CC BY
15
Обозначив S ( w) = — Вd 1 (w) ■ Ва ( w) ,
получим
d = S (w) ■ а + Вd 1 ( w) ■ F (w) , (20)
где - матрица рассеяния волн в связях на границах системы. Матрицы S (w) и В d 1 ( w) , описывающие
динамические свойства связей, зависят от параметров передачи (распространения волны) на границах системы.
При отсутствии внешних сил в рассматриваемом поперечном сечении
F ( w) = 0 , имеем d = S(w) ■ а.
(21)
Таким образом, располагая описанием динамических характеристик элементов конструкции и связей на границах можно построить ее полную динамическую модель в частной или временной областях.
Рассматривая переходные процессы в регулярных системах можно получить возможность особого подхода к управлению возникающих динамических процессов - на основе модификации характеристик распространения волн в тех или иных выбранных участках конструкции с целью управления.
Литература
1. Определение динамических характеристик волновых процессов в линейных регулярных системах // Меланич В.М. // Universum: Технические науки: электрон. науч. журн. 2015. №7 (19).
References
1. Determination of the dynamic characteristics of wave propagation in linear regular systems // Melanich V.M. // Universum: Engineering science : the electron. scientific. Zh. 2015. №7 (19).
DOI: 10.18454/IRJ.2016.48.155
Михайловский А.И.1, Мамедов Р.К.2
1Аспирант,
2Доктор технических наук, Университет ИТМО
РАЗРАБОТКА СХЕМ ЮСТИРОВКИ И КОНТРОЛЯ ИНФОРМАЦИОННОГО И ПЕЛЕНГАЦИОННОГО КАНАЛА ДЛЯ МОДУЛЯ МЕЖСПУТНИКОВОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ
Аннотация
Рассматривается пеленгационный и информационный блок для модуля межспутниковой линии связи(МЛС), предназначенный для приема лазерного оптического излучения с модуля-передатчика с другого МЛС. Приведены результаты разработки схем юстировки и контроля для наиболее влияющих на качество изображения компонентов блока. Таких как контроль зеркального фотографического объектива на этапе сборки, юстировочная схема интерференционного светоделителя, юстировка приемного канала в виде перемещения оптоволокна относительно оптической оси.
Ключевые слова: оптическая связь, юстировка, пзс-матрицы, контроль положения.
Mihajlovskij A.I.1, Mamedov R.K.2
Postgraduate student, 2PhD in Engineering, ITMO University
CREATION OF ADJUSTMENT AND CONTROL SCHEMES OF THE INFORMATION AND THE DIRECT-FINDING CHANNEL OF THE INTER-SATELLITE COMMUNICATION LINK MODULE
Abstract
The article discusses the direct-finding and information unit of the inter-satellite communication link module (ISCL) designed for receiving laser radiation from the transmitter module of another MLS. Consider the results of the design of adjustment and control schemes of most affecting the image quality. Such as control of of specular photographic objective at the assembly stage, the interference beam splitter adjustment schema, the receiving channel alignment by the movement of the fiber relatively to the optical axis.
Keywords: optical communication, alignment, CCD, positioning control.
Для стабильного и надежного функционирования информационно-пеленгационного канала межспутниковой системы связи необходимы контроль и юстировка положения зеркал, спектроделительной пластины и положения оптоволокна относительно оптической оси. Для устранения недостатков конструкции (с сохранением её оптической схемы) представляется логичным введение регулировочных устройств, а также контроль каждого элемента системы и обеспечение доступа к ним без разборки узла.
Контроль зеркальной системы
В нашей схеме будет использована система Ричи-Кретьена. Оба зеркала являются гиперболическими и строят хорошего качества изображение, однако данная система обладает значительным астигматизмом, для чего желательно использовать дополнительный линзовый корректор для его устранения.
Так как точность выполнения всех деталей будет обеспечена технологическими возможностями оборудования, а дополнительные приспособления необходимые для юстировки блока будут увеличивать его вес, то необходим только контроль пятен рассеяния после сборки обоих зеркал в корпусе и зажиме их оправой, соответственно. Для контроля пятен рассеяния фотографического объектива необходима скамья, автоколлиматор, маломощный источник когерентного излучения 660 нм, сам блок без установленного туда светоделителя, пластины и линзового
корректора.[1-5] Со стороны наблюдателя будет микроскоп, позволяющий навестись на пятно фокусировки зеркального объектива.
Для такого метода необходимо некоторые расчеты, позволяющие точно определить форму пятна и наличие аберраций системы.
