Методи та засоби метрологічного забезпечення вимірювань довжини на геодинамічних полігонах

22. Кравченко Н.И., Лепехин В.Н., Неежмаков П.И., Погорелов О.Д. Исследование возможности приема когерентного излучения двухмодовых гелий-неоновых лазеров //Труды II ВНТК “Метрологическое обеспечение измерений частотных и спектральных характеристик излучения лазеров”. -Харьков: НПО “Метрология”. -1990. -С. 238-239.

23. Лепехин В.Н., Неежмаков П.И., Погорелов О.Д. Установка для точных измерений частоты биений двухмодовых гелий-неоновых лазеров //Труды II ВНТК “Метрологическое обеспечение измерений частотных и спектральных характеристик излучения лазеров”. -Харьков: НПО “Метрология”. -1990. -С. 89.

24. Кравченко Н.И., Неежмаков П.И., Оробинский А.Н. Электрооптическая модуляция и прием двухчастотных лазерных пучков //Труды VIII ВНТК “Фотометрия и ее метрологическое обеспечение”. -Москва: НПО “ВНИИОФИ”. -1990. -С. 210.

25. Душкин А.А., Иванский В.Б., Неежмаков П.И., Оробинский А.Н., Синявин Л.А. Исследование СГДЗК на Тенгизском геодинамическом полигоне //Труды III Орловской конференции “Изучение Земли как планеты методами астрономии, геофизики и геодинамики”. -Киев, ГАО АН Украины. -1994. -384 с.

26. Кравченко Н.И., Неежмаков П.И., Погорелов О.Д. Двухфотонные приемные устройства автогенераторного типа //Труды 4-й Крымской конф. “СВЧ техника и спутниковый прием”. -Севастополь: Предприятие “Вебер”. -1994. -Т. 2. -С. 396-399.

27. Кравченко Н.И., Неежмаков П.И. Измерительные системы показателя преломления воздуха пограничного слоя атмосферы в оптическом диапазоне длин волн //Сб. научных трудов 1-го Международного радиоэлектронного форума “Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития” (МРФ-2002). В 2-х т. Т. 1. -Харьков: ХНУРЭ. -2002. -С. 318-321.

28. Сидоренко Г.С., Неежмаков П.И., Купко В.С., Занимонский Е.М. Оценка условий многолучевости на пункте-спутнике перманентной станции ГНСС //Зб. наук. пр. міжнар. наук.-практ. конф. “Новітні досягнення геодезії, геоінформатики та землевпорядкування - Європейський досвід”. -Чернігів, 2005. -С. 41-43.

29. Неежмаков П.И., Кравченко Н.И. Метрологическое обеспечение линейных измерений на геодинамических полигонах //Сб. научных трудов Международной научно-технической конференции “Метрология и метрологическое обеспечение”. -Минск: БНТУ. -2007. -С. 261-265.

АНОТАЦІЯ

Неєжмаков П.І. Методи та засоби метрологічного забезпечення вимірювань довжини на геодинамічних полігонах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.11.15 - метрологія та метрологічне забезпечення. - Національний науковий центр “Інститут метрології”, Харків, 2007.

Дисертацію присвячено розробці й дослідженням методів і засобів метрологічного забезпечення вимірювань довжини на геодинамічних полігонах.

Досліджено й синтезовано структури електромагнітного поля із заданими характеристиками в напівкоаксіальних резонаторах автогенераторних фотоприймальних модулів.

Досліджено проблему обліку впливів домішок газів на показник заломлення повітря, удосконалено градієнтний метод вимірювання середньоінтегрального показника заломлення повітря й розроблено апаратуру для його реалізації.

Розроблено й досліджено АЛС вимірювання довжини на основі автогенераторних фотоприймальних модулів для метрологічного забезпечення вимірювань довжини на геодинамічних полігонах. Діапазон вимірювання довжин розробленої АЛС становить від 1 до 10⁴ м, абсолютна похибка (0,06 мм + 5·10^-7D) при довірчій імовірності Р=0,95.

Ключові слова: єдність вимірювань, сучасні горизонтальні рухи земної кори, геодезичні вимірювання, автогенераторний фотоприймальний модуль, напівкоаксіальний резонатор, електромагнітне поле, показник заломлення повітря, адаптивна лазерна система вимірювань довжини.

АННОТАЦИЯ

Неежмаков П.И. Методы и средства метрологического обеспечения измерений длины на геодинамических полигонах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.15 - метрология и метрологическое обеспечение. - Национальный научный центр “Институт метрологии”, Харьков, 2007.

Диссертация посвящена разработке и исследованиям методов и средств метрологического обеспечения измерений длины на геодинамических полигонах.

К моменту начала работ, составляющих основу настоящей диссертации, метрологическое обеспечения СИТ геодезического назначения осуществлялось с помощью эталонных базисов, аттестованных с доверительной абсолютной погрешностью 210-⁶D, где D - длина базиса в миллиметрах. Анализ метрологических характеристик современных СИТ показывает, что эта погрешность уже не удовлетворяет требованиям их метрологического обеспечения. Поэтому разработка адаптивной лазерной системы (АЛС) измерения длины, с помощью которой можно аттестовывать эталонные базисы с доверительной абсолютной погрешностью, не превышающей 1·10-⁶·D при доверительной вероятности Р=0,95, является своевременной и актуальной научно-практической задачей, решение которой потребовало проведения ряда исследований.

