Методика поверки « Государственная система обеспечения единства измерений Средство измерений угла расходимости лазерного пучка СИР» (МП 036.Ф2-18)

УТВЕРЖДАЮ

еститель директора

ИИОФИ» V Родин Др 2018 г.

Государственная система обеспечения единства измерений

Методика поверки

МП 036.Ф2-18

лавный метролог

УП «ВНИИОФИ»

____С.Н. Него да

»           2018 г.

Начальник лаборатории Ф-2

ФГУП «ВНИИОФИ»

С.А. Москалюк

&____2018 г.

г. Москва

2018 г.

• 1.1   Настоящая методика распространяется на средство измерений угла расходимости лазерного пучка СИР (далее СИР), предназначенного для измерений угла расходимости на длине волны лазерного излучения 0,532 мкм в динамическом диапазоне от 48 до 145 и от 485 до 970 мкрад в нано- и пикосекундном диапазоне длительностей импульса при частоте повторения до50 Гц и устанавливает методы его первичной и периодической поверок.

• 1.2   Интервал между поверками 1 год.

• 1.3   В тексте приняты следующие сокращения:

ЛИ - лазерное излучение;

ВЭПЭХ- Государственный вторичный эталон пространственноэнергетических характеристик импульсного лазерного излучения в диапазоне плотности энергии от Г10'⁵ до 5*10'³ Дж/см², при значениях углов расходимости от 5 до 300 угл. с на длинах волн 1,064 и 0,532 мкм (2.1.ZZA.0097.2017);

НСП -    неисключенная систематическая погрешность;

СКО -    среднеквадратическое отклонение;

СИР -    средство измерений угла расходимости лазерного излучения;

БИ -     блок измерительный.

2.1 При проведении первичной и периодической поверок выполняются операции, указанные в таблице 1.

Таблица 1 - Операции поверки

Продолжение таблицы 1

• 2.2 При получении отрицательных результатов хотя бы одной операции поверка прекращается.

• 2.3 Поверку средств измерений осуществляют аккредитованные в установленном порядке в области обеспечения единства измерений юридические лица и индивидуальные предприниматели.

При проведении первичной и периодической поверок применяется Государственный вторичный эталон пространственно-энергетических характеристик импульсного лазерного излучения в диапазоне плотности энергии от 1*10’⁵ до 54О’³ Дж/см², при значениях углов расходимости от 5 до 300 угл. с на длинах волн 1,064 и 0,532 мкм (ВЭПЭХ). Основные метрологические характеристики:

• - диапазон значений плотности энергии от Г10'⁵ до 5*10’³ Дж/см²;

• - диапазон значений углов расходимости от 5 до 300 угл. с;

• - значения длительности импульса от 7'10’¹¹ и 7’10’⁹ с;

• - значения рабочих длин волн 1,064 и 0,532 мкм;

• - суммарная погрешность измерений плотности энергии и углов расходимости, выраженная в виде СКО, не более 2,0*10’²;

- погрешность передачи единиц плотности энергии и угла расходимости, не более 1,0*10’².

• 3.1 Средства поверки должны быть поверены и аттестованы в установленном порядке. Допускается также применение других средств поверки обеспечивающих определение (контроль) метрологических характеристик поверяемого оборудования с требуемой точностью.

• 4.1   К проведению поверки допускают лиц, изучивших настоящую методику поверки, ГОСТ 31581-2012, а также эксплуатационную документацию на СИР, имеющих квалификационную группу не ниже III в соответствии с правилами по охране труда при эксплуатации электроустановок, указанными в приложении к приказу Министерства труда и социальной защиты РФ от 24.07.13 № 328Н, прошедшие полный инструктаж по технике безопасности, а также прошедших обучение на право проведения поверки по требуемому виду измерений.

• 5.1   При проведении поверки следует соблюдать требования, установленные ГОСТ Р 12.1.031-2010, ГОСТ 12.1.040-83, правилами по охране труда при эксплуатации электроустановок, указанных в приложении к приказу Министерства труда и социальной защиты РФ от 24.07.13 № 328Н. Оборудование, применяемое при поверке, должно соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.003-91. Воздух рабочей зоны должен соответствовать ГОСТ 12.1.005-88 при температуре помещения, соответствующей условиям испытаний для легких физических работ.

• 5.2   Система электрического питания средств поверки и СИР измерителя должна быть защищена от колебаний и пиков сетевого напряжения.

• 5.3   При проведении поверки должны соблюдаться требования безопасности при эксплуатации лазерных изделий согласно ГОСТ 31581-2012,

а также требованиям эксплуатационной документации.

• 5.4   Помещение, в котором проводится поверка, должно соответствовать требованиям пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004-91 и иметь средства пожаротушения по ГОСТ 12.4.009-83.

