CC BY
32
УДК 536.8: 61384
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ СОБЛЮДЕНИЯ ИНВАРИАНТНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА СКРУЧИВАНИЯ В ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ АВТОКОЛЛИМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ И.А. Коняхин, Т.В. Копылова, А.И. Коняхин, А.Д. Мерсон
Рассмотрены соотношения между параметрами контрольного элемента оптико-электронной автоколлимационной системы, уменьшающие негативное влияние коллимационных углов на точность измерения угла скручивания. Ключевые слова: инвариант, автоколлиматор, контрольный элемент, угол скручивания.
Одним из направлений совершенствования оптико-электронных систем определения углового положения объектов является обеспечение частной инвариантности измерения отдельных угловых координат [1]. Рассмотрим условия реализации инвариантности измерения угла поворота объекта относительно линии его визирования (угла скручивания) для контрольного элемента (КЭ) как первичного измерительного преобразователя автоколлимационной системы.
Оптико-электронная система включает оптико-электронный автоколлиматор, установленный на некотором базовом объекте, а также отражающую оптическую систему - КЭ, связанную с объектом, угловое положение которого контролируется. Для увеличения точности измерения угла скручивания необходимо реализовать инвариантность углового положения ортов рабочих пучков, отраженных от КЭ, по отношению к коллимационным углам поворота объекта относительно осей, ортогональных линии визирования.
В соответствии с алгоритмом автоколлимационных измерений найдем выражение для орта отраженного пучка как последовательное (справа налево) произведение ортогональных матриц: одностолбцовой - орта падающего на КЭ пучка и трех квадратных матриц формата 3*3 - транспонированной матрицы поворота КЭ, матрицы действия КЭ как отражающей системы и исходной матрицы поворота [1, 2]. Анализ полученного выражения позволяет определить условия реализации требуемой инвариантности. В частности, одна из составляющих орта отраженного пучка инвариантна к величинам коллимационных углов при следующих соотношениях параметров матриц.
1. Для матрицы действия КЭ основное неизменное направление (ОНН) отражателя, на базе которого реализован КЭ, должно совпадать с одной из коллимационных осей, при этом угол поворота пучка относительно ОНН при отражении должен быть равен ю = 180°±Д, где А - малый угол, а количество к отражений пучка от граней КЭ нечетно и при этом больше трех: к = 2п +1 , где п =1, 2,....
2. Матрица поворота КЭ должна определяться последовательностью поворотов на углы Эйлера-Крылова, для которой в элементе матрицы с адресом (1, 2) отсутствует произведение синусов двух коллимационных углов (параметр V = 1, см. [1]).
3. Орт падающего пучка и оптическая ось приемного объектива автоколлиматора должны располагаться в плоскости, перпендикулярной ОНН по разные стороны от оси скручивания, и составлять с ней угол, равный А/2.
Наиболее простым КЭ, соответствующим указанным условиям, является отражатель в виде стеклянного тетраэдра или зеркального триэдра (к = 3), двугранные углы между отражающими гранями которого имеют заданные отклонения от прямого при симметричном относительно оси скручивания расположении ортов падающего и отраженного пучков [2].
Найденные условия позволяют синтезировать новые многофункциональные КЭ для автоколлиматоров на основе отражателей с большим количеством отражений, реализующие инвариантность измерения угла скручивания.
Исследования выполняются при финансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям РФ в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)» и федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
1. Анализ частных инвариантных преобразований в оптико-электронных системах контроля пространственного положения / И.А. Коняхин, А.Н. Тимофеев, Э.Д. Панков, Син Сянмин // Изв. вузов. Приборостроение. - 2007. - Т. 50. - № 7. - С. 5-9.
2. Джабиев А.Н., Коняхин И.А., Панков Э.Д. Автоколлимационные углоизмерительные средства мониторинга деформаций. - СПб: СПб ГИТМО(ТУ), 2000. - 197 с.
Коняхин Игорь Алексеевич - СПбГУ ИТМО, д.т.н., профессор, [email protected]; Копылова Татьяна Валерьевна - СПбГУ ИТМО, студент, [email protected]; Коняхин Алексей Игоревич - СПбГУ ИТМО, студент, [email protected]; Мерсон Алексей Дмитриевич - СПбГУ ИТМО, аспирант, [email protected]
Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики, 2010, № 3(67)
