Лабораторная физическая установка. Курсач. Курсовой проект тема Лабораторная физическая установка Учебная дисциплина Проектирование и моделирование физических установок

• Название: Курсовой проект тема Лабораторная физическая установка Учебная дисциплина Проектирование и моделирование физических установок
• Анкор: Лабораторная физическая установка
• Дата: 10.11.2022
• Размер: 6.9 Mb.
• Имя файла: Курсач.docx
• Тип: Курсовой проект; #782014
• страница: 5 из 6

2.2 Программное моделирование функционирования лабораторных физических установок

Для обеспечения возможности автоматизации и ускорения расчетов значений энергетических параметров соответствующих оптических схем разработана программная модель функционирования лабораторной ФУ и созданной на ее основе оптической схемы.

Содержание разработанной программной модели функционирования лабораторной ФУ на базе СО₂-лазера и созданной на ее основе оптической схемы составляют:

1. 
   блок-схема оценивания энергетических параметров ФУ дальнего ИК-диапазона и ее оптической схемы;
   
2. 
   исходный код программы оценивания энергетических параметров ФУ дальнего ИК-диапазона и ее оптической схемы;
   
3. 
   рабочее окно программы оценивания энергетических параметров ФУ дальнего ИК-диапазона и ее оптической схемы.
   

Блок-схема программы оценивания энергетических параметров ФУ дальнего ИК-диапазона и ее оптической схемы приведена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 – Блок-схема программы оценивания энергетических параметров ФУ дальнего ИК-диапазона и ее оптической схемы

Исходный код программы оценивания энергетических параметров ФУ дальнего ИК-диапазона и ее оптической схемы представлен на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 – Исходный код программы оценивания энергетических параметров ФУ дальнего ИК-диапазона и ее оптической схемы

Рабочее окно программы оценивания энергетических параметров ФУ дальнего ИК-диапазона и ее оптической схемы представлено на рисунке 2.5. При этом в поле рабочего окна программы «Исходные данные» введены значения параметров, соответствующие исходным данным ранее решенной задачи математического моделирования (см. подраздел 2.1).

Рисунок 2.5 – Рабочее окно программы оценивания энергетических параметров ФУ дальнего ИК-диапазона и ее оптической схемы

Из рисунка 2.5 видно, что результаты программного моделирования полностью соответствуют ранее полученным результатам математического моделирования (см. таблицу 2.1). Следовательно, можно сделать вывод, что данная программная модель корректна и позволяет проводить расчеты параметров ФУ и оптических схем при изменении начальных условий с заданной точностью.

Таким образом, результаты теоретических исследований ФУ на базе СО₂-лазера показывают, что разработанные математическая и программная модели обеспечивают качественное и количественное оценивание значений параметров лабораторных ФУ, а также их автоматизацию и ускорение расчетов с возможностью установки требуемого уровня точности. В целях дальнейшего совершенствования моделей ключевым направлением, содержащем возможность как теоретического, так и практического исследования, можно принять повышение точности получаемых результатов путем уменьшения (или полного снятия) примятых допущений.

3 РАЗРАБОТКА ПРЕДЛОЖЕНИЙ ПО БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ФИЗИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

3.1 3D-моделирование физических установок и эксплуатационного окружения

Для обеспечения наглядной демонстрации размещения оптических элементов с учетом требований лазерной безопасности разработаны 3D-модели лабораторной физической установки и соответствующего эксплуатационного окружения, содержание которых составляют 3D-модели следующих элементов:

1. 
   лабораторной физической установки на основе СО₂-лазера;
   
2. 
   лазера подсветки ИК-излучения основного лазера;
   
3. 
   оптической скамьи;
   
4. 
   фокусирующей линзы;
   
5. 
   приемника ЛИ (образца);
   
6. 
   плоскопараллельных оптических окон (2 шт.);
   
7. 
   защитных экранов (5 шт.);
   
8. 
   оптических зеркал (2 шт.);
   
9. 
   оптических фильтров (3 шт.);
   
10. 
    диафрагмы;
    
11. 
    измерителя энергетических характеристик ЛИ OPHIR.
    

