Для уменьшения потерь на отражение при преломлении можно устанавливать оптические детали таким образом, чтобы угол падения составлял угол Брюстера.

Например, так называемые «брюстеровские» линзы имеют коэффициент потерь примерно в десять раз меньший, чем у одиночной линзы, и не требуют просветления. Однако, линзы, установленные под углом Брюстера, характеризуются различными фокусными расстояниями в меридиональной и сагиттальной плоскостях, которые соответственно равны:

где , и - радиус кривизны поверхностей линзы.

Кроме того, брюстеровские линзы и пластинки обладают большими аберрациями.

Коэффициент пропускания потерь на отражение при преломлении при прохождении излучения через всю оптическую систему равен:

,

где . -- число преломляющих поверхностей.

Если имеется N поверхностей с одинаковым значением с, то

Потери на отражающих поверхностях.

Коэффициент отражения от металлических или диэлектрических отражающих поверхностей также загасит от угла падения и состояния поляризации излучения. Однако расчеты соответствующих коэффициентов здесь весьма затруднены, так как они зависят от некоторых констант отражающего покрытия, которые не всегда известны. Для металлизированных отражателей должны быть известны оптические постоянные -- показатель преломления п и показатель поглощения ч, которые зависит от угла падения следующим образом:

,

,

где n и ч оптические постоянные при е=0, которые называются главными показателями преломления и поглощения. На рис. 48 показаны зависимости

и для некоторых поглощающих сред (отражающих покрытий). При известных константах формулы для коэффициентов отражения от отражающего покрытия намного сложнее, чем для коэффициентов отражения от преломляющей поверхности. Поэтому обычно пользуются справочными данными, которые приводится для нормального падения, и, следовательно, не зависят от состояния поляризации излучения.

Потери на виньетирование.

Практически в любой оптической системе происходит ограничение (срезание) пучка различными диафрагмами. Доля прошедшего излучения зависит от распределении интенсивности в поперечном сечении пучка и размеров и формы диафрагмы. При многомодовом режиме излучения описать абсолютное распределение энергии в пучке практически невозможно, так как соотношение энергий в различных модах меняется как для различных образцов одного и того же типа лазера, так и для одного и того же лазера в зависимости от многих причин. Поэтому при расчете коэффициенте пропускания в случае многомодового пучка следует либо пользоваться экспериментальными данными, либо принимать, что распределение интенсивности в пучке примерно равномерное со спадами на краях пучка Чем больше число мод, тем точнее это приближение. При одномодовом характере излучения лазера потери на виньетирование легко рассчитать аналитически. Так как распределение в пучке -- моды представляет собой кривую Гаусса, то доля энергии пучка, прошедшего через диафрагму радиусом а, т. е. коэффициент пропускания вследствие виньетирования,

,

де щ -- размер пятна в плоскости диафрагмы по уровню 1/е2;

l -- распределение плотности в гауссовом пучке;

Ф -- полная мощность лазерного пучка,

Как следует из уравнения , при a=щ, т. е. при ограничении пучка по уровню 1/е2. коэффициент пропускания равен 0.86.

Коэффициент пропускания кольцевой диафрагмы можно найти, воспользовавшись зависимостью для внутреннего и внешнего радиусов кольца:

Для стекла К8

Показатель преломления n на длине волны излучения лазера (=1534нм)

n=1.51637

Коэффициент пропускания на длине волны излучения лазера (=1534нм)

>0.999

Показатель поглощения a на длине волны излучения лазера (=1534нм)

а=0

В фокусирующей системе используются 2 симметричные двояковыпуклые линзы.

Получаем

При нанесении просветляющего покрытия с с=0,01 на все рабочие поверхности фокусирующей системы получаем

Нанесение покрытия увеличивает коэффициент пропускания системы на 10%. Потерь на виньетирование нет, так как диаметр рабочих поверхностей фокусирующей системы больше диаметра лазерного пучка.

3.4 Расчет приемной оптической системы

Основная задача данного оптического узла - сфокусировать максимальное количество энергии плазменного факела, образовавшейся в результате лазерной абляции, в торец волокна с диаметром сердцевины 0,6мм. Излучение плазменного факела диаметром 3мм должно попасть в волокно для заданного диапазона длин волн (Дл=0.2-0.9мкм). Критерием оценки качества данного объектива является то, что излучение от каждой точки предмета (плазменного факела) проецируется в волокно для всего диапазона длин волн.

Исходная схема объектива выглядит следующим образом

Рис. 3.12. Оптическая схема приемного объектива

Рис.3.13. Конструктивные параметры премного объектива

Поле системы задано в линейной величине объекта по 5 точкам, каждая из которых излучает отдельно от других. Вместе они моделируют плазменный факел диаметром 3мм (-1,5мм;1,5мм).

Рис. 3.14. Диаграммы кружков рассеяния в плоскости изображения для каждой точки объекта в заданном диапазоне длин волн

4. Технологическая часть

Лазерно-искровой эмиссионный спектроанализатор включает в себя три оптические системы, выполняющие следующие функции

· указание места на поверхности исследуемого образца для последующей лазерной абляции

· фокусировка излучения лазера Glass: Er, создающего оптический пробой на поверхности исследуемого образца

· сбор и фокусировка в оптоволоконный кабель излучения плазмы, образовавшейся в результате лазерной абляции

Проанализируем влияние различных факторов для каждой системы в отдельности

4.1 Анализ влияния взаимоположения компонентов приемного канала на радиус и положение пятна рассеяния

Основная задача данного оптического узла - сфокусировать максимальное количество энергии плазменного факела, образовавшейся в результате лазерной обучения, в торец волокна с диаметром сердцевины 0,6мм. Излучение плазменного факела диаметром 3мм должно попасть в волокно для заданного диапазона длин волн (Дл=0.2-0.9мкм). Критерием оценки качества данного объектива является то, что излучение от каждой точки предмета (плазменного факела) проецируется в волокно для всего диапазона длин волн.

С помощью программы ZEMAX определены предельно допустимые значения децентрировок 1-ого и 2-ого рода каждого компонента оптической системы, а так же проведен анализ влияния изменеия воздушных промежутков между линзами на форму, размер, экранирование и спектральный состав пятна рассеяния, формируемого в плоскости изображения (на торце оптического волокна).

Исходная схема объектива выглядит следующим образом

Конструктивные параметры системы

Поле системы задано в линейной величине объекта по 5 точкам, каждая из которых излучает отдельно от других. Вместе они моделируют плазменный факел диаметром 3мм (-1,5мм;1,5мм)

Диаграммы кружков рассеяния в плоскости изображения для каждой точки объекта в заданном диапазоне длин волн имеют вид

л,мкм	Кол-во излучения, сфокусированного в торец волокна, %
	0 мм	1 мм	1.5 мм	-1 мм	-1.5мм
0.2	59.71	59.71	59.71	59.71	59.71
0.3	67.66	67.66	67.66	67.66	67.66
0.4	69.55	69.55	69.55	69.55	69.55
0.5	70.35	70.35	70.35	70.35	70.35
0.6	70.77	70.77	70.77	70.77	70.77
0.7	71.04	71.04	71.04	71.04	71.04
0.8	71.23	71.23	71.23	71.23	71.23
0.9	71.37	71.37	71.37	71.37	71.37

Среднее количество излучения для всех точек поля и длин волн 69%

Для того, чтобы оценить влияние погрешности взаимоположения линз, установим в плоскости изображения апертурную диафрагму диаметром 0,6мм. С её помощью на диаграммах кружков рассеяния можно наблюдать, какая часть излучения попадает в торец волокна.

