от температуры и давления в помещении15161718192021222324252627282930730-0,00189-0,00221-0,002527-0,002843-0,003155-0,003466-0,003774-0,00408-0,004384-0,004685-0,004985-0,005282-0,005577-0,00587-0,006161-0,00645731-0,001772-0,002093-0,002411-0,002726-0,003039-0,00335-0,003659-0,003965-0,004269-0,004571-0,004871-0,005169-0,005464-0,005758-0,006049-0,006338732-0,001655-0,001975-0,002294-0,00261-0,002923-0,003235-0,003544-0,003851-0,004155-0,004458-0,004758-0,005056-0,005352-0,005645-0,005937-0,006227733-0,001537-0,001858-0,002177-0,002493-0,002807-0,003119-0,003429-0,003736-0,004041-0,004344-0,004644-0,004943-0,005239-0,005533-0,005825-0,006115734-0,001419-0,001741-0,00206-0,002377-0,002691-0,003004-0,003314-0,003621-0,003927-0,00423-0,004531-0,00483-0,005126-0,005421-0,005713-0,006004735-0,001302-0,001624-0,001943-0,002261-0,002576-0,002888-0,003198-0,003507-0,003812-0,004116-0,004417-0,004717-0,005014-0,005309-0,005602-0,005892736-0,001184-0,001506-0,001827-0,002144-0,00246-0,002773-0,003083-0,003392-0,003698-0,004002-0,004304-0,004604-0,004901-0,005197-0,00549-0,005781737-0,001066-0,001389-0,00171-0,002028-0,002344-0,002657-0,002968-0,003277-0,003584-0,003888-0,00419-0,004491-0,004788-0,005084-0,005378-0,00567738-0,000949-0,001272-0,001593-0,001911-0,002228-0,002542-0,002853-0,003162-0,00347-0,003774-0,004077-0,004378-0,004676-0,004972-0,005266-0,005558739-0,000831-0,001155-0,001476-0,001795-0,002112-0,002426-0,002738-0,003048-0,003355-0,003661-0,003964-0,004264-0,004563-0,00486-0,005154-0,005447740-0,000713-0,001038-0,001359-0,001679-0,001996-0,002311-0,002623-0,002933-0,003241-0,003547-0,00385-0,004151-0,004451-0,004748-0,005042-0,005335741-0,000596-0,00092-0,001243-0,001562-0,00188-0,002195-0,002508-0,002818-0,003127-0,003433-0,003737-0,004038-0,004338-0,004635-0,004931-0,005224742-0,000478-0,000803-0,001126-0,001446-0,001764-0,002079-0,002393-0,002704-0,003012-0,003319-0,003623-0,003925-0,004225-0,004523-0,004819-0,005112743-0,00036-0,000686-0,001009-0,00133-0,001648-0,001964-0,002278-0,002589-0,002898-0,003205-0,00351-0,003812-0,004113-0,004411-0,004707-0,005001744-0,000243-0,000569-0,000892-0,001213-0,001532-0,001848-0,002163-0,002474-0,002784-0,003091-0,003396-0,003699-0,004-0,004299-0,004595-0,00489745-0,000125-0,000451-0,000775-0,001097-0,001416-0,001733-0,002047-0,00236-0,00267-0,002977-0,003283-0,003586-0,003887-0,004186-0,004483-0,004778746-7,21E-06-0,000334-0,000658-0,00098-0,0013-0,001617-0,001932-0,002245-0,002555-0,002864-0,00317-0,003473-0,003775-0,004074-0,004372-0,0046677470,0001105-0,000217-0,000542-0,000864-0,001184-0,001502-0,001817-0,00213-0,002441-0,00275-0,003056-0,00336-0,003662-0,003962-0,00426-0,0045557480,0002282-9,95E-05-0,000425-0,000748-0,001068-0,001386-0,001702-0,002016-0,002327-0,002636-0,002943-0,003247-0,00355-0,00385-0,004148-0,0044447490,00034581,77E-05-0,000308-0,000631-0,000952-0,001271-0,001587-0,001901-0,002213-0,002522-0,002829-0,003134-0,003437-0,003738-0,004036-0,0043327500,00046350,0001349-0,000191-0,000515-0,000836-0,001155-0,001472-0,001786-0,002098-0,002408-0,002716-0,003021-0,003324-0,003625-0,003924-0,0042217510,00058120,0002522-7,44E-05-0,000399-0,00072-0,00104-0,001357-0,001672-0,001984-0,002294-0,002602-0,002908-0,003212-0,003513-0,003812-0,004117520,00069890,00036944,243E-05-0,000282-0,000604-0,000924-0,001242-0,001557-0,00187-0,00218-0,002489-0,002795-0,003099-0,003401-0,003701-0,0039987530,00081660,00048670,0001592-0,000166-0,000488-0,000809-0,001127-0,001442-0,001756-0,002067-0,002375-0,002682