izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2025-2-64-69izmertech-2267Research ArticleЛИНЕЙНЫЕ И УГЛОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯLINEAR AND ANGULAR MEASUREMENTSПредельная точность автоколлиматора-нуль-индикатораExtreme accuracy of the autocollimator-null-indicatorhttps://orcid.org/0000-0003-3645-4402ИващенкоЕ. М.IvashchenkoE. M.

Елена Михайловна Иващенко - кафедра Лазерных измерительных и навигационных систем, ассистент, научный сотрудник.

Санкт-Петербург

Elena M. Ivashchenko

St. Petersburg

emivashenko@etu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7390-2780ЛаричевР. А.LarichevR. A.

Роман Андреевич Ларичев - кафедра Лазерных измерительных и навигационных систем, доцент.

Санкт-Петербург

Roman A. Larichev

St. Petersburg

ralarichev@etu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6254-3145ПавловП. А.PavlovP. A.

Пётр Алексеевич Павлов - кафедра Лазерных измерительных и навигационных систем, профессор.

Санкт-Петербург

Petr A. Pavlov

St. Petersburg

pavl-petr@yandex.ruСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)РоссияSaint Petersburg Electrotechnical University “LETI”Russian FederationСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)РоссияSaint Petersburg Electrotechnical University “LETI”Russian Federation2025060620257426469Copyright © Иващенко Е.М., Ларичев Р.А., Павлов П.А., 20252025Иващенко Е.М., Ларичев Р.А., Павлов П.А.Ivashchenko E.M., Larichev R.A., Pavlov P.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.izmt.ru/jour/article/view/2267

Повышение точности измерений в динамической гониометрии неразрывно связано с достижением предельной точности оптического нуль-индикатора. Это устройство входит в состав углоизмерительных приборов, работающих по принципу динамического гониометра. Автоколлиматор-нуль-индикатор при совпадении его оптической оси с нормалью к контролируемой отражающей поверхности вырабатывает электрический импульс, по которому считываются показания угловой шкалы динамического гониометра. Предельная точность автоколлиматора-нульиндикатора определяется его случайной погрешностью. Экспериментально исследована случайная погрешность измерений неизменяемого углового положения отражающего зеркала в разное время суток. Показано, что при измерениях в дневное время преобладают внешние шумы – различные вибрации, флуктуации воздуха и внешнего освещения, которые зависят от расстояния между автоколлиматором-нуль-индикатором и зеркалом, а при измерениях в ночное время влияние внешних воздействий на результаты измерений минимально, что позволило получить погрешность измерений в ночное время на уровне фликкер-шума. Экспериментальные данные проанализированы с использованием методов математической статистики, вариации Аллана и вейвлет-анализа. Определено, что массивы случайных величин, характеризующих случайную погрешность, являются нестационарными. Минимальное значение случайной погрешности автоколлиматора-нуль-индикатора составило 0,001″. Полученные результаты представляют интерес для специалистов, разрабатывающих и использующих оптоэлектронные приборы на базе автоколлиматора.

Improving the accuracy of measurements in dynamic goniometry is inextricably linked with achieving the ultimate accuracy of the optical null indicator. This device is part of angle measuring devices operating on the principle of a dynamic goniometer. The autocollimator-null-indicator, when its optical axis coincides with the normal to the controlled reflecting surface, generates an electric pulse, which is used to read the readings of the angular scale of the dynamic goniometer. The ultimate accuracy of the autocollimator-null-indicator is determined by its random error. The random error of measurements of the constant angular position of a reflecting mirror at different times of the day was experimentally studied. It is shown that external noises prevail during daytime measurements – various vibrations, air and external lighting fluctuations, which depend on the distance between the autocollimator-null-indicator and the mirror, and during nighttime measurements the influence of external effects on the measurement results is minimal, which made it possible to obtain the measurement error at night at the flicker noise level. The experimental data are analyzed using the methods of mathematical statistics, Allan variance and wavelet analysis. It is determined that the arrays of random variables characterizing the random error are non-stationary. The minimum value of the random error of the autocollimator-null-indicator was 0.001″.

The presented results are of interest to specialists developing and using optoelectronic devices based on the autocollimator.