Децентрировка первого рода

Причиной децентрировки первого рода является наклон компонента относительно оптической оси системы

1-й компонент =1°

Диаграммы пятен рассеяния в плоскости изображения для разный точек предмета при наклоне первого компанента

л,мкм	Кол-во излучения, сфокусированного в торец волокна, %
	0 мм	1 мм	1.5 мм	-1 мм	-1.5мм
0.2	59.70	59.70	58.62	59.34	28.77
0.3	67.63	67.63	67.63	67.63	33.82
0.4	69.52	69.52	69.52	69.52	12,5
0.5	70.32	70.32	70.32	70.31	30.50
0.6	70.74	70.74	69.89	70.74	31.54
0.7	71.01	71.01	68.87	70.58	31.65
0.8	71.19	71.19	68.20	69.91	31.74
0.9	71.34	71.34	67.05	69.19	31.80

Среднее количество излучения для всех точек поля и длин волн 60,56%

2-й компонент =2°

Диаграммы пятен рассеяния в плоскости изображения для разный точек предмета при наклоне второго компонента

л,мкм	Кол-во излучения, сфокусированного в торец волокна, %
	0 мм	1 мм	1.5 мм	-1 мм	-1.5мм
0.2	59.97	59.70	16.18	59.69	54.66
0.3	67.63	67.63	19.94	67.52	65.59
0.4	69.52	69.52	21.75	69.52	66.49
0.5	70.31	70.32	20.32	70.31	64.39
0.6	70.74	70.71	23.43	70.74	63.51
0.7	71.01	71.01	23.51	70.58	61.61
0.8	71.19	71.19	25.29	70.76	60.91
0.9	71.34	71.13	26.20	70.05	60.61

Среднее количество излучения для всех точек поля и длин волн 58,16%

3-й компонент =1.2'

Диаграммы пятен рассеяния в плоскости изображения для разный точек предмета при наклоне второго компонента

л,мкм	Кол-во излучения, сфокусированного в торец волокна, %
	0 мм	1 мм	1.5 мм	-1 мм	-1.5мм
0.2	59.70	59.70	57.54	45.36	32.00
0.3	67.63	67.63	67.63	48.12	41.97
0.4	69.52	69.52	69.52	42.81	32.25
0.5	70.32	70.32	69.89	43.56	36.85
0.6	70.74	70.74	68.62	49.21	34.52
0.7	71.01	71.01	68.02	41.53	34.65
0.8	71.19	71.19	66.06	44.96	34.31
0.9	71.34	71.34	65.33	43.42	33.95

Среднее количество излучения для всех точек поля и длин волн 56,87%

№ компонента	Изменение количества излучения, , %	Величина децентровки 1 рода , град
1	8,44	1°
2	10,74	2°
3	12,01	1,2'

Рассчитаем коэффициенты влияния децентрировки I рода :

Несмотря на то, что децентрировки I рода приводят к векторным ошибкам, величины допусков рассчитаем по известной формуле для скалярных ошибок (т. е. для наихудшего случая):

,

где - коэффициент, определяющий вероятность наличия децентрировки первого рода i-го компонента; n - общее количество степеней свободы де- центрировки второго рода для всех значимых компонентов. Примем, что все возможные децентрировки первого рода подчиняются нормальному закону распределения, т.е. =1 для любого i , поскольку в нашем случае де- центрировка первого рода присуща трем элементам, а для каждого элемента данная децентрировка имеет по две степени свободы (вдоль осей OX и OY ), то n=6.

Допуск на отклонение поступаемого излучения в волокно примем равным

=15%

Результаты расчетов представлены в таблице

№ компонента
1	43,8'
2	1.1°
3	6'

Децентрировка второго рода

Причиной децентрировки II рода является параллельное смещение оптических компонентов относительно оптической оси системы.

1-й компонент =0.1мм

Диаграммы пятен рассеяния в плоскости изображения для разный точек предмета при смещении первого компонента

л,мкм	Кол-во излучения, сфокусированного в торец волокна, %
	0 мм	1 мм	1.5 мм	-1 мм	-1.5мм
0.2	59.97	59.97	59.97	59.97	29.85
0.3	67.63	67.63	67.63	67.63	8.45
0.4	69.52	69.52	69.52	69.52	0.11
0.5	70.31	70.31	70.31	70.31	17.59
0.6	70.74	70.74	70.74	70.74	26.54
0.7	71.01	71.01	71.01	71.01	26.64
0.8	71.19	71.19	71.19	71.19	26.71
0.9	71.34	71.34	71.34	71.34	26.76

Среднее количество излучения для всех точек поля и длин волн 59,23%

2-й компонент =0.1мм

Диаграммы пятен рассеяния в плоскости изображения для разный точек предмета при смещении второго компонента

л,мкм	Кол-во излучения, сфокусированного в торец волокна, %
	0 мм	1 мм	1.5 мм	-1 мм	-1.5мм
0.2	59.97	56.82	27.69	59.97	59.97
0.3	67.63	67.63	27.31	67.63	67.63
0.4	69.52	69.52	13.83	69.52	69.52
0.5	70.31	69.89	28.81	70.31	70.31
0.6	70.74	69.47	32.39	70.74	70.74
0.7	71.01	68.87	32.94	71.01	70.58
0.8	71.19	68.20	33.02	71.19	69.91
0.9	71.34	67.48	32.66	71.34	68.76

Среднее количество излучения для всех точек поля и длин волн 60,43%

3-й компонент =0.1мм

Диаграммы пятен рассеяния в плоскости изображения для разный точек предмета при смещении второго компонента

л,мкм	Кол-во излучения, сфокусированного в торец волокна, %
	0 мм	1 мм	1.5 мм	-1 мм	-1.5мм
0.2	59.97	59.97	59.97	47.83	9.35
0.3	67.63	67.63	67.63	67.63	0
0.4	69.52	69.52	69.52	69.10	0
0.5	70.31	70.31	70.31	69.93	0
0.6	70.74	70.74	70.74	64.79	0
0.7	71.01	71.01	71.01	62.46	0.42
0.8	71.19	71.19	71.19	60.91	1.71
0.9	71.34	71.34	71.34	58.89	3.02

Среднее количество излучения для всех точек поля и длин волн 54,79%

№ компонента	Изменение количества излучения, , %	Величина децентровки 2 рода
1	9,77	1°
2	8,57	2°
3	14,21	1,2'

Рассчитаем коэффициенты влияния децентрировки I рода :



Несмотря на то, что децентрировки II рода приводят к векторным ошибкам, величины допусков рассчитаем по известной формуле для скалярных ошибок (т. е. для наихудшего случая):

,

где - коэффициент, определяющий вероятность наличия децентрировки второго рода i-го компонента; n - общее количество степеней свободы де- центрировки второго рода для всех значимых компонентов. Примем, что все возможные децентрировки первого рода подчиняются нормальному закону распределения, т.е. =1 для любого i , поскольку в нашем случае де- центрировка первого рода присуща трем элементам, а для каждого элемента данная децентрировка имеет по две степени свободы (вдоль осей OX и OY ),

то n=6.

Допуск на отклонение поступаемого излучения в волокно примем равным =15%

Результаты расчетов представлены в таблице.

