Предельная точность автоколлиматора-нуль-индикатора

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.

1. Burnashev 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/QE2013v043n02ABEH015045

2. Larichev 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/photonics10121359

3. Венедиктов 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.2022.16.6.464.474

4. Потенциальная точность измерений. Под ред. В. А. Слаева. НПО «Профессионал», Cанкт-Петербург (2005).

5. Ишанин Г. Г., Челибанов В. П. Приёмники оптического излучения. Лань, Санкт-Петербург (2022).

6. Якимов А. В. Физика шумов и флуктуаций параметров. Нижегородский государственный университет, Нижний Новгород (2013).

7. Bendat J. S., Piersol A. G., Random data analysis and measurement procedures. John Wiley & Sons, Inc. (1986).

8. Allan D. W., Statistics of atomic frequency standards. Proceeding IEEE, 54(2), 221–230 (1966). http://dx.doi.org/10.1109/PROC.1966.4634

9. Mary Beth Ruskai, Gregory Beylkin et al. Wavelets and their Applications, Jones and Barlett Publisher, Boston, (1992).

10. Яковлев А. Н. Введение в вейвлет-преобразования. Издательство НГТУ, Новосибирск (2003).

11. Малла С. Вейвлеты в обработке сигналов. Мир, Москва (2005).

12. Мацаев А. С. Фликкер-шум. Особенности, разнообразие и управление. Журнал радиоэлектроники, (10), 1–17 (2020). https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.10.7

13. Качанов 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/10.17285/0869-7035.2018.26.2.059-076

14. Королев 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/10.17586/1023-5086-2024-91-03-115-123