Введение 14
Глава 1. Обзор литературы 16
1.1 Общие сведения о лазерах на самоограниченных переходах 16
1.2 Основные этапы развития лазеров на самоограниченных
переходах 19
1.3 Основные этапы развития лазеров на парах меди 22
1.4 Оптические методы визуализации быстропротекающих
процессов 25
1.4.1 Основные понятия 25
1.4.2 Усилитель яркости 26
1.4.3 Метод лазерной подсветки 27
1.4.4 Лазерный проекционный микроскоп 28
1.4.5 Лазерный монитор 30
1.4.6 Бистатический лазерный монитор 32
1.5 Система «Генератор - усилитель мощности» 34
1.6 Традиционная схема накачки лазеров на парах металлов 37
Г лава 2. Объекты и методы исследования 40
2.1 Накачка активных элементов 40
2.2 Конструкция активных элементов 42
2.3 Измерительное оборудование 43
Г лава 3. Аналитическая и расчетно-графическая часть 44
3.1. Выбор и обоснование структурной схемы системы
управления бистатическим лазерным монитором 44
3.1.1. Структурная схема бистатического лазерного монитора 44
3.1.2. Структурная схема цифровой схемы управления 45
3.1.3. Структурная схема высоковольтного модулятора 46
3.2. Разработка принципиальной схемы системы управления бистатическим лазерным монитором 48
3.2.1. Принципиальная схема цифровой схемы управления 48
3.2.1.1. Выбор микроконтроллера 48
3.2.1.2. Напряжение питания 49
3.2.1.3. Коммутация 50
3.2.1.4. Защита от сквозного тока 51
3.2.1.5. Защита по току в полумоством инверторе 52
3.2.1.6. Оптическая развязка 54
3.2.2. Принципиальная схема высоковольтного модулятора 54
3.2.2.1. Выпрямитель переменного напряжения 54
3.2.2.2. Управляемый полумостовой инвертор 55
3.2.2.3. Зарядный и разрядный контура 56
3.2.2.4. Коммутационная ячейка 57
3.3. Расчет принципиальной схемы высоковольтного модулятора 58
3.3.1. Расчет энергетических преобразований 58
3.3.2. Расчет зарядного контура и полумостового инвертора 60
Г лава 4. Результаты проведенного исследования 66
4.1. Результаты исследования работоспособности системы
управления 66
4.1.1. Работа модулятора на активную нагрузку 66
4.1.2. Работа модулятора на тиратроны 68
4.2. Результаты исследования системы «Генератор - усилитель
мощности» 73
4.3. Результаты исследования получения изображений по схеме
бистатического лазерного монитора 78
4.4. Результаты исследования процесса восстановления
стационарного режима генерации 87
4.5. Результаты разработки источника накачки CuBr-лазера с
ЧСИ до 50 кГц 91
Г лава 5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережние 94
5.1. Предпроектный анализ 94
5.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования 94
5.1.2. Анализ конкурентных технических решений 95
5.1.3. SWOT-анализ 97
5.1.4. Анализ конкурентных технических решений 100
5.2. Инициация проекта 102
5.2.1. Цели и результаты проекта 102
5.2.2. Организационная структура проекта 103
5.2.3. Ограничения и допущения проекта 104
5.3. Планирование управления научно-техническим проектом 105
5.3.1. План проекта 105
5.3.2. Бюджет научно-технического исследования 106
5.3.2.1. Сырье, материалы и покупные изделия 107
5.3.2.2. Специальное оборудование для научных работ 108
5.3.2.3. Основная заработная плата 109
5.3.2.4. Дополнительная заработная плата научнопроизводственного персонала 111
5.3.2.5. Отчисления на с оциальны е нужды 112
5.3.2.6. Научные и производственные командировки 112
5.3.2.7. Накладные расходы 112
5.3.3. Реестр рисков проекта 113
5.4. Оценка сравнительной эффективности исследования 114
Глава 6. Социальная ответственность 119
Введение 119
6.1. Техногенная безопасность 119
6.1.1. Анализ вредных факторов производственной среды 120
6.1.1.1. Электромагнитное излучение (ЭМИ) 120
6.1.1.2. Выделение вредных веществ 122
6.1.1.3. Повышенный уровень шума 124
6.1.1.4. Умственное перенапряжение. Статические перегрузки 124
6.1.2. Анализ опасных факторов производственной среды 125
6.1.2.1. Поражение электрическим током 125
6.1.2.2. Термическое воздействие 128
6.2. Региональная безопасность 129
6.3. Организационные мероприятия обеспечения безопасности 129
6.4. Особенности законодательного регулирования проектных
решений 130
6.5. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 131
Заключение 133
Список публикаций студента 134
Список использованных источников 135
Приложение А - ФЮРА.433781.149 ЭЗ - Схема электрическая принципиальная 141
Приложение Б - ФЮРА.433781.149.ПЭ - Спецификация 143
Приложение В - Диаграмма Г анта 145
Приложение Г - Chapter 3 Analytical and calculation-graphic part 147