№ компонента	,мм
1	0.103
2	0.101
3	0.045

Влияние изменения величин воздушных промежутков

л,мкм	Кол-во излучения, сфокусированного в торец волокна, %
	0 мм	1 мм	1.5 мм	-1 мм	-1.5мм
0.2	59.97	51.43	34.52	51.43	34.52
0.3	67.63	67.63	54.19	67.63	54.19
0.4	69.52	68.68	46.07	68.68	46.07
0.5	70.31	67.35	44.48	67.35	44.48
0.6	70.74	65.63	42.19	65.63	42.19
0.7	71.01	65.03	42.35	65.03	42.35
0.8	71.19	63.91	41.18	63.91	41.18
0.9	71.34	63.18	40.83	63.18	40.83

Среднее количество излучения для всех точек поля и длин волн 56,73%

л,мкм	Кол-во излучения, сфокусированного в торец волокна, %
	0 мм	1 мм	1.5 мм	-1 мм	-1.5мм
0.2	59.70	59.70	56.82	59.70	56.82
0.3	67.64	67.64	43.60	67.64	43.60
0.4	69.52	69.52	49.01	69.52	49.01
0.5	70.32	70.32	53.81	70.32	53.81
0.6	70.75	70.75	58.40	70.75	58.40
0.7	71.01	71.01	62.89	71.01	62.89
0.8	71.20	71.20	65.63	71.20	65.63
0.9	71.34	71.34	70.05	71.34	70.05

Среднее количество излучения для всех точек поля и длин волн 64,37%

л,мкм	Кол-во излучения, сфокусированного в торец волокна, %
	0 мм	1 мм	1.5 мм	-1 мм	-1.5мм
0.2	59.70	59.70	43.51	59.70	43.51
0.3	67.63	67.63	67.63	67.63	67.63
0.4	69.52	69.52	67.43	69.52	67.43
0.5	70.31	70.31	61.85	70.31	61.85
0.6	70.74	70.74	54.98	70.74	54.98
0.7	71.01	71.01	52.20	71.01	52.20
0.8	71.19	71.19	50.19	71.19	50.19
0.9	71.34	71.34	48.57	71.34	48.57

Среднее количество излучения для всех точек поля и длин волн 63,67%

л,мкм	Кол-во излучения, сфокусированного в торец волокна, %
	0 мм	1 мм	1.5 мм	-1 мм	-1.5мм
0.2	59.70	59.70	45.67	59.70	45.67
0.3	67.63	67.63	61.12	67.63	61.12
0.4	69.52	69.52	68.68	69.52	68.68
0.5	70.31	70.31	65.67	70.31	65.67
0.6	70.74	70.74	62.23	70.74	62.23
0.7	71.01	71.01	58.19	71.01	58.19
0.8	71.19	71.19	54.91	71.19	54.91
0.9	71.34	71.34	53.30	71.34	53.30

Среднее количество излучения для всех точек поля и длин волн 64,84%

№ воздушного промежутка	Изменение количества излучения, , %	Величина смещения , мм
1-2	12,27	-1
1-2	5,33	+1
2-3	4,63	-1
2-3	4,16	+1

Рассчитаем коэффициенты влияния изменения воздушных промежутков :

Величины допусков рассчитаем по известной формуле для скалярных ошибок (т. е. для наихудшего случая):

,

где - коэффициент, определяющий вероятность наличия отклонения воздушного промежутка i-го компонента; n - общее количество степеней свободы для всех значимых компонентов.

Допуск на отклонение поступаемого излучения в волокно примем равным =15%

Результаты расчетов представлены в таблице.

№ компонента	,мм
1-2	±0.10
2-3	±0.10

4.2 Анализ влияния взаимоположения компонентов передающего канала на характеристики лазерного пучка

Исходные данные для:

r0=0.2 мм - радиус пучка в сечении перетяжки перед первым компонентом оптической системы;

zk0=33.34 мм - конфокальный параметр пучка перед первым компонентом оптической системы;

zp0=-350.5 мм - расстояние от передней фокальной плоскости первой линзы лазерной оптической системы до плоскости сечения перетяжки пучка на входе лазерной оптической системы;

Д=7.7 мм - расстояние от задней фокальной плоскости первой линзы лазерной оптической системы до передней фокальной плоскости второй линзы лазерной оптической системы;

r'2=0.05 - радиус пучка в сечении перетяжки после лазерной оптической системы;

d=200 мм - расстояние от второй линзы лазерной оптической системы до положения плоскости сечения перетяжки;

f'1=10.78 мм - фокусное расстояние первой линз

f'2=51.7 мм - фокусное расстояние второй линзы.

В ходе эксперимента было установлено, что наибольшее влияние на выходные параметры системы (диаметр и положение перетяжки) оказывают следующие погрешности:

· Децентрировка 1-го рода

· Децентрировка 2-го рода

· Изменение толщины воздушных промежутков

Моделирование оптической системы проведем в программе SOGL_OPT_4

Влияние децентрировки первого рода на величину размера пучка в плоскости сечения перетяжки приведено в таблице:

№ компонента	Изменение радиуса пучка, Дri, мм	Величина децентрировки I-ого рода, ДI,°
1	0.0039	0.1
2	0.0026

Определим коэффициенты влияния децентрировки I-ого рода на изменение радиуса пучка в плоскости сечения перетяжки:

- для первого компонента оптической системы

- для второго компонента оптической системы

Величина допуска на децентрировку первого рода определяется по формуле:

Закон распределения случайной величины будет считать нормальным. Это означает, что k=1.

Параметр M - общее количество степеней свободы децентрировки для всех компонентов. Для каждого из двух компонентов децентрировка имеет две степени свободы (вдоль осей OX и OY), поэтому М=4.

Допуск на децентрировку для первого компонента:

Допуск на децентрировку для второго компонента:

Влияние децентрировки первого рода на положение плоскости сечения перетяжки приведено в таблице:

№ компонента	Смещение плоскости сечения перетяжки, Дzi, мм	Величина децентрировки I-ого рода, ДI,°
1	2.3	0.1
2	1.8

Определим коэффициенты влияния децентрировки I-ого рода на положение плоскости сечения перетяжки:

- для первого компонента оптической системы

- для второго компонента оптической системы

Величина допуска на децентрировку первого рода определяется по формуле:

Закон распределения случайной величины будет считать нормальным. Это означает, что k=1.

Параметр M - общее количество степеней свободы децентрировки для всех компонентов. Для каждого из двух компонентов децентрировка имеет две степени свободы (вдоль осей OX и OY), поэтому М=4.

Сопоставляя значения допусков на децентрировку I-ого рода для двух случаев, приходим к выводу, что децентрировка для 1-ого и 2-ого компонента имеет значение:

№ компонента	.'
1	4,2
2	6,2

Влияние децентрировки второго рода на величину размера пучка в плоскости сечения перетяжки приведено в таблице:

№ компонента	Изменение радиуса пучка, Дri, мм	Величина децентрировки II-ого рода, ДII, мм
1	0.00058	0.01
2	0.00037

Определим коэффициенты влияния децентрировки II-ого рода на изменение радиуса пучка в плоскости сечения перетяжки:

- для первого компонента оптической системы

- для второго компонента оптической системы

Величина допуска на децентрировку второго рода определяется по формуле:



Закон распределения случайной величины будет считать нормальным. Это означает, что k=1.

Параметр M - общее количество степеней свободы децентрировки для всех компонентов. Для каждого из двух компонентов децентрировка имеет две степени свободы (вдоль осей OX и OY), поэтому М=4.