-0,002986-0,003289-0,003589-0,0038877540,00093430,00060390,0002761-4,94E-05-0,000372-0,000693-0,001012-0,001328-0,001641-0,001953-0,002262-0,002569-0,002874-0,003176-0,003477-0,0037757550,0010520,00072120,00039296,697E-05-0,000257-0,000578-0,000896-0,001213-0,001527-0,001839-0,002149-0,002456-0,002761-0,003064-0,003365-0,0036647560,00116960,00083840,00050970,0001834-0,000141-0,000462-0,000781-0,001098-0,001413-0,001725-0,002035-0,002343-0,002648-0,002952-0,003253-0,0035527570,00128730,00095570,00062650,0002997-2,46E-05-0,000347-0,000666-0,000983-0,001298-0,001611-0,001922-0,00223-0,002536-0,00284-0,003141-0,0034417580,0014050,00107290,00074330,00041619,134E-05-0,000231-0,000551-0,000869-0,001184-0,001497-0,001808-0,002117-0,002423-0,002727-0,00303-0,0033297590,00152270,00119020,00086010,00053250,0002073-0,000116-0,000436-0,000754-0,00107-0,001383-0,001695-0,002004-0,002311-0,002615-0,002918-0,0032187600,00164040,00130740,00097690,00064890,00032320-0,000321-0,000639-0,000956-0,00127-0,001581-0,001891-0,002198-0,002503-0,002806-0,0031077610,00175810,00142470,00109370,00076530,00043920,0001155-0,000206-0,000525-0,000841-0,001156-0,001468-0,001778-0,002085-0,002391-0,002694-0,0029957620,00187580,00154190,00121060,00088160,00055520,0002311-9,07E-05-0,00041-0,000727-0,001042-0,001354-0,001665-0,001973-0,002279-0,002582-0,0028847630,00199350,00165920,00132740,0009980,00067110,00034662,444E-05-0,000295-0,000613-0,000928-0,001241-0,001552-0,00186-0,002166-0,00247-0,0027727640,00211110,00177640,00144420,00111440,00078710,00046210,0001395-0,000181-0,000499-0,000814-0,001127-0,001439-0,001747-0,002054-0,002359-0,0026617650,00222880,00189370,0015610,00123080,0009030,00057760,0002546-6,6E-05-0,000384-0,0007-0,001014-0,001326-0,001635-0,001942-0,002247-0,0025497660,00234650,00201090,00167780,00134720,0010190,00069320,00036984,869E-05-0,00027-0,000586-0,000901-0,001212-0,001522-0,00183-0,002135-0,0024387670,00246420,00212820,00179460,00146360,00113490,00080870,00048490,0001634-0,000156-0,000473-0,000787-0,001099-0,00141-0,001717-0,002023-0,0023277680,00258190,00224540,00191140,00157990,00125090,00092420,00060,0002781-4,15E-05-0,000359-0,000674-0,000986-0,001297-0,001605-0,001911-0,0022157690,00269960,00236270,00202830,00169630,00136680,00103980,00071510,00039287,278E-05-0,000245-0,00056-0,000873-0,001184-0,001493-0,001799-0,0021047700,00281730,00247990,00214510,00181270,00148280,00115530,00083020,00050740,000187-0,000131-0,000447-0,00076-0,001072-0,001381-0,001688-0,001992Из таблицы 3 следует, что наибольшая погрешность измерений равна 0,0064 мм, а минимальная – 0,0028 мм.Сравним с погрешностью самого прибора, рассчитываемой по формуле:.(8)Рассчитаем погрешность для наихудших параметров (n = 50, i = 0,0002 мм, Δλ = ±15 нм, λ = 555 нм):Следовательно, погрешность, вносимая температурой и давлением в помещении, одного порядка с погрешностью самого прибора.ЗАКЛЮЧЕНИЕВ первой главе работы было изучено явление интерференции, а также основные условия получения интерференционной картины, один из которых является когерентность интерферирующих пучков света.Рассмотрены основные способы получения когерентных источников освещения:с помощью зеркал,с помощью щелей,с помощью преломляющих тел.Представлены схемы наиболее распространенных интерферометров:интерферометр Майкельсона,интерферометр Жамена,интерферометр Маха-Цендера,интерферометр Фабри-Перо,интерферометр Рэлея,пластинка Люммера-Герке.