Диплом. Научноисследовательская часть Технические требования
 Скачать 5.55 Mb.
|
|
Вывод Сравнивая методы регистрации магнитных полей рассеяния, можно определить, что наиболее подходящим методом является магнитооптический метод. Метод Биттера, или метод порошковых фигур, является разрушающим, имеет невысокое разрешение, по сравнению с магнитооптическим методом. Метод магнитной силовой микроскопии трудно реализуем, дорогостоящий, требует наличия габаритных подсистем. Приборы, основанные на магнитооптических эффектах Фарадея и Керра, имеют малые габариты, низкую стоимость, являются неразрушающими и потому широко могут использоваться для снятия магнитной информации и последующего контроля на подлинность ценных бумаг. Основными параметрами качества магнитооптического прибора являются контраст, оптическая эффективность и разрешающая способность. Наибольшее влияние на значение контраста и эффективности оказывают угловое отклонение от положения погасания в системе поляризатор – анализатор и толщина пленки. В данной работе представлены выражения для оптимальных значений отклонения и толщины, обеспечивающие максимальный контраст. Пространственное разрешение магнитооптического метода визуализации на пленках феррит-гранатов лежит в пределах от долей до единиц микрон и достигает максимума при минимальном расстоянии между кристаллом и поверхностью носителя, что объясняется быстрым затуханием поля рассеяния при увеличении этого расстояния. В результате анализа существующих магнитооптических материалов, было установлено, что наиболее подходящим материалом для решения поставленной задачи являются висмутсодержащие пленки феррит-гранатов в силу ряда преимуществ: высокое фарадеевское вращение, позволяющее получить высокий контраст изображения, низкое оптическое поглощение и, как следствие, высокая магнитооптическая добротность. 2. Конструкторская часть. 2.1 Выбор и обоснование конструкции оптико-электронного устройства регистрации магнитограмм На рис.1 представлена твердотельная модель оптико-электронного устройства регистрации магнитных полей рассеяния (ОЭУРМ). Данное устройство состоит из нескольких ветвей: осветительная ветвь и измерительная ветвь. Обе ветви крепятся на общий корпус. К корпусу прикручивается крышка, на которую наклеен магнитооптический кристалл и установлен постоянный магнит.  Рис.2.1. Изображение трехмерной модели ОЭУРМ. Рассмотрим основные методы крепления оптических элементов в оправы, с последующей сборкой и закреплением в тубусы и установкой тубусов в корпус. Для имеющихся в приборе оптических элементов предпочтительны следующие методы: крепление проволочным кольцом, крепление резьбовым кольцом. 2.2 Крепление оптических элементов. Крепление поляризатора, анализатора и коллиматорной линзы можно осуществить можно проволочным кольцом (рис.2.2). Этот способ конструктивно прост и технологичен, но используется только для крепления круглых оптических деталей в наименее ответственных случаях, когда не предъявляется высоких требований к точности, надежности и герметичности соединения. К таким деталям относятся: светофильтры, защитные стекла, рассеиватели, небольшие круглые экраны, конденсорные линзы, осветительные зеркала. Оптическая деталь находится между уступом оправы и выступающей частью проволочного кольца, помещенного в специальную канавку. Канавка обычно выполняется прямоугольного сечения. Ее ширина равна диаметру проволоки, глубина – половина диаметра. Для облегчения сборки, развернутая длина кольца должна быть такой, чтобы между его концами после установки в канавку оставался промежуток в несколько миллиметров. Наружный диаметр свободного кольца (до сборки) должен быть больше внутреннего диаметра канавки. Кольца изготавливаются из пружинной проволоки; ее диаметр (обычно 0,5-1,5мм) зависит от размера оптической детали. Во избежание выколок, сопряжение оптической детали и кольца должно осуществляться по поверхности ее фаски. Ввиду наличий отклонений в размерах глубины расточки и ширины канавки в оправе, а также толщины детали по краю, это сопряжение возможно только с осевым зазором, в пределах которого оптическая деталь может смещаться и перекрашиваться [17].  