ВВЕДЕНИЕ 3
1 ЮСТИРОВКА ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО БЛОКА ЛИДАРА 6
1.1 Схема измерения поляризационных характеристик лазерного
пучка 6
1.2 Способы юстировки фазовой пластинки Х/4 8
1.3 Анализ эллиптически поляризованного света 9
1.4 Определение параметров Стокса 11
2 ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ
ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО БЛОКА ЛИДАРА 15
2.1 Применение микроконтроллера Arduino UNO 15
3 ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 18
3.1 Описание и характеристики элементов и устройств 18
3.2 Подготовка к эксперементу 25
3.3 Обработка эксперементальных данных данных 39
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 30
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 31
ПРИЛОЖЕНИЕ А 32
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
Объектом данной работы являеется лидарный способ определения оптико-микрофизических характеристик аэрозоля атмосферы.
Для учета влияния аэрозоля на радиационный баланс атмосферы требуется информация об оптико-микрофизических характеристиках аэрозоля в разных климатических районах и в разные сезоны года. Использование лидарного способа исследования решает эту задачу. Также необходимо проводить измерения с точностю до 2 знака после запятой и поворачивать оптические элементов не более чем на 1 градус, своевременно , за минимальное количество времени.
При использовании метода поляризационных измерений характеристик аэрозоля определяются параметры Стокса лидарного сигнала. Для измерения параметров Стокса лидарного сигнала, необходимо выполнить шесть измерений интенсивностей рассеянного излучения при различных положениях анализатора состояния поляризации. Эти измерения должны проводиться единовременно, что требует использования шести принимающих устройств. Для упрощения оптической схемы поляризационного лидара используют сменные поляризационные элементы. Установка поляризационных элементов должна выполняться с высокой точностью. При эксплуатации такого устройства неизбежно накапливается ошибка юстировки системы. Для решения этой проблемы необходимо процедура юстировки оптической системы должна выполняться регулярно и желательно процесс должен быть автоматизирован.
Автоматизация - это разработка и использование машин нового поколения, отличающихся уменьшением доли человеко-машинных процедур, заменой контрольных и управленческих функций человека устройствами автоматики и телемеханики [1].
Автоматизация в современных реалиях необходима, потому что, при проведениях сложных экспериментов. Сложные процессы, вызванные столкновением частиц, регистрируются различными устройствами: проволочными камерами, пузырьковыми камерами, сцинтилляционными счетчиками, фотоэмульсионными слоями. Некоторые быстропротекающие процессы надо успеть зарегистрировать и измерить за миллионные доли секунды.
Основными фактором ввода автоматизация, конечно же, является большое количество затраченного времени на выполнение механических процедур, сбор данных и их последующую запись и обработку, а также необходимая точность работы, особенно, при измерениях поляризационных характеристик, так как они очень чувствительные не точные движения могут привести к ошибкам.
Основные цели систем автоматизации экспериментальных исследований [8]:
1) обеспечение высоких темпов научно-технического прогресса;
2) повышение эффективности и качества научных исследований;
3) повышение эффективности разработок исследования и уменьшения затрат на их создание;
4) получение качественно новых научных результатов, достижение которых принципиально невозможно без АЭИ;
5) сокращение сроков и уменьшение трудоемкости научных исследований и комплексных испытаний образов новой техники .
Юстировка (от нем. justieren — выверять, регулировать, от лат. justus — правильный) оптической системы для измерения поляризационных характеристик лазерного пучка заключается в регулировании взаимного расположения оптических деталей с целью минимизации ошибки в определении параметров Стокса. Юстировка является одним из важнейших этапов работы оптических контсрукций, осообено это касается поляризации. В частности измерений поляризационных характеристик, где, даже самые незначительные ошибки и погрешности приводят к весовым отклонениям измеряемых характеристик. Также юстировка должны быть автоматизирована, чтобы данные собирались круглые сутки без участия человека, и в случае отклонение элементов схемы от нормированых для сбора данных были отьюстьированы в автоматическом режиме за небольшой промежуток времени, дабы не потерять потенциально ценные данные об атмосферы.
Целью данной работы является автоюстировка поляризацинного блока лидара. Что бы достичь данной цели необходимо выполнстьи следующие задачи -
1) выполнить аналитический обзор;
2) разработать математическоую модель устройства;
4) реализовать устройство;
5) протестировать.
В ходе выполнения научной работы в течении учебного семестра были проделаны следующие задачи:
1) выполнен аналитический обзор;
2) выполнена математичская модель в виде аналитического выражени для
расчета интенсивности света в схема установки поляризационного блока лидара. Построен график этой зависимости и проанализирован. Также проанализировано изменение интенсивности при прохождении лазерного излучения через поляризатор и сделаны соотвествующие выводы;
3) предложены некоторые способы юстировки пластинки Х/4 поляризаионного
блока лидара;
4) написана программа для юстировки;
5) сборка и тестирование устройства;
6) проведен эксперимент.