3D-моделирование выполнено в программной среде Blender [13] в соответствии с требованиями нормативно-технических документов [14, 15].

3D-модель лабораторной ФУ дальнего ИК-диапазона на основе СО₂-лазера в различных ракурсах показана на рисунках 3.1 и 3.2, где обозначения элементов оптической схемы соответствуют порядковым номерам перечня.

	Рисунок 3.1 – 3D-модель лабораторной физической установки, вид со стороны приемника излучения
	Рисунок 3.2 – 3D-модель лабораторной физической установки, вид со стороны источника излучения

Из рисунков 3.1 и 3.2 видно, что в разработанной 3D-модели лабораторной физической установки реализованы следующие требования нормативно-технических документов по лазерной безопасности:

1. 
   траектория прохождения лазерного пучка ИК-диапазона подсвечена He-Ne лазером видимого диапазона 2;
   
2. 
   места возможного выхода излучения ФУ за пределы рабочей зоны со стороны оптического окна 6, измерителя энергии 11, оптических зеркал 8 и приемника излучения 5 закрыты защитными экранами 7;
   
3. 
   защитное устройство (корпус) ФУ, а также защитные экраны имеют предупреждающую надпись и знак лазерной опасности (предупреждающие знаки).
   

Содержание разработанных 3D-моделей эксплуатационного окружения составляют 3D-модели следующих элементов:

1. 
   рабочей зоны с оборудованным рабочим местом для обеспечения широкого спектра решаемых задач;
   
2. 
   оборудованного места с ПЭВМ для сбора, обработки, хранения данных и расчета необходимых корректировок содержания оптической схемы;
   
3. 
   места с дополнительным источником освещения для проведения дополнительных и сопутствующих работ;
   
4. 
   источника питания ФУ, места для размещения съемных деталей и других необходимых элементов;
   
5. 
   уголка безопасности, оборудованного телефоном для экстренной связи, аптечкой первой помощи, первичным средством пожаротушения, а также плакатами с требованиями безопасности и порядком оказания ПМП.
   

3D-моделирование выполнено в программной среде Blender [13] в соответствии с требованиями нормативно-технических документов [14, 15]. Степень детализации моделируемых объектов на 3D-сцене соответствует требованиям, предъявляемым к техническим проектам [15].

3D-модели окружения ФУ представлены на рисунках 3.3 – 3.5

Рисунок 3.3 – 3D-модель рабочей зоны

Рисунок 3.4 – 3D-модель рабочей зоны

Рисунок 3.5 – 3D-модель уголка безопасности

Из рисунков 3.3, 3.4 и 3.5 видно, что в разработанной 3D-модели лабораторного зала ФУ на базе СО₂-лазера реализованы следующие требования нормативно-технических документов по лазерной безопасности:

1. 
   расстояние между рабочей зоной и дополнительными рабочими местами составляет 1,8 м., а со стороны органов управления – 2,5 м.;
   
2. 
   высота потолка лабораторного зала физических установок составляет 4,2м.;
   
3. 
   помещение имеет приточно-вытяжную вентиляцию, в т.ч. расположенную непосредственно над рабочим местом местную вытяжку;
   
4. 
   помещения имеют необходимые средства пожаротушения, проложенные под полом коммуникации, а отделка выполнена из матового, негорючего материала;
   
5. 
   создан специальный "уголок безопасности", в котором расположен телефон экстренной связи, аптечка первой помощи и информирующие плакаты;
   
6. 
   расположение рабочих мест обеспечивает рациональность рабочих движений, предусмотрено место для размещения комплектующих изделий и устройств.
   

Таким образом, разработанная со степенью детализации технического проекта 3D-модель лабораторного зала ФУ и ФУ на базе СО₂-лазера обеспечивает наглядную демонстрацию размещения эксплуатационного окружения и элементов оптической схемы с учетом требований руководящего документа [6], обеспечивая возможность виртуальной отработки различных компоновочных схем.