Во-первых, для уменьшения инструментальной погрешности АЛС были исследованы распределения электромагнитного поля в полости полукоаксиального резонатора фотоприемного модуля и синтезирована заданная структура поля в зоне преобразования.

Во-вторых, для обеспечения требуемой точности определения среднеинтегрального значения показателя преломления воздуха необходим учет вклада в n примесей природных, промышленных (сероводород, метан и др.) и радиоактивных газов (радон, торон), концентрация которых в приземном слое атмосферы геодинамических и техногенных полигонов повышена.

Целью диссертационной работы является разработка адаптивной лазерной системы измерения длины на основе автогенераторных фотоприемных модулей (ФПМ) как части системы метрологического обеспечения измерений длины на геодинамических полигонах.

В диссертации изложены теоретические обобщения и новые решения поставленных задач на основе:

- исследования составляющих инструментальной погрешности АЛС за счет приема и преобразования лазерного излучения;

- исследования составляющих методической погрешности определения показателя преломления;

- обоснования и использования физико-математической модели для численных и экспериментальных исследований пространственной структуры электромагнитного поля автогенераторного ФПМ как в полости ПКР неклассической геометрии, так и в запредельном цилиндрическом резонаторе, в зоне преобразования двухчастотного лазерного излучения.

В диссертации получены следующие результаты:

- разработаны автогенераторные ФПМ, обеспечивающие оптимальную структуру электромагнитного поля в области преобразования лазерного излучения, максимальную эффективность преобразования и уменьшение суммарной инструментальной погрешность АЛС в раз. Разработанные автогенераторные ФПМ были внедрены в ряде лазерных дальномерных систем;

- показано, что применение фокона-концентратора из кварцевого стекла С63-1 позволяет достичь в области преобразования лазерного излучения превышение модуля продольной компоненты электрического поля E_z над модулем радиальной E_r в 100 раз, что обеспечивает: эффективное использование электромагнитного поля для торможения фотоэлектронов, уменьшение углов пролета и дефокусировку фотоэлектронов, устранение паразитной модуляции фототока, уменьшение мощности микроволнового гетеродина с 1 Вт до 60 мВт;

- разработаны алгоритмы и программы для компьютерного проектирования резонансных ПКР автогенераторных ФПМ с заданными техническими и метрологическими характеристиками;

- исследованы составляющие погрешности градиентного метода измерения среднеинтегрального показателя преломления воздуха в приземном слое тропосферы и предложена оригинальная методика выполнения измерений, согласно которой измерения оптической длины выполняют при знакопеременных флуктуациях значения градиентов температуры на всех измерительных пунктах, не превышающих 0,2 С, и достижении погрешности определения значения среднеинтегрального показателя преломления воздуха, не превышающей 5·10^-7;

- получил дальнейшее развитие градиентный метод измерения среднеинтегрального показателя преломления воздуха реальной атмосферы на геодинамических полигонах за счет применения уравнения Сиддора (и учета в показателе преломления вклада газов, концентрация которых превышает соответствующее значение для стандартной атмосферы), обеспечивающий погрешность измерения среднеинтегрального показателя преломления воздуха 5·10^-7.

Созданная АЛС измерения длины “ТенгизМ” позволяет обеспечивать единство измерений длины на геодинамических полигонах и аттестовывать эталонные базисы с доверительной абсолютной погрешностью (0,06 мм +5·10^-7·D) при доверительной вероятности Р=0,95. Диапазон измерения длин составляет от 1 до 10⁴ м.

Ключевые слова: единство измерений, современные горизонтальные движения земной коры, геодезические измерения, автогенераторный фотоприемный модуль, полукоаксиальный резонатор, электромагнитное поле, показатель преломления воздуха, адаптивная лазерная система измерений длины.

SUMMARY

Neyezhmakov P.I. Methods and devices of metrological assurance of length measurements on geodynamic polygons. - Manuscript.

Thesis for the degree of candidate of technical science on speciality 05.11.15 - Metrology and metrological assurance. - National Scientific Centre “Institute of Metrology”, Kharkiv, 2007.

The thesis is devoted to the development and research of the methods and devices of metrological assurance of length measurements on geodynamic polygons.

The preset structures of electromagnetic field in half-coaxial resonators of autogenerator photoreceiving modules were synthesized and investigated.

The problem of taking into account the effects of the impurities of gases on air refraction index was investigated, the gradient method of medium-integral air refraction index measurement was improved and the equipment for its realization was developed.

ALS of length measurement on the basis of autogenerator photoreceiving modules for metrological assurance of length measurements on geodynamic polygons was developed and investigated. The range of length measurement of ALS is from 1 to 10⁴ m, the absolute error is (0,06 mm + 5·10^-7 D) at the level of confidence Р=0,95.

Key words: uniformity of measurements, modern horizontal movements of the earth's crust, geodetic measurements, autogenerator photoreceiving module, half-coaxial resonator, electromagnetic field, air refraction index, adaptive laser system of length measurements.

Размещено на Allbest.ru