Допуск на децентрировку для первого компонента:

Допуск на децентрировку для второго компонента:

Влияние децентрировки II-ого рода на положение плоскости сечения перетяжки приведено в таблице:

№ компонента	Смещение плоскости сечения перетяжки, Дzi, мм	Величина децентрировки II-ого рода, ДIi, мм
1	0.38	0.01
2	0.11

Определим коэффициенты влияния децентрировки II-ого рода на положение плоскости сечения перетяжки:

- для первого компонента оптической системы

- для второго компонента оптической системы

Величина допуска на децентрировку II-ого рода определяется по формуле:

Закон распределения случайной величины будет считать нормальным. Это означает, что k=1.

Параметр M - общее количество степеней свободы децентрировки для всех компонентов. Для каждого из двух компонентов децентрировка имеет две степени свободы (вдоль осей OX и OY), поэтому М=4.

Допуск на децентрировку для первого компонента:

Допуск на децентрировку для второго компонента:

Сопоставляя значения допусков на децентрировку II-ого рода для двух случаев, приходим к выводу, что децентрировка для 1-ого и 2-ого компонента имеет значение:

№ компонента	.мкм
1	39
2	61

4.3 Анализ влияния взаимоположения компонентов реперного канала на радиус пятна рассеяния

Данная оптическая система служит для фокусировки излучения реперного диодного лазера, который выполняет функцию прицела на поверхность исследуемого образца. Так как указание точки, в которой будет происходить лазерная абляция, осуществляется визуально «на глаз», то ввиду данной особенности, диаметр сфокусированного пучка реперного лазера должен быть не более 0,15мм.

В ходе эксперимента было установлено, что наибольшее влияние на выходные параметры системы (диаметр и положение пятна) оказывают следующие погрешности:

· Децентрировка 1-го рода

· Децентрировка 2-го рода

· Изменение толщины воздушных промежутков

Влияние децентрировки 1-го рода

Причиной децентрировки первого рода является наклон компонента относительно оптической оси системы

По результатам компьютерного моделирования в программе ZEMAX децентрировок 1-го рода были составлены таблицы

№ компонента	Увеличение радиуса пятна рассеяния Дr, мкм	Величина децентрировки 1 рода , град
1	26,2	1
2	25,2	1
3	18,4	1
4	13,4	0,5
5	39	0,5
6	6,3	2

Рассчитаем коэффициенты влияния децентрировки I рода :

Несмотря на то, что децентрировки I рода приводят к векторным ошибкам, величины допусков рассчитаем по известной формуле для скалярных ошибок (т. е. для наихудшего случая):

,

где - коэффициент, определяющий вероятность наличия децентрировки первого рода i-го компонента; n - общее количество степеней свободы де- центрировки второго рода для всех значимых компонентов. Примем, что все

возможные децентрировки первого рода подчиняются нормальному закону распределения, т.е. =1 для любого i , поскольку в нашем случае де- центрировка первого рода присуща шести элементам, а для каждого элемента данная децентрировка имеет по две степени свободы (вдоль осей OX и OY ), то n=12.

Допуск на отклонение радиуса кружка рассеяния примем равным

=75мкм-51,9мкм=13,1мкм

Результаты расчетов представлены в таблице.

№ компонента	.'
1	6,5
2	6,8
3	9,3
4	6,4
5	2,2
6	54,5

Влияние децентрировки 2-го рода

Причиной децентрировки II рода является параллельное смещение оптических компонентов относительно оптической оси системы.

По результатам компьютерного моделирования в программе ZEMAX децентрировок 2-го рода были составлены таблицы

№ компонента	Увеличение радиуса пятна рассеяния Дr, мкм	Величина децентрировки 2-го рода , мкм
1	0	0
2	42,9	200
3	47,3	1000
4	12	500
5	7,4	1000
6	37,7	500

Рассчитаем коэффициенты влияния децентрировки I рода :

Несмотря на то, что децентрировки II рода приводят к векторным ошибкам, величины допусков рассчитаем по известной формуле для скалярных ошибок (т. е. для наихудшего случая):

,

где - коэффициент, определяющий вероятность наличия децентрировки второго рода i-го компонента; n - общее количество степеней свободы де- центрировки второго рода для всех значимых компонентов. Примем, что все возможные децентрировки второго рода подчиняются нормальному закону распределения, т.е. =1 для любого i , поскольку в нашем случае де- центрировка второго рода присуща шести элементам, а для каждого элемента данная децентрировка имеет по две степени свободы (вдоль осей OX и OY ), то n=12.

Допуск на отклонение радиуса кружка рассеяния примем равным

=75мкм-51,9мкм=13,1мкм

Так как первый элемент представляет собой плоскопараллельную пластину, а следовательно его смещение относительно оптической оси не влияет на размер пятна рассеяния, то зададим допуск на децентрировку исходя из того, чтобы не допустить экранирования краевых лучей

Результаты расчетов представлены в таблице.

№ компонента	,мкм
1	1000
2	608,2
3	119,1
4	386,3
5	37,9
6	168,2
7	25,8'

Влияние изменения величин воздушных промежутков

Данный узел последовательно включает в себя 3 оптические системы

· компоненты 1-3 - коллиматор излучения реперного диодного лазера;

· компоненты 4-5 - афокальный расширитель лазерного пучка

· компонент 6 - фокусирующая линза.

Следовательно, влияние изменения воздушных промежутков между этими компонентами незначительно.

По результатам моделирования в программе ZEMAX получим следущие данные

№ воздушного промежутка	Увеличение радиуса пятна рассеяния Дr, мкм	Величина смещения , мкм
1-2	35,9	-100
1-2	47,3	+100
2-3	31,2	-50
2-3	28,9	+0,50
4-5	14,3	-100
4-5	16,1	0,100

Рассчитаем коэффициенты влияния изменения воздушных промежутков :

Величины допусков рассчитаем по известной формуле для скалярных ошибок (т. е. для наихудшего случая):

,

где - коэффициент, определяющий вероятность наличия отклонения воздушного промежутка i-го компонента; n - общее количество степеней свободы для всех значимых компонентов.

Допуск на отклонение поступаемого излучения в волокно примем равным

=15%

Результаты расчетов представлены в таблице.

№ компонента	,мм
1-2	±0,03
2-3	±0.02
4-5	±0.05

Исходя из полученных данных по допускам на оптические компоненты можно сделать вывод, что компоненты являются изделиями массового изготовления и не требуют особых условий по контролю и юстировке. Кроме того, для крепления оптических компонент используются свинчивающиеся оправы, так как данный вид крепления разрешен в рамках полученных допусков и наименее трудоемок.