Для этого на щель угловой размер которой составляет:
< 1 2 О "-/* * 5, 1 о -в = 0 _ 0 009 рад
Овх У
^ = 1 5 0мм, Бвх = 1 0 0мм
Увеличение микроскопа рассчитывается из условия,[6] чтобы угловой размер радиуса первого дифракционного кружка Эри был не меньше, чем разрешающая способность глаза равная примерно 2-4
Г = (45 0 - 9 00) А « 9 0 - 180 крат
Где А - относительное отверстие испытуемого объектива.
В нашем случае БЛ^ объектива:
/ 477.7
Функциональная схема контроля блока (рис. 1)
Рис. 1 - Схема контроля зеркальной системы
Юстировка светоделителя
После установки зеркал в корпус, необходимо поджать их с помощью оправы, в которой будет находиться светоделительный блок. В конструкциях, содержащих плоские отражающие поверхности, малые смещения которых используются при юстировке системы (чаще всего для её центрирования), следует назначать подвижки, исходя из принципа наименьших наклонов и сдвигов этих поверхностей, обеспечивающего при последовательном приближении быстрое «затухание» амплитуды производимых подвижек. Методами описанными ниже мы будет компенсировать следующие погрешности сборки оптической схемы:
1. Отклонение от базовой оси кардинальной точки, расположенной на большом удалении от поверхности
2. Наклон зеркала относительно оптической оси блока
Для контроля и юстировки угла наклона светоделителя планируется воспользоваться самой камерой пеленгатора. Т.к. с её помощью выводя изображение на экран компьютера возможно съюстировать пластину, т.е. выдержать 45 градусный наклон по оси X.
В крепеже всего блока предусмотрены пазы позволяющие ослабив винты на небольшой угол повернуть сам светоделительный блок, а по изображению на матрице, понять где находится точка, (рис. 2)
Рис. 2 -Фокусировка на поверхность датчика 115
Чувствительность необходимая для подвижки [7] рассчитывается как:
Ас = Л а * а/Г
Где Да - допуск на наклон пластины. Этот допуск был определен нами заранее и задан как 0.04 мм от вершины. Соответственно переводя в градусную меру 0.1 °
а - расстояние от центра светоделителя до плоскости изображения, равное 45.8 мм
Г - увеличение воспроизводимое экраном компьютера. Изображение точки на экране будет размером с экран диагональю 14" соответственно переводя это расстояние в мм 355 мм.
Диагональ матрицы равна 35.55 мм, т.е: 355
Г =-= 1 0 крат
35.35 г
Тогда чувствительность должна быть не меньше чем 27,5 минут.
А чувствительность руки оператора при вращении с рукояткой составляет 20-30 минут следовательно, оператор может съюстировать данный элемент без помощи различных устройств. Более строгие допуски на взаимное расположение отражающих поверхностей, определяющих положение схемных элементов в системе не необходимы так как погрешности компенсируются, представленной схемой юстировки.
После установки в нужное положение светоделительной пластины, увидим на экране Гауссово распределение интенсивности на позиционно-чувствительном датчике, находящееся на оптической оси пеленгатора.
Рис. 3 - Схема юстировки светоделителя
Наведение пятна на поверхность оптоволокна
Приемники оптического излучения являются важными элементами оптических приборов. Осуществляя связь между оптическими и электронными функциональными устройствами блока, они определяют технические требования к конструированию прибора в целом. Выбор способа крепления и конструкция узла крепления приемника излучения определяются видом, конфигурацией, размерами, условиями эксплуатации и требованиями к нему. Узел крепления должен обеспечивать надежное закрепление источника (приемника) без возможных смещений при внешних воздействиях (ударах, вибрациях, перепадах температуры) и без деформаций, которые могут ухудшить его характеристики и надежность. Конструкция узла крепления должна быть простой, технологичной и обеспечивать возможность юстировки закрепляемого элемента, поэтому следующим объектом нашего интереса будет являться способ юстировки, при котором необходимо попадание пятна размером 40 мкм в сердцевину оптоволокна диаметром 200 мкм. Учитывая, что информационному каналу необходимо максимальная интенсивность, в центре волокна, а контролировать пятно через позиционно-чувствительный датчик возможности нет, т.к. главное это попадание 90% энергии на поверхность волокна, то было принято решение не двигать внутренние части самой оптической схемы, а спроектировать приспособление позволяющее смещать само волокно в пределах необходимых для попадания всей энергии на поверхность волокна.
Поэтому мы спроектировали накладку со световым отверстием достаточным для прохода света в волокно, а также с 4 отверстиями для установки крепежа оптоволокна на эту накладку. Сам крепеж это покупные детали[8-9].