В связи с тем, что в данной работе исследуются линейные измерения, в дальнейшем в работе рассмотрен интерферометр контактный вертикальный типа ИКПВ на основе схемы интерферометра Майкельсона.Во второй главе приведены основные параметры интерферометра контактного вертикального типа ИКПВ, а также методика проведения измерений с его помощью.Выявлены основные источники погрешностей:вибрация,изменение температуры,изменение давления,изменение влажности.Рассмотрены конструкционные и организационные меры по уменьшению влияния каждого из рассмотренных ранее источников погрешностей, в результате чего сделаны выводы о том, что производитель прибора предусмотрел достаточные конструкционные меры по предупреждению возникновения погрешностей вследствие влияния вибраций, а влияние влажности не столь существенно, чтобы стать источником ощутимых погрешностей.Следовательно, в дальнейшем при оценке погрешностей измерений будут учитываться два фактора:изменение температуры,изменение давления.В третьей главе проведена оценка погрешностей линейных измерений, которые могут возникать из-за изменения температуры и давления.Проведен расчет зависимости показателя преломления и погрешности измерений длины от температуры и давления.Сделаны выводы о возможных предельных значениях температуры и давления, при которых погрешности измерений не превышают заданных значений.Таким образов, в процессе выполнения работы решены следующие задачи:изучены явления, на которых основана работа интерферометра,проведен сбор информации о возможных видах интерферометров и выбран прибор, который подходит для проведения линейных измерений,рассмотрена методика проведения измерений с помощью выбранного интерферометра,выявлены источники возникновения погрешностей при проведении измерений с помощью выбранного интерферометра,выявлены способы уменьшения влияния источников возникновения погрешностей на результат измерений,проведена оценка влияния рассмотренных источников погрешностей на работу конкретного прибора,сделаны выводы о возможности применения данного прибора в условиях, отличающихся от нормальных.В результате выполнения работы достигнута её основная цель – проведена оценка погрешностей линейных измерений с помощью интерферометра для различных условий окружающей среды.Список литературыСавельев И.В. Курс общей физики, т. 2, М., 1982.Ландсберг Г.С. Оптика, М., 1976.Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика, т.4, М., 1985.Михалев А.С. Одновременное определение размеров и скоростей одиночных капель воды лазерным интерференционным методом. Девятая международная научно-техническая конференция «Оптические методы исследования потоков». М.: МЭИ, 2007. С. 502— 505.Михалев A.C., Ринкевичюс Б.С., Скорнякова Н.М. Лазерный интерференционный метод определения параметров пузырьков газа.Майкельсон А.А. Исследования по оптике. М. - Л., 1928.Голин Г.М., Филонович С.Р. Классики физической науки. М.: Высш. шк., 1989. - 576 с.Захарьевский А.Н. «Интерферометры» 1952.Оптика 5 изд. 1976 (общий курс физики)Коломийцев Ю.В. «Интерферометры», Л., 1976Жакино П., Последние достижения интерференционной спектроскопии, «Успехи физических наук», 1962Ландсберг Г. С., Оптика, 4 изд., M., 1957 (Общий курс физики, т. 3)Физика. Большой энциклопедический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 1999.Ринкевичюс Б.С. Лазерная диагностика потоков. М.: Изд-во МЭИ, 1990.Дубнищев Ю.Н., Ринкевичюс Б.С. Методы лазерной доплеровской анемометрии. – М.: «Наука», 1982. – 303 с.Лазерная доплеровская анемометрия и ее применения / Дубнищев Ю.Н., Соболев В.