4.4 Разработка технологического процесса сборки и юстировки лазерного искрового эмиссионного спектроанализатора

4.4.1 Разработка технологической карты сборочного процесса

Схема деления прибора

Особенность сборки реперного канала состоит в том, что число юстировочных операций сведено к минимуму, так как данная оптическая система состоит из 3-х составляющих, положение которых относительно друг друга слабо влияет на положение и размер пятна рассеяния в плоскости изображения

№ этапа	Содержание этапа	Контролируемые параметры
1	Установка пластины РЛ2.01.01.01.01.003 в оправу РЛ2.01.01.01.01.004
2	Установка кольца РЛ2.01.01.01.01.005 в оправу РЛ2.01.01.01.01.004
3	Установка линзы РЛ2.01.01.01.01.006 в оправу РЛ2.01.01.01.01.004
4	Установка кольца РЛ2.01.01.01.01.007 в оправу РЛ2.01.01.01.01.004
5	Установка линзы РЛ2.01.01.01.01.002 в оправу РЛ2.01.01.01.01.
6	Установка резьбового кольца РЛ2.01.01.01.01.001 в оправу РЛ2.01.01.01.01.004
7	Установка лазерного диода РЛ2.01.01.01.02.000 в оправу РЛ2.01.01.01.01.004
8	Установка резьбового кольца РЛ2.01.01.01.02.000 в оправу РЛ2.01.01.01.01.004
9	Юстировка положения лазерного диода в оправе с помощью винтов А.М1.6х3 ГОСТ 1491 - 80.	Контроль расходимости и диаметра выходного пучка
10	Установка линзы РЛ2.01.02.04.03.000 в оправу РЛ2.01.01.01.05.000
11	Установка кольца РЛ2.01.02.04.02.000 в оправу РЛ2.01.01.01.05.000
12	Установка линзы РЛ2.01.02.04.04.000 в оправу РЛ2.01.01.01.05.000РЛ2 01.01.01
13	Установка резьбового кольца РЛ2.01.02.04.02.000 в оправу РЛ2.01.01.01.05.000	Контроль афокальности
14	Установка кольца РЛ2.01.02.03.00.000 в телескопическую насадку РЛ2.01.02.04.00.000
15	Установка линзы РЛ2.01.02.02.00.000 в телескопическую насадку РЛ2.01.02.04.00.000
16	Установка резьбового кольца РЛ2.01.02.01.00.000 в телескопическую насадку РЛ2.01.02.04.00.000	Контроль заднего фокального отрезка
17	Соединение коллимирующего узла в сборе РЛ2.01.01.00.00.000 с фокусирующим узлом в сборе РЛ2.01.02.00.00.000	Контроль диаметра пятна в задней фокальной плоскости

В связи с тем, что допуска на изготовление и сборку компонент мягкие и возможностью минимизации контрольно - юстировочных операций, при сборки установки проводятся только одна операции.

4.4.2 Разработка технологической карты эскизов сборочного процесса

1 часть: сборка узла коллиматора

1) Установить плоскопараллельную пластину РЛ2.01.01.01.01.003 в оправу РЛ2.01.01.01.01.004

2) Установить кольцо РЛ2.01.01.01.01.005 в оправу РЛ2.01.01.01.01.004

3) Установить линзу РЛ2.01.01.01.01.006 в оправу РЛ2.01.01.01.01.004.

4) Установить кольцо РЛ2.01.01.01.01.007 в оправу РЛ2.01.01.01.01.004.

5) Установить линзу РЛ2.01.01.01.01.002 в оправу РЛ2.01.01.01.01.004.

6) Ввернуть резьбовое кольцо РЛ2.01.01.01.01.001 в оправу РЛ2.01.01.01.01.004. тем самым зафиксировав положение оптических компонентов.

7) Установить лазерный диод РЛ2.01.01.01.02.000 в оправу РЛ2.01.01.01.01.004.

8) Ввернуть резьбовое кольцо РЛ2.01.01.01.02.000 в оправу РЛ2.01.01.01.01.004.

9) Установить коллимирующий узел в сборе РЛ2.01.01.00.00.000 на оптическую скамью, юстировку положения лазерного диода в оправе провести с помощью 3-х винтов А.М1.6х3 ГОСТ 1491 - 80. Добиться совмещения плоскости излучения диода с фокальной плоскостью коллимирующей насадки. параллельность пучка лазерного диода на выходе контролировать при помощи измерителя КИ-2П.



Измерительная камера КИ-2П

10)После проведения контрольно-юстировочных операций в п 9, затянуть винты А.М1.6х3 ГОСТ 1491 - 80, тем самым зафиксировав положение лазерного диода РЛ2.01.01.01.02.000 в оправе РЛ2.01.01.01.01.004.

2 часть: сборка телескопической насадки.

1)Установить линзу РЛ2.01.02.04.03.000 в оправу РЛ2.01.01.01.05.000

2) Установить компенсационное кольцо РЛ2.01.02.04.02.000 в оправу РЛ2.01.01.01.05.000

3) Установить линзу РЛ2.01.02.04.04.000 в оправу РЛ2.01.01.01.05.000

4) Ввернуть резьбовое кольцо РЛ2.01.02.04.01.000 в оправу РЛ2.01.01.01.05.000. тем самым зафиксировав положение оптических компонентов.

5) Установить телескопическую насадку в сборе РЛ2.01.02.04.00.000 на оптическую скамью ОСК-2, при помощи автоколлиматора f'=1600мм со светоделительным кубиком, фильтром КС-15 и эталонного плоского зеркала контролировать афокальность системы.

3 часть: сборка фокусирующего узла.

1) Установить линзу РЛ2.01.02.02.00.000 в телескопическую насадку РЛ2.01.02.04.00.000.

2) Ввернуть резьбовое кольцо РЛ2.01.02.01.00.000 в телескопическую насадку РЛ2.01.02.04.00.000.

3) Установить фокусирующий узел в сборе РЛ2.01.02.00.00.000 на оптическую скамью, с помощью коллиматора и микроскопа измерить задний фокальный отрезок Sf=200мм.

4 часть: сборка реперного канала.

1) С помощью резьбового соединения соединить коллимирующий узел в сборе РЛ2.01.01.00.00.000 с фокусирующим узлом в сборе РЛ2.01.02.00.00.000.

2)Установить реперный канал в сборе РЛ2.01.00.00.00.000 на оптическую скамью. Контролировать диаметр пятна лазерного излучения при помощи измерительной камеры КИ-2П. Диаметр пятна должен быть не более 0,15мм

В данной главе проведен анализ допусков на расположение оптических компонентов в передающей, реперной и приемной оптический системах лазерного эмиссионного искрового спектроанализатора. Был разработан технологический процесс сборки и контроля реперной системы прибора.

Основными требованиями к взаимному расположению этих систем является точное совмещение фокальных плоскостей. На это влияют следующие параметры

· Смещения сфокусированного на исследуемом образце лазерного излучения, прошедшего через передающую систему.

· Расфокусировка излучения лазера, создающего плазменный факел

· Расфокусировка излучения реперного лазера

Так же на работу спектрального прибора влияют следующие факторы

· Непопадание излучения плазменного факела в приемный объектив вследствие его углового смещения.

· Расфокусировка излучения плазмы на торце волокна.

· Несоосность приемного объектива и волокна.

Более подробное внимание в данной работе уделено моделированию распределения пятна рассеяния на торце волокна вследствие различных факторов, таких как децентрировка 1-го и 2-го рода, изменение воздушных промежутков между оптическими компонентами.

Наиболее жесткими получились допуски на сборку передающего канала, наиболее мягкими на сборку реперного канала. Так же хотелось бы отметить важность точного положения последнего компонента в приемной оптической системе, так как допуски на его положение относительно всей оптической системы влияют на положение пятна рассеяния от излучения плазменного факела, относительно плоскости сечения сердцевины волокна.

Разработана раздельная схема сборки и контроля элементов оптической схемы реперного канала, ввиду чего данная оптическая система после полного процесса сборки не нуждается в какой-либо дополнительной юстировке.

Технологическая карта сборочного процесса и карта эскизов сборочного процесса приведены в графической части дипломной работы.

5. Экономическая часть

5.1 Описание цели проведения НИОКР

Целью проведения данной НИОКР является создание опытного образца лазерно-искрового эмиссионного спектроанализатора. Такие приборы только начали выпускаться за рубежом и не имеют аналогов на отечественном рынке. Создание качественного и недорогого ЛИЭ спектроанализатора безопасного для глаз является важной и комммерчески выгодной задачей.