Рис. 4 - Конструкция оправки с юстировочным механизмом
Видно, (рис.5) что накладка поджимается винтами и имеет подвижки по двум осям. Тем самым на экране не будет смещения пятна, а будет изменяться интенсивность излучения на приемнике, к тому же без приемника заметить Х=1550 нм, невозможно. Соответственно для выбора винтов, а вернее, шага резьбы необходимо понять насколько сдвинется ползунок после минимально возможного поворота винта оператором.
Винты выбранные нами: М3х0.5 Ь=10 мм. Учитывая что чувствительность оператора с отверткой 30' -кр
V = —X 17 2п
Перевод из градусной меры в радианы 30' = 0.0087 радиан То минимальной смещение ползунка в плоскости ХОУ равно:
= # 0.0087 = 0.00069мм = 0.69мкм
у 2*3.14
Такой чувствительности более чем достаточно для выполнения наших задач. Схема юстировки (рис. 5)
1° , а формула передаточной функции винта является:
Рис. 5 - Схема юстировки положения оптоволокна
Заключение
В результате конструкторской работы, были разработаны методы контроля и юстировки позволяющие, с высокой точностью соосно выставить основные оптические компоненты всего информационно-пеленгационного блока межспутниковой линии связи. Проработка конструкций различных вариантов регулировочных устройств показала, что устройства, обеспечивающие поступательные сдвиги элементов, показывает наилучшие результаты в точности юстировки всего блока.
Литература
1. Латыев, С.М. Конструирование точных оптических приборов: учебник /С.М. Латыев // Издательство: ИТМО,
2007 - 283 с.
2. Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Митрофанов А.С. Применение лазеров в машиностроении и приборостроении: учебник / Крылов К.И // Издательство: ИТМО, 2007 - 175 с.
3. Панов В.А. Справочник конструктора оптико-механических приборов: учебник / Панов В.А. // Издательство -Машиностроение, 2007 - 458 с.
4. Латыев С.М., Егоров Г.В., Тимощук И.Н. Конструирование деталей и сборочных единиц оптико -электронных приборов: учебник / Латыев С.М. // Издательство - Машиностроение, 2002 - 75 с.
5. Толстоба Н.Д., Цуканов А.А. Проектирование узлов оптических приборов: учебник / Панов В.А. // Издательство - ИТМО, 2007 - 18-69 с.
6. Кирилловский В.К. Оптические измерения части 2, 3, 6 учебник / Кирилловский В.К. // Издательство - ИТМО,
2008 - 87-98, 43-65, 8-18 с.
7. А.М. Бурбаев отработка технологичности конструкций оптических приборов.:учебник/ А.М. Бурбаев. // Изд-во - ИТМО, 2009 35-42 с.
8. Базы керепления оптомеханкии, [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://standa.vicon-se.ru - Различные крепления.
9. Оптико-электронные приборы и комплектующие , [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.edmundoptics.com - Державки оптоволоконные.
References
1. Latyev, S.M. Konstruirovanie tochnyh opticheskih priborov: uchebnik /S.M. Latyev // Izdatel'stvo: ITMO, 2007 - 283 s.
2. Krylov K.I., Prokopenko V.T., Mitrofanov A.S. Primenenie lazerov v mashinostroenii i priborostroenii: uchebnik / Krylov K.I // Izdatel'stvo: ITMO, 2007 - 175 s.
3. Panov V.A. Spravochnik konstruktora optiko-mehanicheskih priborov: uchebnik / Panov V.A. // Izdatel'stvo -Mashinostroenie, 2007 - 458 s.
4. Latyev S.M., Egorov G.V., Timoshhuk I.N. Konstruirovanie detalej i sborochnyh edinic optiko-jelektronnyh priborov: uchebnik / Latyev S.M. // Izdatel'stvo - Mashinostroenie, 2002 - 75 s.
5. Tolstoba N.D., Cukanov A.A. Proektirovanie uzlov opticheskih priborov: uchebnik / Panov V.A. // Izdatel'stvo -ITMO, 2007 - 18-69 s.
6. Kirillovskij V.K. Opticheskie izmerenija chasti 2, 3, 6 uchebnik / Kirillovskij V.K. // Izdatel'stvo - ITMO, 2008 - 8798, 43-65, 8-18 s.
7. A.M. Burbaev otrabotka tehnologichnosti konstrukcij opticheskih priborov.:uchebnik/ A.M. Burbaev. // Izd-vo -ITMO, 2009 35-42 s.
8. Bazy kereplenija optomehankii, [Jelektronnyj resurs] - Rezhim dostupa: http://standa.vicon-se.ru - Razlichnye kreplenija.
9. Optiko-jelektronnye pribory i komplektujushhie , [Jelektronnyj resurs] - Rezhim dostupa: http://www.edmundoptics.com - Derzhavki optovolokonnye.