С., Файстауэр Н. и др. – Новосибирск: Ин-т автомат. и электрометр. СО АН СССР, 1980.Raffel, M., Willert, C.E., Wereley, S.T., Kompenhans, J. Particle Image Velocimetry / A Practical Guide / 2nd ed. 2007. Hardcover. 448 p.Фомин Н. А. Спекл-интерферометрия газовых потоков / АН БССР, Ин-т тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова. Минск. Наука и техника. 1989. 166 с.Durst, F., Zare, M. Laser Doppler measurements in two-phase flows. // Report SFB80/TM/63. – Karlsruhe University, 1975.Каленков Г.С., Нгуен В.Т. Расчет интерферограмм одномерных объектов с повышенной точностью. // Двенадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика". 2006. Москва. Т.1. С. 193 - 194.Вараксин А.Ю. Турбулентные течения газа с твёрдыми частицами. –М.:ФИЗМАТЛИТ, 2003. 186 с.Roth.N., Andres.K. and Frohn.A.. “Size and Evaporation Rate Measurements of Optically Levitated Droplets”, The Third Intl. Congress on Optical Particle Sizing, 1993. pp. 371-377.Niwa Y. е. а. Bubble sizing by interferometric laser imaging //Рroc. intern. conference by flow visualization. – Lissabon, 2004. – N 38. – P. 1.Горбулин Ю.М., Злотников Д.М., Знаменская И.А. и др. Теневой метод исследования плазмы в ИК диапазоне с использованием ап-инверсии. // Письма в ЖТФ, №3, 1984.Белозеров А.Ф. Оптические методы визуализации газовых потоков. – Казань, 2007 г. – 748 с.Karasik, A.Ja., Rinkevichius, B.S., Zubov, V.A. Laser interferometry principles. Ed. Rinkevichius, B.S. – London: Boca Raton, Mir publishes and CRC press, 1995. – 448p.Борн М., Вольф Э. Основы оптики / 2 издание, Наука, 1973 г. - 720 с.F. Durst and M. Zare, Laser Doppler measurements in two-phase flows, The Accuracy of Flow Measurements by Laser Doppler Methods, Skovulunde, Denmark: Dantec Measurement Technology, 1976, 480-489.Скорнякова Н.М., Толкачев А.В. Исследование интерференционного лазерного метода одновременного измерения размеров и скоростей пузырьков // Труды третьей Российской национальной конференции по теплообмену. М.: МЭИ, 2002. Т.1. С. 219-222.Niwa Y., Kamiya Y., Kawaguchi T., Maeda M. Bubble sizing by interferometric laser imaging // CD-proc. of 10-th international symposium “Applications of laser techniques to fluid mechanics”, 2000. P.38.1. Семидетнов Н.В. Граничные эффекты рассеяния излучения на большой частице и их физическая интерпретация // Оптические методы исследования потоков: Тр. 8-й Междунар. науч.-техн. конф. – М.: МЭИ, 2005. – С. 238-241.Settles, G.S. Schlieren and shadowgraph techniques: visualizing phenomena in a transparent media. Berlin: Springer, 2001. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. – М.:МИР, 1986.Михалев А.С., Скорнякова Н.М. Моделирование анимационных картин дифракции гауссова пучка на многих отверстиях. // Десятая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». 2004. М.: С.164.Евтихиев Н.Н., Евтихиева О.А. и др. Информационная оптика: Учеб. пособие; Под ред. Евтихиева Н.Н. – М.: Издательство МЭИ. 2000. – 612 с.«Методы компьютерной обработки изображений» под ред. В. А. Сойфера Изд-во ФИЗМАТЛИТ, 2001.Михалев А.С., Пешков Д.И., Степанов Е.Ю., Удалов А.В., Скорнякова Н.М. Экспериментальное исследование изменения показателя преломления среды при естественной конвекции. // Десятая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». 2004. М.: С.167.Очков В. MathCAD 14 для студентов, инженеров и конструкторов; Книга по Требованию - Москва, 2007. - 362 c.Макаров Евгений Инженерные расчеты в Mathcad 15. Учебный курс; Питер - Москва, 2011. - 400 c.Поршнев С.В. Численные методы на базе Mathcad; Книга по Требованию - Москва, 2005. - 458 c.