Поскольку производство спектроанализатора представляется сравнительно сложным процессом, требующим навыков расчета оптических систем, конструирования, создания программ для управления и т.п., очень важно грамотно запланировать проведение НИОКР для получения ее результатов. Правильное планирование НИОКР и последующего производства позволит в краткие сроки окупить расходы на исследовательскую работу и получить прибыль.

При планировании НИОКР предусматривается выполнение следующих этапов:

1. Определение стадий и этапов НИОКР

2. Определение трудоемкости и продолжительности этапов

3. Составление план-графика выполнения НИОКР

4. Расчет затрат на выполнение НИОКР

5.2 Определение стадий и этапов НИОКР

Цикл НИОКР состоит из стадий, разбивающихся на этапы. Под стадией понимается логически обоснованный комплекс работы, имеющий самостоятельное значение и являющийся объектом планирования и финансирования.

1. На первой стадии - разработке технического задания (ТЗ) - подбираются и изучаются научно-техническая литература, патентная информация и другие материалы по теме, обсуждаются полученные данные, на их основе составляется аналитический обзор и выдвигаются гипотезы. По результатам анализа выбираются направления работы и пути реализации требований, которым должно удовлетворять изделие. Составляется отчетная документация по стадии, определяются необходимые исполнители, подготавливается и выдается техническое задание.

В техническом задании определяется назначение будущего изделия, тщательно обосновываются его технические и эксплуатационные параметры и характеристики: производительность, габариты, скорость, надёжность, долговечность и другие показатели, обусловленные характером работы будущего изделия. В нём также содержатся сведения о характере производства, условиях транспортировки, хранения и ремонта, рекомендации по выполнению необходимых стадий разработки конструкторской документации и её составу, технико-экономическое обоснование и другие требования.

2. На второй стадии - проведении теоретических и экспериментальных исследований - осуществляются:

1) теоретическая разработка темы, в процессе которой проверяются научные и технические идеи, разрабатываются методики исследований, обосновывается выбор разного рода схем, выбираются методы расчётов и исследований, выявляется необходимость проведения экспериментальных работ, разрабатываются методики их проведения;

2) если определена необходимость проведения экспериментальных работ, осуществляются проектирование и изготовление макетов и экспериментального образца;

3) проводятся стендовые и полевые экспериментальные испытания образца по разработанным программам и методикам, анализируются результаты испытаний, определяется степень соответствия полученных данных на экспериментальном образце расчетным и теоретическим выводам. Если имеют место отклонения, то дорабатывается экспериментальный образец, и проводятся дополнительные испытания, при необходимости вносятся изменения в разработанные схемы, расчеты, техническую документацию.

3. Эскизный проект состоит из графической части и пояснительной записки.

Первая часть содержит принципиальные конструктивные решения, дающие представление об изделии и принципе его работы, а также данные, определяющие назначение, основные параметры и габаритные размеры. Таким образом, она дает конструктивное оформление будущей конструкции изделия, включая чертежи общего вида, функциональные блоки, входные и выходные электрические данные всех узлов (блоков), составляющих общую блок-схему. На этой стадии разрабатывается документация для изготовления макетов, осуществляется их изготовление и испытания, после чего корректируется конструкторская документация. Вторая часть эскизного проекта содержит расчет основных параметров конструкции, описание эксплуатационных особенностей и примерный график работ по технической подготовке производства.

В состав задач эскизного проекта входит и разработка различных руководящих указаний по обеспечению на последующих стадиях технологичности, надежности, стандартизации и унификации, а также составление ведомости спецификаций материалов и комплектующих изделий на опытные образцы для последующей передачи их в службу материально-технического обеспечения. Макет изделия позволяет добиться удачной компоновки отдельных частей, найти более правильные эстетические и эргономические решения и тем самым ускорить разработку конструкторской документации на последующих стадиях. Эскизный проект проходит те же стадии согласования и утверждения, что и техническое задание.

4. Технический проект разрабатывается на основе утвержденного эскизного проекта и предусматривает выполнение графической и расчетной частей, а также уточнения технико-экономических показателей создаваемого изделия. Он состоит из совокупности конструкторских документов, содержащих окончательные технические решения, которые дают полное представление об устройстве разрабатываемого изделия и исходные данные для разработки рабочей документации.

В графической части технического проекта приводятся чертежи общего вида проектируемого изделия, узлов в сборке и основных деталей. Чертежи обязательно согласовываются с технологами. В пояснительной записке содержатся описание и расчет параметров основных сборочных единиц и базовых деталей изделия, описание принципов его работы, обоснование выбора материалов и видов защитных покрытий, описание всех схем и окончательные технико-экономические расчеты. На этой стадии при разработке вариантов изделий изготавливается и испытывается опытный образец. Технический проект проходит те же стадии согласования и утверждения, что и техническое задание.

5.3 Определение трудоемкости и продолжительности этапов НИОКР

За основу расчета трудоемкости возьмём примерное соотношение трудоёмкости этапов проектных работ, характерное для приборостроения, из учебного пособия «Организация и планирование проведения НИОКР.Методические указания по разработке организационно-экономической части дипломных проектов исследовательского и конструкторского профиля» (Таблица 5.1):

Таблица 5.1

№		Содержание этапа	Трудоёмкость, %
1	КПП	Согласование и утверждение технического задания	3
2		Сбор, изучение, анализ и обобщение подобранных материалов и научно-технической информации	5
3		Проведение теоретических и экспериментальных исследований	5
4		Эскизное проектирование изделия	10
5		Техническое проектирование изделия	15
6		Оформление конструкторской документации	12
7	ТПП	Технологическая и материальная подготовка производства, изготовление деталей, сборка и монтаж узлов	30
8		Проведение стендовых и эксплуатационных испытаний	10
9		Разработка методики наладки и ввода изделия в эксплуатацию	10
		Итого:	100

Так как хорошо известен состав конструкторской документации, воспользуемся методом расчета по структуре трудоемкости НИОКР. Этот метод применяется в тех случаях, когда имеется надежно рассчитанная трудоемкость одного из основных этапов исследования и структура (в процентах или долях) трудоемкости НИОКР по этапам.

Итак, определим трудоемкость стадии оформления конструкторской документации по нормативно-статистическому методу, воспользовавшись документом «Типовые нормы времени на разработку конструкторской документации». За единицу нормирования принимается время разработки одного чертежа технической документации требуемого формата. Трудоемкость технического проектирования вычисляется по следующей формуле:

, (5.1)

где - число ожидаемых чертежей, шт., - трудоемкость технического проектирования, чел. час, - норма времени на разработку одного чертежа данного формата и сложности, - поправочный коэффициент в зависимости от фактического формата (табл. 1 [14]), - поправочный коэффициент к типовым нормам времени в зависимости от типа производства проектируемых изделий (единичный, серийный или массовый) - поправочный коэффициент к типовым нормам времени в зависимости от масштаба исполнения чертежа При проектировании изделия, не имеющего аналога, к норме времени применяется коэффициент для сборочных чертежей и для деталировок.

Лазерные телевизоры планируется выпускать серийно, а для серийного производства . Для всех чертежей примем , поскольку в основном мы будем иметь дело с увеличивающими масштабами. Для сборочных чертежей примем как для изделий, не имеющих аналогов.

Составим таблицу разрабатываемых чертежей (таблица 5.2).

Таблица 5.2. Нормы времени на разработку чертежей.

