Повышение точности оптического датчика перемещений в условиях воздействия вибрации на контролируемый объект

Оптические датчики на основе многоэлементной линейки фотоприемников широко применяются в измерительной технике. Воздействие вибрации на оптические датчики линейного перемещения является одним из факторов, снижающих точность измерений. Разработан алгоритм обработки сигнала с датчика, обеспечивающий снижение негативного влияния вибрации на точность измерений. Использованы методы численного моделирования, в качестве параметров моделирования выступают характеристики линейки фотоприемников TCD1304 марки Toshiba. Моделируемый диапазон соотношения периода интегрирования линейки фотоприемников к периоду вибраций составляет от 0,02 до 2. Результаты исследования показали снижение погрешности измерений, по сравнению с датчиком, использующим при оценке линейного положения центроид-метод. Эффективность достигнута при отношении периода интегрирования к периоду вибраций больше 0,1. Анализ результатов подтверждает эффективность разработанного алгоритма обработки сигналов в части повышения динамических метрологических характеристик датчиков линейных перемещений. Алгоритм может быть рекомендован для использования в точном машиностроении и авиационной технике, где особенно актуальна проблема вибрационных помех. 

1. Борисов Р. А. Датчики давлений на основе оптоэлектронных преобразователей для систем управления высотно-скоростными параметрами воздушного судна: дис. … канд. техн. наук. Ульяновск, 2022. 187 с.

2. Пат. РФ 2712777. Датчик аэрометрических давлений / И. В. Антонец, Р. А. Борисов, А. А. Черторийский. Заявл. 13.05.2019, опубл. 31.01.2020.

3. Беринцев А. В., Веснин В. Л., Черторийский А. А. Особенности корреляционной обработки сигналов датчиков на основе волоконно-оптических брэгговских решеток // Радиоэлектронная техника. 2011. № 1(4). С. 193–198.

4. Каштанов Н. В., Черторийский А. А. Моделирование работы многоэлементной фотоприемной линейки при воздействии высокочастотной помехи на медленноизменяющийся полезный сигнал // Актуальные проблемы физической и функциональной электроники: матер. 26-й Всерос. мол. науч. конф. Ульяновск, 24–26 октября 2023 года. Ульяновск: УлГТУ, 2023. С. 304–306. DOI: 10.61527/APPFE-2023.304-306.

5. Черторийский А. А. Анализ динамических характеристик многоэлементной фотоприемной линейки // Радиоэлектронная техника. Ульяновск, 2021. С. 107–115.

6. Лысенко А. В., Бушмелев П. Е., Пивкин А. В. Анализ средств контроля и диагностики бортовой радиоэлектронной аппаратуры // Молодой ученый. 2015. № 21. С. 185–187.

7. TCD1304DG // ChipDip [Электронный ресурс]: <https://static.chipdip.ru/lib/802/DOC052802372.pdf>. (дата обращения 24.03.2025).

8. Черторийский А. А., Низаметдинов А. М. Оценка метрологических характеристик центроид-метода обработки выходного сигнала многоэлементной фотоприемной линейки // Радиоэлектронная техника. Ульяновск, 2023. С. 144–155. DOI: 10.61527/RET-2023.144-155.

9. Kashtanov N., Chertoriysky A. Simulation of the Operation of a Linear Image Sensor as Part of a Linear Displacement Measurement Device // 2024 International Conference on Actual Problems of Electron Devices Engineering (APEDE). Saratov, 2024. P. 163–166. DOI: 10.1109/APEDE59883.2024.10715818.

10. Сергиенко А. Б. Цифровая обработка сигналов. СПб: Питер, 2002. 608 с.

11. Черторийский А. А., Каштанов Н. В. Оценка влияния колебаний светового пятна на результат обработки выходного сигнала многоэлементной фотоприемной линейки центроид-методом // Современные технологии обработки сигналов (СТОС-2023): Докл. 4-й Всерос. конф. М., 12–13 декабря 2023 года. М.: РНТОРЭС им. А. С. Попова, 2023. С. 64–68.