Измерение периодики монтировки в отсутствии звезд

[Diskus]

Для Diskus
Я сразу и написал, что тема нужна мне, для расширения кругозора :-) В чужих темах я не стал мусорить.
Никого ни в чем не обвиняю, и ни на чем не ловлю.

Тоже полезное занятие ,  расширение кругора ...
Удачи !

[ysdanko]

Из Ваших слов следует, что искомая частота f - это частота огибающей некоторой случайной импульсной последовательности. Мне кажется, это может сильно затруднить измерение периода с нужной точностью. А мерить частоту, накапливая периоды - слишком долго при наших скоростях.

Не совсем так. При прохождении через решетку большого числа пятен, каждое инициирует серию импульсов. Фазы импульсов каждой серии распределены случайным образом, а частота следования импульсов во всех сериях одинакова. То есть это сигнал с постоянной частотой (при неизменной скорости рассеивающей поверхности), огибающая, которого, модулирована случайным образом.

........
Шумы фотоприемника из-за квантовой природы света здесь вылазят через ограниченность числа фотонов, воздействующих на фотоприемник. Как любой корпускулярный поток, поток квантов имеет пуассоновское распределение по плотности. И если приемник имеет емкость в N фотонов, то число фотонов, снимаемое с емкости, шумит с уровнем N^0.5.  К примеру, стандартный пзс-пиксел с FWC емкостью 50000 квантов шумит на 200 фотонов. Посомтрите к примеру сигму любого флет-файла для иллюстрации. Из-за довольно высокого быстродействия (10^-4 - 10^-5 от 0.03 секунды) емкости приемников будут малы. Отсюда и источник шума.

По моему это характерно только для ПЗС (приборы с зарядовой связью). Для обычных фотоприемников, типа полупроводниковых фотодиодов, фоторезисторов или ФЭУ характер шумов другой. Минимальный сигнал ограничивается в основном тепловыми и дробовыми шумами, а динамический диапазон может составлять 10^6-10^12,и больше.

[petrowich]

Причем зависимость углов поворотов стрелок известна с точностью, обеспечивающую необходимую погрешность измерения долготы.

Совершенно верно. Так вот, эта необходимая погрешность (и времени, и долготы) обеспечивается при допустимой погрешности углового положения каждой из стрелок в несколько градусов.

Да я это и не отрицал.

В интернете вычитал, что с помощью хронометров можно определить положение на экваторе с точностью до 1 км. Следовательно, долгота определяется с точностью 1/40000= 0,000025 Точность измерения долготы при этом получается 360*60*60*0,000025=32,4"
1 сек=15", следовательно, точность определения времени хронометром 32,4/15=2 сек.
На циферблате хронометра это соответствует (360/60)*2=12⁰

Т.е. если ведение монтировки идеальное, то мы намеряем периодику главной шестерни хронометра, которая, как я раньше прикидывал, должна быть не хуже 0.5". А секундная стрелка усиливает угол погрешности в 3600 раз - до 12⁰
Но это не так страшно, главное, чтобы была высокая стабильность повторяемости периодики механизма хронометра. А из измеренной совокупной периодики связки монтировка-хронометр, периодику самого хронометра можно вычесть.

Но это я уже так, для завершения обсуждения схемы с хронометром. Главное, я особых ляпов в своих начальных рассуждениях не допустил, и в принципе, принимал во внимание все то, по чему мне сделали замечания. Всем откликнувшимся большое спасибо.

[ysdanko]

Шум потока фотонов это круто.
 Однако, применяя фотодиод или ФЭУ, обычно рассматривают отношение сигнала к шуму, в котором сигнал определяется освещенностью фотоприемника, а шум  его темновым током.

   При освещении любого фотодиода с помощью лампы накаливания. Можно без труда получить сигнал на выходе порядка нескольких вольт. Если этот сигнал подать на осцилограф и увеличивать чувствительность входа, то шумовая картинка будет появляться где то в диапазоне  10-1 мкв/дел. (сам не однократно наблюдал).

   О точности измерения периода  синусоиды с помощью компаратора.
 Предположим мы получили такой, сигнал и его амплитуда будет порядка одного вольта. Если мы имеем компаратор с порогом срабатывания 0,01 вольта (10mv) то точность измерения периода будет около 0,6%, при 0,1 вольта (100mv) около 3.5%. При этом никакого накопления периодов не требуется. Порог срабатывания современных компараторов может быть на порядок или на два меньше. Это позволяет измерять период такого сигнала еще с большей точностью.

   Таким образом, с точки зрения обработки сигнала, никаких проблем возникнуть не должно. То есть, по сути, мы можем иметь устройство, отслеживающее вращение  детали с суточной скоростью (1 оборот за 24 часа), при этом ошибка измерения скорости может быть около 3-4% .