	Название	Формат	Кол-во		K2	К3	КА	, ч
Проектно-конструкторская часть	Теоретический чертеж	А1	2	1	1,1	1,1	1,2	5,42
	Сборочный чертеж	А1	3	1	1,1	1,1	1,5	20,7
	Сборочный чертеж	А3	7	0,4	1,1	1,1	1,5	18,0
	Рабочие чертежи деталей	А4	25	0,2	1,1	1,1	2,0	1,3
	Спецификации	А4	10	0,2	1,1	1,1	1,2	1,5
Оптическая часть	Оптическая схема	А1	1	1	1,1	1,1	1,5	5,42
Технологическая часть	Карта эскизов Технологическая карта сборочного процесса	А1	2	1	1,1	1,1	1,5	7,18
Организационно-экономическая часть	Теоретический чертеж	A1	1	1	1,1	1,1	1,5	6,24

Подставив все данные, получим трудоемкость технического проектирования:

Руководствуясь данными таблицы 6.1, определим общую трудоемкость НИОКР:

(5.2)

5.3.1 Определение трудоёмкости отдельных этапов НИОКР прибора

Трудоёмкость отдельных этапов НИОКР, рассчитанная в соответствии общей трудоемкостью, приведена в Таблице 5.3.

Таблица 5.3. Трудоёмкость отдельных этапов КПП

№		Содержание этапа	Трудоёмкость
			%	чел./ч
1	КПП	Согласование и утверждение технического задания	3	70,91
2		Сбор, изучение, анализ и обобщение подобранных материалов и научно-технической информации	5	118,18
3		Разработка основных направлений работ и теоретических вопросов	5	118,18
4		Эскизное проектирование изделия	10	236,35
5		Техническое проектирование изделия	15	354,53
6		Оформление конструкторской документации	12	283,62
7	ТПП	Технологическая и материальная подготовка производства, изготовление деталей, сборка и монтаж узлов	30	709,05
8		Проведение стендовых и эксплуатационных испытаний	10	118,18
9		Разработка методики наладки и ввода изделия в эксплуатацию	10	118,18
		Итого:	100	2363,5

5.3.2 Определение фонда рабочего времени за заданный период НИОКР

Определим фонд рабочего времени в соответствии с требованиями по срокам проведения проектно-конструкторских работ (в соответствии с заданием на проектирование с 06.02.2012 г. по 31.05.2012 г.) при 40-часовой рабочей неделе (8-часовой рабочий день, 7-часовой предпраздничный; 5 рабочих дней в неделю).

Таким образом, фонд рабочего времени за период НИОКР будет составлять (табл. 6.4):

(5.3)

Фонд рабочего времени при пересчёте в рабочие часы:

, (5.4)

где - общее количество предпраздничных дней за период проектирования; - общее количество обыкновенных рабочих дней за тот же период.

Таблица 5.4. Трудовой календарь за установленный период проведения НИОКР.

	Февраль	Март	Апрель	Май
Календарные дни	29	31	30	31
Предпраздничные дни	1	1	1	1
Выходные и праздничные дни	9	10	9	10
Рабочие дни	20	20	20	20
Рабочие дни, выходящие за пределы периода проектирования	3	0	0	0
Предпраздничные дни, выходящие за пределы периода проектирования	0	0	0	0
Итог: рабочие дни в рамках периода проектирования	16	20	20	20
Итог: предпраздничные дни в рамках периода проектирования	1	1	1	1

5.3.3 Определение количества и категории исполнителей

При выполнении НИОКР с директивным сроком окончания темы требуемое количество исполнителей для выполнения этапа в заданный срок определяется по формуле [13]:

, (5.5)

где - трудоёмкость -го этапа КПП, чел./час; - коэффициент дополнительных работ, учитывающий затраты времени на работы, не предусмотренные нормативами (); - коэффициент, учитывающий выполнение норм (); - фонд рабочего времени исполнителя за период, определяемый директивными сроками.

На предприятии директивные сроки назначаются таким образом, что расчётное количество исполнителей на любом этапе КПП примерно одинаковое и составляет приблизительно 3 человека, за исключением двух первых и двух последних этапов. На первом, втором и последнем этапах обычно закреплено два сотрудника. Для определённости зададимся величиной на любом из этапов КПП и ТПП.

Длительность каждой из стадий ПКР определяется по формуле:

,(5.6)

где - трудоёмкость этапа; - доля дополнительных работ; - принимаемое количество исполнителей; - количество часов в рабочем дне.

Для примера рассчитаем продолжительность первого этапа:

.

Аналогично рассчитаем остальные , результаты занесём в Таблицу 6.5.

Таблица 6.5. Расчётная и принимаемая продолжительность этапов КПП и ТехПП

№ этапа	1	2	3	4	5	6	7	8	9	Итого
Количество исполнителей, чел.	2	3	3	4	6	3	6	3	3
Расчётная продолжительность, часы	70,91	118,18	118,18	236,35	354,53	283,62	709,05	118,18	118,18	2363,5
Расчётная продолжительность, дни	5,32	5,9	5,9	8,86	8,86	14,18	17,73	5,9	5,9
Принимаемая продолжительность, дни	6	6	6	9	9	15	18	6	6	78

В соответствии с классификаторами и единым тарифно-квалификационным справочником назначим квалификацию и разряды работников, выполняющих этапы КПП и ТехПП [15, 16] (таблица 5.6).

Таблица 5.6.Квалификация и разряд оплаты труда исполнителей КПП

№ этапа	Содержание работ	Квалификация исполнителей	Разряд
1	Согласование и утверждение технического задания	Ведущий инженер	13
		Инженер-конструктор I категории	13
2	Сбор, изучение, анализ и обобщение подобранных материалов и научно-технической информации	Ведущий инженер	12
		Техник	8
		Техник	8
3	Разработка основных направлений работ и теоретических вопросов	Инженер-конструктор I категории	13
		Инженер-конструктор II категории	12
		Техник	8
4	Эскизное проектирование изделия	Инженер-конструктор I категории	13
		Инженер-конструктор II категории	12
		Техник	8
5	Техническое проектирование изделия	Инженер-конструктор I категории	13
		Инженер-конструктор II категории	12
		Техник	8
6	Оформление конструкторской документации	Инженер-конструктор III категории	11
		Техник	8
		Техник	8
7	Технологическая и материальная подготовка производства, изготовление деталей, сборка и монтаж узлов	Инженер-технолог	13
		Инженер-технолог	13
		Техник	8
8	Проведение стендовых и эксплуатационных испытаний	Инженер-технолог	13
		Инженер химик	13
		Техник	8
9	Разработка методики наладки и ввода изделия в эксплуатацию	Иженер-конструктор I категории	13
		Инженер-технолог	13
		Специалист по работе с ПО	13

6. Промышленная экология и безопасность

6.1 Планирование системы безопасности в ЛИЭС

Компоненты, применяемые в измерениях методом ЛИЭС, обычно производятся промышленно и в целом безопасны, если их использовать надлежащим образом. Лаборатория является контролируемой средой, в которой можно управлять экспериментальными условиями, и меры безопасности соблюдать в ней гораздо проще, чем в полевых условиях. Поскольку ЛИЭС используют в полевых условиях, в местах и для материалов, которые нельзя предусмотреть здесь, каждую ситуацию следует оценивать исходя из того, что включает конкретные эксперимент или применение. В течение многих лет, когда велись работы с ЛИЭС, рабочим окружением были система газификации угля в пустыне летом с температурой около 43 °С в тени при прокладке туннеля и производство стали. Каждое место и измерение ЛИЭС имеет свои уникальные требования к безопасности. Чтобы адекватно учесть эти опасности при работе, должен быть подготовлен план безопасности, стандартная рабочая процедура или план контроля за рисками, которые были бы согласованы с персоналом, обученным по каждому из рисков, связанных с работой. Примеры включают, в частности, должностное лицо по лазерной безопасности, специалистов по производственной гигиене и по промышленной безопасности. Часто бывает целесообразно, чтобы любая операция с химическими реактивами была рассмотрена химиком, который может заметить опасности, не очевидные для других специалистов. В данном проекте представлен краткий обзор некоторых наиболее общих вопросов, связанных с безопасностью, которые необходимо рассматривать и во многих случаях принимать меры.