Рис. 2.2. Крепление оптических деталей проволочным кольцом. В соответствии с вышеизложенным выберем крепления в оправы данным методом для следующих элементов: коллиматорная линза, рассеиватель, поляризатор, анализатор (рис. 2.3).  Рис. 2.3 Крепление проволочным кольцом: а) – коллиматорной линзы, б) – рассеивателя, в) – поляризатора. Крепление проекционного объектива является ответственной задачей, ввиду этого проволочное кольцо применять нельзя. В данном случае могут использоваться следующие методы: крепление завальцовкой, крепление резьбовым кольцом. При креплении завальцовкой оптическая деталь удерживается в оправе тонкой ее кромкой, которая приобретает свою конечную форму в результате пластического деформирования металла во время завальцовки. Такое крепление является неразъемным. Крепежная кромка оправы после завальцовки находится в сопряжении с конусной поверхностью специальной фаски, сошлифованной на детали под углом 45о, при этом она не должна выступать за пределы фаски.  Рис. 2.4. Размеры элементов оправы для крепления завальцовкой Диаметр опорного уступа d2 определяется величиной светового диаметра рабочей поверхности детали, базирущейся на него. Глубина расточки оправы h определяется геометрией края линзы с учетом толщины краев, ширины фаски, величины d2 и табличных данных. Крепление завальцовкой применяется для оптических деталей диаметром до 80 мм и для склеенных блоков до 50 мм. Такое ограничение объясняется тем, что крепежная кромка предельной толщины в 0,5 мм не в состоянии обеспечить необходимую надежность крепления для тяжелых деталей, в особенности при наличии перегрузок (вибрации, тряск, удары). Увеличить же толщину кромки невозможно, так как в процессе завальцовки могут появиться выколки по краю детали. Кроме того тонкая завальцованная кромка обладает пружинящими свойствами, обеспечивая необходимое силовое замыкание детали и оправы при отсутствии пережатий, а также хорошую компенсацию осевых температурных деформаций. Материалы оправ при этом методе крепления должны обладать высокой пластичностью. Наилучшим является латунь ЛС59 1; применяются также: латунь Л62, дюралюминий марок Д1, Д6, Д16, низкоуглеродистые конструкционные стали (сталь 20, сталь 30) [18]. В случае крепления резьбовым кольцом оптическая деталь укрепляется в оправе кольцом, имеющим наружную или внутреннюю резьбу. Возможное смещение линзы в оправе определяется выбранной посадкой. Крепление резьбовым кольцом необходимо применять для деталей свыше 50-80 мм. Для деталей размером 10-50 мм этот способ крепления рекомендуется в тех случаях, когда завальцовка по каким-либо соображениям непригодна. Для деталей диаметром менее 10 мм резьбовые кольца применять не следует. На рис. 2.5 показаны примеры крепления линз резьбовым кольцом. Кольца с внутренней резьбой нужно применять только в исключительных случаях ввиду сложности их изготовления.  Рис. 2.5. Крепление линз резьбовым кольцом. Типы резьбовых колец приведены на рис. 2.6. Диаметр резьбы колец выбирают с таким расчетом, чтобы внутренний диаметр резьбы оправы был на 0,2-0,5 мм больше посадочного диаметра линзы. В случае недостаточного зазора между гребешками резьбы и диаметром линзы может произойти заклинивание последней в резьбе при случайном перекосе в процессе сборки, что придет к выколкам на линзе. Внутренний диаметр резьбовых колец должен быть больше светового диаметра линзы не менее чем на 0,2-0,5 мм или в крайнем случае равен ему. Кольца с расточной на конус применяются в те случаях, когда необходимо исключить срезание пучка лучей, а также в декоративных целях. Диаметр резьбы колец с внутренней резьбой должен быть больше диаметра линзы на 2-4 мм, наружный диаметр колец на 1,5-3 мм должен быть больше диаметра резьбы. Толщина упорного буртика 0,5-1,5 мм.  