[Павел Бахтинов]

При прохождении через решетку большого числа пятен, каждое инициирует серию импульсов. Фазы импульсов каждой серии распределены случайным образом, а частота следования импульсов во всех сериях одинакова. То есть это сигнал с постоянной частотой (при неизменной скорости рассеивающей поверхности), огибающая, которого, модулирована случайным образом.

В этом случае огибающая окажется, наверное, комплексной, т.е. интересующие нас колебания будут случайным образом модулированы как по амплитуде, так и по фазе. Нестабилность фазы тоже препятствует точному измерению одиночного периода (или небольшого их числа).

[vits]

А какую максимальную чувствительность к перемещениям может иметь простая оптическая мышь?

[Грин]

Есть тема Аркадия - Оптические энкодеры, абсолютные и точные. Вроде бы так звучала...

[StasV]

Предположим, мы измеряем точность вращения вала при помощи  измерения линейного перемещения рычага длиной в 1M, закрепленного одним концом на валу.
Поворот угла вала на 1" будет соответствовать перемещению конца рычага на 0.005мм
От сюда можно оценить требования к точности измерительного прибора.
Прибор, думаю, должен быть однозначно бесконтактным при такой высокой точности. Любой микрометр будет создавать сопротивление, оно в свою очередь будет вызывать движение конца рычага рывками.

[ysdanko]

При прохождении через решетку большого числа пятен, каждое инициирует серию импульсов. Фазы импульсов каждой серии распределены случайным образом, а частота следования импульсов во всех сериях одинакова. То есть это сигнал с постоянной частотой (при неизменной скорости рассеивающей поверхности), огибающая, которого, модулирована случайным образом.

В этом случае огибающая окажется, наверное, комплексной, т.е. интересующие нас колебания будут случайным образом модулированы как по амплитуде, так и по фазе. Нестабилность фазы тоже препятствует точному измерению одиночного периода (или небольшого их числа).

Все правильно, это основной недостаток этого способа. Амплитуда в принципе не важна, можно обрезать макушки усилителем-ограничителем. А вот случайная фазовая модуляция от серии к серии это серьезно. Возникает неопределенность срабатывания компараторов по времени максимум в полпериода. Это и приводит к ошибке метода порядка 3-4%, при данном размере диска, на котором меряется скорость.

[Diskus]

Предположим, мы измеряем точность вращения вала при помощи  измерения линейного перемещения рычага длиной в 1M, закрепленного одним концом на валу.
Поворот угла вала на 1" будет соответствовать перемещению конца рычага на 0.005мм
От сюда можно оценить требования к точности измерительного прибора.
Прибор, думаю, должен быть однозначно бесконтактным при такой высокой точности. Любой микрометр будет создавать сопротивление, оно в свою очередь будет вызывать движение конца рычага рывками.

Достаточно и рычага 25 -30 мм  .
Момент на  на конце рычага такой что   позволяет 5-10  кг поднять без напряга , что для него пару каких-то нещастных  грамм сопротивления индикатора 

[StasV]

Предположим, мы измеряем точность вращения вала при помощи  измерения линейного перемещения рычага длиной в 1M, закрепленного одним концом на валу.
Поворот угла вала на 1" будет соответствовать перемещению конца рычага на 0.005мм
От сюда можно оценить требования к точности измерительного прибора.
Прибор, думаю, должен быть однозначно бесконтактным при такой высокой точности. Любой микрометр будет создавать сопротивление, оно в свою очередь будет вызывать движение конца рычага рывками.

Достаточно и рычага 25 -30 мм  .

Ну если рычаг будет 30мм, то точность измерения должна быть порядка 0.0002 мм  Каким образом ее обеспечить?

Момент на  на конце рычага такой что   позволяет 5-10  кг поднять без напряга , что для него пару каких-то нещастных  грамм сопротивления индикатора 

В основе моих рассуждений лежат два постулата
1. Любое тело деформируется
2. Трение скольжения меньше трения покоя и не одно из них не может быть равно нулю
Система  рычаг-метрометр будет подвержена упругой деформации.
Монтировка начинает движение, микрометр имеет конечное трение. Это приводит к тому, что рычаг+микрометр начинают прогибаться. При этом индикатор микрометра не движется. При достижении силы упругого сопротивления силы трения покоя происходит срыв, микрометр перемещается и снова замирает. Процесс повторяется.
Величина рывков тем меньше, чем меньше сопротивление микрометра и чем массивнее рычаг и тяги микрометра. Численно с ходу оценить трудно, но мне кажется, рывки более 0.0002 мм на рычаге в 30мм вполне реальны

[StasV]