6.2 Опасные факторы при работе с лазерами

Лазерные системы промышленного производства -- это тщательно разработанные, надежные и безопасные приборы, которые должны удовлетворять определенным государственным требованиям. Напряжения и токи, используемые во многих лазерах, опасны и потенциально смертельны. Персонал защищен от высокого напряжения и электрического удара с помощью блокировок и заземленного металлического корпуса. Блокировки иногда отключают, чтобы можно было выполнить монтаж и установку, и в это время следует соблюдать крайнюю осторожность, чтобы обеспечить безопасную работу. Лазеры, используемые в экспериментах по ЛИЭС, обычно имеют IV класс опасности в отношении воздействия лазерного излучения на глаза и кожу. Поскольку ЛИЭС все более широко используют в полевых условиях и для дистанционного анализа с открытым прохождением излучения на расстояниях нескольких метров, следует соблюдать особую осторожность при разработке и проведении измерений ЛИЭС. Здравый смысл и нормативы безопасности, такие, как ГОСТ Р 50723-94 «Лазерная безопасность. Общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерных изделий» обеспечивают общепринятые правила и инструкции по безопасному использованию лазеров, и к ним следует обращаться во всех случаях. В дополнение следует отметить, что защита глаз зависит от длины волны лазерного излучения. Например, защита для глаз от излучения с длиной волны 1064 нм не годится для длин волн гармоник, таких, как 532 нм. Лазерный институт Америки в Орландо, Флорида, имеет информацию, относящуюся к лазерной безопасности, обучению мерам безопасности, а также материалам и устройствам для минимизации воздействия лазерного облучения.

Таблица 6.1. Некоторые возможные источники опасности, связанные с элементами по ЛИЭС

Источник	Опасность	Источники информации
Лазерное излучение	Повреждение глаз и/иди кожи	ГОСТ Р 50723-94; инженер по лазерной безопасности; СПиН №5804-91; руководство для оператора лазеров (ANSI, 2000)
Высокое напряжение (например, блоки питания лазеров)	Потенциально смертельное напряжение	Руководство для оператора лазеров; инженер по электробезопасности; консультация с производителем лазеров до начала работы с электрической системой; организация работы с помощью технического специалиста, имеющего знание системы (NFPA, 2005)
Работа и хранение материалов, используемых для LIBS	Токсические, коррозийные, могут реагировать с другими материалами	MSDS ( Сертификат безопасности материала)
Аэрозоли, полученные при воздействии лазера	Опасность при вдыхании (Be, As, Сг и его соединения, Т1, силикатная пыль и т. д.)	MSDS; специалист по промышленной гигиене; предельные допустимые концентрации приведены в OSHA и ACGIH (ACGIH, 2005а,Ь)
Воспламенение при воздействии лазера	Взрывоопасные смеси (например, Нг и Ог; растворители в виде аэрозолей; жидкие растворители)

дипломная работа "Проектирование и расчет лазерно-искрового эмиссионного анализатора" скачать

Подобные документы

• Расчет параметров воздействия лазерного излучения на органы зрения

  Расчет параметров воздействия отраженного или рассеянного лазерного излучения на органы зрения персонала, который обслуживает лазерные установки. Применение лазерного излучения в медицине. Параметры лазерного пучка, преобразованного оптической сиcтемой.
  
  дипломная работа [1,5 M], добавлен 20.07.2015
  

• Разработка лазерной установки для измерения коэффициента температуропроводности методом лазерной вспышки

  Определение мощности лазерного излучения, подаваемого на образец. Вычисление размеров лазерного пучка на образце. Разработка системы измерения мощности излучения и длительности лазерного импульса, системы измерения температуры в зависимости от времени.
  
  лабораторная работа [503,2 K], добавлен 11.07.2015
  

• Разработка лазерного измерителя скорости на основе спекл-полей

  История и основное энергетическое понятие фотометрии; визуальные и физические методы. Разработка оптико-механической схемы лазерного измерителя скорости на основе спекл-полей; расчет оптических параметров, чувствительности; описание установки в динамике.
  
  курсовая работа [123,9 K], добавлен 19.05.2013
  

• Лазерный однокомпонентный измеритель вибрации

  Назначение, состав и работа лазерного однокомпонентного измерителя вибрации. Пространственное моделирование рассеянного когерентного излучения на сферических микрочастицах. Расчет прохождения неполяризованного лазерного пучка по методу Мюллера и Джонса.
  
  курсовая работа [2,7 M], добавлен 25.04.2012
  

• Исследование энергетических характеристик источников лазерного излучения эталона единиц средней мощности, ослабления и длины волны оптического излучения для волоконно-оптических систем связи и передачи информации

  Понятие об оптическом волокне. Прохождение светового излучения через границу раздела сред, а также в оптических волокнах, определение окон прозрачности. Стабильность мощности лазерного излучения. Принципы измерения мощности на разных длинах волн.
  
  курсовая работа [832,5 K], добавлен 07.01.2014
  

• Исследование физических явлений в диэлектрических жидкостях инициируемых лазерным излучением

  Взаимодействие лазерного излучения с атомами. Пробой жидкостей под действием лазерного излучения. Туннельный эффект в лазерном поле. Модель процессов ионизации вещества под воздействием лазерного излучения. Методика расчета погрешностей измерений.
  
  дипломная работа [7,4 M], добавлен 10.09.2010
  

• Лазеры и их применение

  Принцип действия и разновидности лазеров. Основные свойства лазерного луча. Способы повышения мощности лазерного излучения. Изучение особенностей оптически квантовых генераторов и их излучения, которые нашли применение во многих отраслях промышленности.
  
  курсовая работа [54,7 K], добавлен 20.12.2010
  

• Механизмы действия высокоинтенсивного лазерного излучения на биологические ткани

  Принцип работы лазера. Классификация современных лазеров. Эффекты, в виде которых в тканях организма реализуется биологическое действие высокоинтенсивного лазерного излучения. Действующие факторы лазерного излучения. Последствия действия светового потока.
  
  презентация [690,8 K], добавлен 19.05.2017
  

• Усилитель мощности

  Расчет напряжений питания, потребляемой мощности, мощности на коллекторах оконечных транзисторов. Расчет площади теплоотводов. Расчет и выбор элементов усилителя мощности. Расчёт элементов цепи отрицательной обратной связи. Проектирование блока питания.
  
  курсовая работа [516,1 K], добавлен 09.12.2012
  

• Электрический расчет бытовых электроприборов

  Электрический расчет аккумулирующего водоэлектронагревателя и определение мощности электроэнергии, потребляемой из сети и необходимой для нагрева определенного количества воды. Электрический расчет тепловентилятора. Электрический расчет жарочного шкафа.
  
  контрольная работа [74,7 K], добавлен 02.12.2009
  

Другие документы, подобные "Проектирование и расчет лазерно-искрового эмиссионного анализатора"

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам