Полная версия

Главная arrow Техника arrow АКУСТООПТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССОРЫ. АЛГОРИТМЫ И ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Качество оптического тракта и его элементов

Качественная оценка влияния оптики

Как было показано выше, измерение несущей частоты радиосигнала производится путем определения координат одной из характеристик светового пятна на линейке (или матрице) фотоприемников. Такими характеристиками могут служить: максимум светового распределения с координатой Хтах, его энергетический центр с Хэц, геометрический центр по заданному порогу (Хпорог) и др. Следует отметить, что координаты всех этих характеристик совпадают только в случае симметричного распределения интенсивности светового сигнала. При асимметричном же РИСС (рис. 2.14) они не только не совпадают, но расположение их может варьироваться в зависимости от уровня сигнала.

Помимо симметрии, для точной оценки частоты, а вернее, для минимизации погрешностей ее измерения до уровня, определяемого применяемым алгоритмом обработки [19-22], необходимо, чтобы координата х главного луча дифрагированного пучка в плоскости фото- приемника зависела от частоты радиосигнала линейно.

Напомним, что главным лучом, но принятой в геометрической оптике терминологии [23], называют луч, идущий из внеосевой точки предмета и проходящий через центр апертурной диафрагмы, в роли которой, а также входного зрачка системы, в нашем случае может выступать апертура D дифрагированного пучка в области акустооптиче- ского взаимодействия (либо апертура АОД, когда ее ширина меньше D).

Рис. 2.14

Эти два условия точного измерения частоты (симметрия и линейность) нарушаются при использовании простых объективов со сферическими (цилиндрическими) поверхностями ввиду наличия у них остаточных аберраций. Фокус объектива Fob при этом связан с полосой рабочих частот измерителя AF обратной, в общем случае нелинейной, зависимостью.

В измерителях со средними и большими значениями AF, как правило, применяются однокомпонентные объективы, что приводит с ростом AF к возрастанию оптических аберраций и нарушению указанных выше и симметрии, и линейности.

В узкополосных системах в случаях, когда требуется минимизация габаритов измерителя, применяют телеобъектив [24J, один из компонентов которого (отрицательный) короткофокусный, что также ведет к возрастанию аберраций и, как следствие, измерительных ошибок. В качестве примера иа рис. 2.15 приведены полученные в программе “Zemax” графики поперечных аберраций (верхние графики) на краю поля (для крайних частот диапазона AO-измерителя, где погрешности максимальны) и дисторсии (нижние графики) для двух вариантов фокуса второго компонента телеобъектива: F2 = —20 мм (рис. 2.15,а) и F2 =-50мм (рис. 2.15,6).

Рис. 2.15

Фокус первого компонента в обеих системах был одинаков и составлял F| =105 мм. На этих рисунках: xD - относительная координата луча по апертуре D пучка на АОД (ширина апертуры равна 1); 0 - относительный полевой угол - угол отклонения дифрагированного пучка от его положения па центральной частоте (0max = 1); 8х - поперечная аберрация; AD - относительная дисторсия в процентах.

Как видно из рисунка, в первой системе (габариты ее минимальны) дисторсия на краю поля составила около 1 %. На первый взгляд это значение выглядит вполне безобидным, но учитывая, что в ПЗС- линсйкс около 1000 фотоприемных ячеек (500, если считать от центра), ошибка в определении координаты главного луча, если его принять за центр РИСС, составляет 5 ячеек, что является совершенно недопустимым для современных измерителей.

Во втором варианте оптические искажения снижены на порядок при увеличении габаритов устройства всего на 10%. Эта система является оптимальной (из разряда простых систем) для того конкретного измерителя, в котором она использовалась, так как при дальнейшем увеличении фокуса отрицательного компонента аберрации, как и габариты, возрастали.

Следует отметить, что в приведенном рассмотрении заведомо предполагался линеаризованный вид зависимости угла главного луча системы 0 от частоты f, что справедливо для относительно узкополосных систем: е = x(f - f0 )/2v , где V - скорость ультразвука в кристалле АОД, f0— частота радиосигнала, на которой главный луч дифрагированного пучка совпадает с главной оптической осью объектива.

Так что задачи разработки и систематизация аппаратных методов снижения описанных выше погрешностей, а также синтеза оптических систем с учитывающими, в том числе и нелинейный характер зависимости 0(f), предыскажениями, являются актуальными.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>