Рис. 2.6. Типы резьбовых колец. В нашем случае крепление проекционного объектива завальцовкой затруднено конструктивно, поэтому выберем крепление резьбовым кольцом с наружной резьбой. Проекционный объектив, установленный в тубус и закрепленный резьбовым кольцом, представлен на рисунке 2.7.  Рис. 2.7. Объектив в тубусе: 1 – проекционный объектив, 2 – резьбовое кольцо, 3 – тубус. 2.3 Крепление светодиода. Светодиод КИПД21 К-Ж припаевается на плату (рис. 2.8).  Рис. 2.8. Светодиод на плате. Затем плата крепится к оправе винтами(рис. 2.9).  Рис. 2.9. Оправа светодиода. 2.4 Крепление ФПЗС-матрицы. ФПЗС-матрица припаеватся на плату( рис. 2.10).  Рис. 2.10. ФПЗС-матрица на плате. Затем плата с ФПЗС-матрицей прикручивается при помощи винтов и гаек на оправу (рис. 2.11).  Рис. 2.11. Оправа ФПЗС-матрицы. 2.5 Крепление магнитооптического кристалла и постоянного магнита. Кристалл приклеивается к крышке в соответствующую выемку (рис. 2.12). Магнит 2 прижимается кольцом 1, которая затем прикручивается к крышке.  Рис. 2.12. 1 – кольцо прижимное, 2 – постоянный магнит, 3 – крышка с магнитооптическим кристаллом. 2.6 Сборка осветительной ветви. На рис. 2.13 представлена осветительная ветвь оптико-электронного устройства регистрации магнитограмм в разрезе.  Рис. 2.13. Разрез осветительной ветви В осветительной ветви реализована возможность вращения поляризатора посредством конической передачи с целью получения наибольшего контраста в процессе работы прибора.  Рис. 2.14. Геометрия конического колеса. Рассчитаем геометрические параметры конической передачи (рис. 2.14). В качестве исходных данных возьмем модуль m=0,7мм, Для конической прямозубой передачи рекомендуется передаточное числов u = 2, 2,5; 3,15; 4. Выберем u=2. Количество зубьев для первого колеса 24, для второго 12. Внешний диаметр de :  Внешнее конусное расстояние  Углы делительных конусов:  Среднее конусное расстояние  где b – ширина зубчатого венца колеса, Кде - коэффициент ширины зубчатого венца относительно внешнего конусного расстояния. Средние делительные диаметры:  Внешние диаметры вершин зубьев  Внутренние диаметры вершин зубьев  Сборка осветительной ветви (рис. 2.15) осуществляется следующим образом: светодиод в оправе 1 прикручивается к оправе коллиматора 2. Во фланец осветительной ветви 4 устанавливается подшипник 9, в который вставляется коническое зубчатое колесо 3, являющееся оправой для поляризатора. Подшипник 8 вместе с колесом коническим 6 устанавливаются во фланец, обеспечивается зацепление конических колес. Во избежание вертикального смещения колеса с подшипником на фланец винтами крепится крышка 5. Затем оправы 1 и 2 вместе устанавливаются в фланец и привинчиваются винтами.  Рис. 2.15. Осветительная ветвь в сборе. 2.7 Сборка измерительной ветви. На рис. 2.16 представлена измерительная ветвь оптико-электронного устройства регистрации магнитограмм в разрезе.  Рис. 2.16. Разрез измерительной ветви. Сборка измерительной ветви (рис.2.17) осуществляется следующим образом: оправа объектива 2 вкручивается во фланец с анализатором 1. Затем оправа ФПЗС-матрицы 3 через промежуточную пластину 4 крепится винтами к оправе объектива. Пластина нужна для регулировки положения плоскости ФПЗС. Подбором толщины определяется наиболее выгодное положение и, соответственно, лучшее изображение.  Рис. 2.17. Измерительная ветвь в сборе. 2.9 Установка в общий корпус. В корпус (рис. 2.18) устанавливается крышка с магнитооптическим кристаллом и постоянным магнитом 3 винтами 5. Осветительная ветвь 1 устанавливается в корпус и прикручивается винтами 6. Измерительная ветвь 2 крепится в корпус винтами 4.  Рис. 2.18. ОЭУРМ в сборе.
|
, 
- удельное фарадеевское вращение; 
- длина пути в магнитной пленке феррит-граната, α – угол между направлением распространения излучения и вектором намагниченности М.
. Следовательно, примем угол охвата 
. Зная величину поля зрения (10мм х10 мм), определим диаметр пучка из геометрии