автоколлиматор-нуль-индикаторслучайная погрешностьвейвлет-анализвариация Алланаautocollimator-null-indicatorrandom errorwavelet analysisAllan varianceАвтор ы заявляют, что во время подготовки данной рукописи не было получено никаких средств, грантов или другой поддержкиThe authors declare that no funds, grants, or other support were received during the preparation of this manuscriptReferencesBurnashev M. N., Pavlov P. A., Filatov Yu. V. Development of Precision laser goniometer systems. Quantum Electronics, 43(2), 130–138 (2013). https://doi.org/10.1070/QE2013v043n02ABEH015045Burnashev M. N., Pavlov P. A., Filatov Yu. V. Development of Precision laser goniometer systems. Quantum Electronics, 43(2), 130–138 (2013). https://doi.org/10.1070/QE2013v043n02ABEH015045Larichev R. A., Filatov Yu. V. A model of angle measurement using an autocollimator and optical polygon. Photonics, 10(12), 1359 (2023). https://doi.org/10.3390/photonics10121359Larichev R. A., Filatov Yu. V. A model of angle measurement using an autocollimator and optical polygon. Photonics, 10(12), 13–59 (2023). https://doi.org/10.3390/photonics10121359Венедиктов В. Ю., Ньямверу Б., Ларичев Р. А. и др. Оптические нуль-индикаторы для гониометрических систем: обзор. Фотоника, 16(6), 464–474 (2022). https://doi.org/10.22184/1993-7296.FRos.2022.16.6.464.474Venediktov V. Yu., Nyamweru B., Larichev R. A. et. al. Optical null-indicators for goniometric systems: a review. Photonics, 16(6), 464–474 (2022). https://doi.org/10.22184/1993-7296.FRos.2022.16.6.464.474Потенциальная точность измерений. Под ред. В. А. Слаева. НПО «Профессионал», Cанкт-Петербург (2005).Slaev V. A. (eds.) Potential measurement accuracy. NPO “Professional”, St. Petersburg (2005). (In Russ.)Ишанин Г. Г., Челибанов В. П. Приёмники оптического излучения. Лань, Санкт-Петербург (2022).Ishanin G. G., Chelibanov V. P. Optical radiation receivers. Lan’, St. Petersburg (2022). (In Russ.)Якимов А. В. Физика шумов и флуктуаций параметров. Нижегородский государственный университет, Нижний Новгород (2013).Yakimov A. N. Physics of noise and fluctuations of parameters. Nizhny Novgorod State University, Nizhny Novgorod (2013). (In Russ.)Bendat J. S., Piersol A. G., Random data analysis and measurement procedures. John Wiley & Sons, Inc. (1986).Bendat J. S., Piersol A. G. Random Data Analysis and Measurement Procedures. John Wiley & Sons, Inc. (1986).Allan D. W., Statistics of atomic frequency standards. Proceeding IEEE, 54(2), 221–230 (1966). http://dx.doi.org/10.1109/PROC.1966.4634Allan D. W. Statistics of atomic frequency standards. Proceeding. IEEE, 54(2), 221–230 (1966). http://dx.doi.org/10.1109/PROC.1966.4634Mary Beth Ruskai, Gregory Beylkin et al. Wavelets and their Applications, Jones and Barlett Publisher, Boston, (1992).Mary Beth Ruskai, Gregory Beylkin et al. Wavelets and their Applications, Jones and Barlett Publisher, Boston, (1992).Яковлев А. Н. Введение в вейвлет-преобразования. Издательство НГТУ, Новосибирск (2003).Yakovlev A. N. Introduction to wavelet transformations. NSTU Publ., Novosibirsk (2003). (In Russ.)Малла С. Вейвлеты в обработке сигналов. Мир, Москва (2005).Mallat S. A wavelet tour of signal processing. Academic Press (1999).Мацаев А. С. Фликкер-шум. Особенности, разнообразие и управление. Журнал радиоэлектроники, (10), 1–17 (2020). https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.10.7Matsaev A. S. Flicker-noise. Features, diversity and management. Journal of Radio Electronics, (10), 1–17 (2020). https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.10.7Качанов Б. О., Ахмедова С. А., Тукатарев Н. А. и др. Моделирование фликкер-шума методом суперпозиции нормальных стационарных процессов. Гироскопия и навигация, 26(2), 59–76 (2018). https://doi.org/10.17285/0869-7035.2018.26.2.059-076Kachanov B. O., Akhmedova S. A., Tuktarev N. A. et al. Flicker noise simulation by superposition of normal stationary process. Giroskopy and Navigation, 9(3), 218–226 (2018). https://doi.org/10.1134/S2075108718030045Королев А. Н., Лукин А. Я., Филатов Ю. В., Венедиктов В. Ю. Матричная технология измерений. Точность измерения координат элементов и контроль фотошаблонов. Оптический журнал. 91(3), 115–123 (2024). https://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-03-115-123Korolev A. N., Lukin A. Ya., Filatov Yu. V., Venediktov Yu. V. Matrix measurement technology: accuracy of measuring element coordinates and photomask control. Journal of Optical Technology, 91(3), 203–208 (2024). https://doi.org/10.1364/JOT.91.000203

The authors declare that there are no conflicts of interest present.