Купить

В процессе исследования проводились: аналитический обзор литературных источников, существующие аналоги и их применение в области визуально-оптической диагностики, разработка структурной и принципиальной схемы системы управления, разработка программного кода для системы управления, разработка макета системы управления, тестирование и отладка изготовленного макета, анализ полученных данных, экспериментальные исследования по визуализации тестовых объектов, исследование восстановления стационарного режима генерации CuBr-лазера после его работы в цуговом режиме, анализ ресурсоэффективности и ресурсосбережения, рассмотрение и анализ вопросов производственной безопасности.
В результате работы была разработана система управления, соответствующая техническому заданию. В работе представлены осциллограммы работы системы. Проведены эксперименты по визуализации тестовых объектов и описаны полученные результаты.
Степень внедрения: лабораторный макет.
Область применения: визуально-оптическая диагностика в сварочной отрасли, научные исследования в области экстремального состояния вещества и получения новых материалов.
На сегодняшний день лазеры на самоограниченных переходах атомов меди являются одним из наиболее эффективных источников излучения среди лазеров видимого спектра [1-3]. Отличительной особенностью таких лазеров является импульсно-периодический режим работы с высокой частотой следования импульсов (ЧСИ) и высокой импульсной мощностью генерации [1-5]. Благодаря своим уникальным характеристикам такие лазеры применяются в различных областях: микрообработка материалов, зондирование атмосферы, демонстрационные системы, визуализация быстропротекающих процессов и т.д. [5-10].
Одним из наиболее приоритетных применений лазеров на парах бромида меди является визуализация быстропротекающих процессов, экранированных от наблюдателя мощной фоновой засветкой [5, 6, 10, 11]. Подобные процессы отличаются, как правило, малыми размерами области воздействия и высокой скоростью протекания, а интенсивность возникающей засветки может достигать весьма высоких величин. Все это делает визуализацию такого рода процессов в режиме реального времени практически невозможным, однако для решения возникающих проблем существуют оптические методы неразрушающего контроля с использованием индуцированного излучения. Таким образом, визуализация указанных процессов осуществляется по методу лазерной подсветки и методу, в основе которого лежит использование активных оптических систем. Устройство, принцип действия которого базируется на втором методе, получило название лазерный монитор [10-12]. Существует вариант реализации бистатического лазерного монитора, который позволяет преодолеть ограничения вышеуказанных методов визуализации. Для функционирования бистатического лазерного монитора требуется согласовать режим работы двух лазеров.
Целью научно-исследовательской работы является разработка системы управления бистатическим лазерным монитором для визуализации
быстропротекающих процессов, сопровождаемых мощной фоновой засветкой.
Научная новизна работы заключается в синхронизации функционирования источника подсветки и усилителя яркости , что обеспечит разделение функций подсветки объекта и усиления (фильтрации) получаемого изображения.
Разработка такой системы - задача трудоемкая и долгосрочная. Ее реализация включает проектирование и реализацию как цифровой схемы управления, так и высоковольтных блоков. Система должна обеспечивать синхронную накачку активных элементов бистатического лазерного монитора с возможностью регулировки временных и частотных параметров накачки. Другой задачей является разработка источника накачки с рабочей частотой до 50 кГц, поскольку ЧСИ определяет мощность лазерного излучения и частоту формирования изображения при визуализации. Кроме того, следует произвести экспериментальные исследования по работе CuBr- лазеров в цуговом режиме, поскольку такой режим способен увеличить ресурс источников накачки.
Актуальность работы достаточно сложно переоценить, поскольку в современном научном мире насчитывается множество технологий и процессов, сопровождаемых фоновой засветкой. В качестве примера можно привести получение новых материалов плазменным методом, обработку и модификацию поверхностей с целью улучшения их эксплуатационных характеристик, получение наночастиц, термоядерный синтез и многое другое [5-12]. Визуализация перечисленных и подобных процессов, безусловно, позволит получить новые фундаментальные знания о природе этих процессов, которые позволят повысить их качество и эффективность. Помимо вышеобозначенной научной значимости данной работы также присутствует возможность коммерческой реализации, поскольку существующие на сегодняшний день аналоги обладают высокой стоимостью, а их возможности не обеспечивают серьезную конкуренцию.

Купить