На картинке мой вариант схемы измерения. Она представляет из себя интерферометр.
На фотоприемнике возникает интерференция пучков света 1 и 2 от одного и того же когерентного источника. Оптическая длина пучка 1 – константа. Оптическая длина пучка 2 зависит от угла поворота оси прямого восхождения. Фотоприемник должен быть достаточно малым (иметь диафрагму), иначе наклоны волновых фронтов в пределах поверхности фотоприемника приведут к "замазыванию" дифракционных минимумов и максимумов.
При вращении оси, на выходе фотоприемника будет синусоида. Схема измерения должна фиксировать момент времени каждого минимума этой синусоиды. По этим данным можно будет построить кривую периодики. Естественно, полный круг снять не удастся. Только градусов 10-20. Придется отпускать стопор оси монтировки и  возвращать штангу в исходное положение.

[ysdanko]

Stas V! Если мерить периодику в ограниченном секторе, и использовать интерферометрические методы, то я бы в качестве датчика для определения скорости, предложил световолоконный лазерный интерферометр Фабри-Перо.  http://physics-animations.com/sensors/Cyrillic/interf.htm
 Сам, когда-то, делал подобное устройство. Виброустойчивость очень хорошая, диапазон по перемещению отражателя может доходить до двух сантиметров. Изготовить можно в домашних условиях, не имея особого оборудования.

[Грин]

Stas V! Если мерить периодику в ограниченном секторе, и использовать интерферометрические методы, то я бы в качестве датчика для определения скорости, предложил световолоконный лазерный интерферометр Фабри-Перо. 

С глубокой благодарностью приму Ваш дар! Обещаюсь перемерить все периодики от Дискуса!

[StasV]

Stas V! Если мерить периодику в ограниченном секторе, и использовать интерферометрические методы, то я бы в качестве датчика для определения скорости, предложил световолоконный лазерный интерферометр Фабри-Перо.  http://physics-animations.com/sensors/Cyrillic/interf.htm
 Сам, когда-то, делал подобное устройство. Виброустойчивость очень хорошая, диапазон по перемещению отражателя может доходить до двух сантиметров. Изготовить можно в домашних условиях, не имея особого оборудования.

Тут такой нюанс. Лазерный интерферометр Фабри-Перо. Рассчитан на поступательное движения зеркала. В нашем же случае зеркало будет вращаться вокруг оси монтировки. Если настроить систему так, чтобы в начальном положении штанги луч из световода, отраженный зеркалом, попадает обратно в световод, то после небольшого поворота зеркала он уже туда не попадет.
Именно поэтому я включил в свою схему рассеивающий элемент.
Возможно, это можно сделать и в интерферометре Фабри-Перо

[ysdanko]

 Интерферометр работает и от рассеивающей поверхности. Если мерять периодику за несколько оборотов червяка, то смещение получается не большим и разворот отражателя слабо повлияет на сигнал. Конечно поправку на изменения угла вводить надо, конкретно какую надо считать. С другой стороны можно поставить не плоское зеркало, а уголковый отражатель. Вариантов много.
 Аналогичное устройство, которое было у меня, использовалось для изучения седиментации и коагуляции частиц, в жидкостях.

С глубокой благодарностью приму Ваш дар! Обещаюсь перемерить все периодики от Дискуса!

Грин! Я подарков не предлагал. Но для вас могу сделать, если будет интерес, подарю на день рождения, если оно у вас не раньше чем через полгода.

[StasV]

Интерферометр работает и от рассеивающей поверхности

Тут нужно быть тоже аккуратным. Если взять обыкновенную матовою поверхность, то она будет вносить неоднородность в волновой фронт. Именно из-за этого и происходит рассеивание на такой поверхности. В результате отраженный сигнал не будет когерентным и интерференции не будет.
Нужен рассеивающий элемент типа коллиматора. Пусть оптики подскажут.

[ysdanko]

Stas V! В той статье, на которую, я давал ссылку, не совсем правильно применяется определение устройства, как интерферометра Фабри-Перо.
   Из световода выходит расходящийся пучок, опорный луч формируется за счет обратного отражения на торце световода, сигнальный от отражающей или рассеивающей поверхности. Все работает в области  дифракционной расходимости, или угла изопланатизма, как сказали бы наши оптики.
   Впрочем, я в этом не разбираюсь (я имею ввиду расчетную оптику и применение ее терминов, возможно меня поправят). Но, как человек знакомый с этой техникой и пользовавшийся таким устройством, могу сказать, что такая схема позволяет отслеживать перемещение любой поверхности не менее чем до двух сантиметров, и с точностью не менее, чем половина длинны волны, применяемого лазера.

[Грин]

Грин! Я подарков не предлагал. Но для вас могу сделать, если будет интерес, подарю на день рождения, если оно у вас не раньше чем через полгода.

30го сентября. Благлдарю Вас, это шутка была...