• 6.1   Все этапы поверки проводят в нормальных условиях окружающей среды в соответствии с ГОСТ 8.395-80 при следующих условиях:

• - температура окружающего воздуха, °C                20 ± 3;

• - относительная влажность воздуха, %, не более.         от 30 до 80;

• - атмосферное давление, кПа                           100 ±4.

• 6.2   Помещение, где проводится поверка, должно быть чистым и сухим, а также должны отсутствовать вибрация, воздействие электрических помех и акустические шумы.

• 6.3   Рядом с СИР должны отсутствовать интенсивные воздушные потоки.

• 7.1   Перед проведением поверки необходимо ознакомится с настоящей методикой поверки и Руководством по эксплуатации и формуляром на СИР.

• 7.2   Выполнить мероприятия по обеспечению условий безопасности согласно пункту 5 настоящей методики поверки.

• 7.3   После транспортирования или хранения при температуре отличной от температуры эксплуатации, необходимо СИР распаковать, снять крышку с входного окна БИ, и выдержать не менее одного часа в нормальных условиях окружающей среды по п.6.1 настоящей методики поверки.

• 7.4   В соответствии с руководством по эксплуатации соединяют составные части СИР. С помощью USB кабеля блок измерительный (БИ) подключают к ноутбуку.

• 7.5   Блок измерительный подключают к источнику питания и устанавливают тумблер сети на задней панели БИ в положение ВКЛ., при этом индикатор светится зеленым цветом. СИР готов к работе.

• 7.6   ВЭПЭХ включают, и в соответствии с его Правилами содержания и применения подготавливают к работе.

• 7.7   СИР устанавливают в оптический тракт ВЭПЭХ и проводят процедуру юстировки, изменяя высоту БИ с помощью юстировочных винтов, таким образом, чтобы центр углубления на крышке БИ совпал с осью пучка юстировочного лазера из состава ВЭПЭХ.

• 7.8   Затем в корпус для ослабителей БИ устанавливается специальная кассета из состава СИР с нанесенным на лицевую поверхность перекрестием. После чего визуально изменяют положение БИ СИР в пространстве, до тех пор, пока луч юстировочного лазера не совместится с перекрестием на кассете.

• 7.9   В составе СИР, имеются наборы ослабителей, которые необходимо установить в БИ из набора №1 для обеспечения безопасного уровня плотности мощности для оптической системы, а также из второго набора ослабителей №2 обеспечивающие защиту ПЗС-матрицы и требуемый диапазон СИР.

• 7.10   Уровень энергии, в импульсе подаваемый на СИР, должен быть не более 3 мДж, и выбирается таким образом, чтобы рассчитанная плотность мощности, не превышала лучевой стойкости оптических элементов СИР, и не привела к физическому разрушению оптических элементов и выходу из строя СИР.

• 7.11  В зависимости от длительности входных импульсов дополнительно устанавливается либо ослабитель №1 (для длительности импульса от нано- до микросекунд), либо №2 (для длительности от пико- до наносекунд).

• 7.12  При работе с импульсным лазерным излучением с частотой следования импульсов до 2 кГц, в БИ необходимо установить дополнительный фильтр из набора 2 с ослаблением 14,6х (для уровня энергии в импульсе 1 мДж) или с ослаблением 22х (для уровня энергии в импульсе 3 мДж).

• 7.13  После того как в корпус СИР устанавливаются штатные ослабители, юстировочная кассета извлекается, СИР считается съюстированным и готовым к работе.

• 8 Проведение поверки

• 8.1.1  СИР должно быть укомплектован всеми составными частями и документацией в соответствии с его формуляром.

• 8.1.2  Составные части СИР не должны иметь механических повреждений и дефектов покрытия.

• 8.1.3  Проверяется надежность межблочных соединений составных частей СИР.

• 8.1.4  СИР считается прошедшим операцию поверки, если он представлен комплектно, и на нем отсутствуют какие-либо повреждения, а также на БИ отсутствуют дефекты покрытия.

• 8.2.1  Проверка работоспособности СИР осуществляется в соответствии с Руководством по эксплуатации, с целью проверки его пригодности к поверке.

• 8.2.2  Чтобы подаваемое ЛИ не привело к разрушению приемной поверхности ПЗС-матрицы и выходу СИР из строя, убедиться, что в СИР установлены ослабители.

• 8.2.3  На СИР съюстированным и подготовленным к работе в соответствии с пунктом 7 настоящей методики поверки, в соответствии с алгоритмом работы ВЭПЭХ, подают ЛИ.

• 8.2.4  СИР считается прошедшим операцию поверки, если после подачи ЛИ, СИР произведет съемку одного кадра распределения и отобразит на экране ноутбука результат в 2D- проекции, 3D- проекции, а также позволяет выбрать интересующий уровень интенсивности.

• 8.3.1  Идентификация данных встроенного программного обеспечения предусмотрена только при подключении БИ к ноутбуку с установленным на него внешним ПО с помощью специального USB-кабеля, входящих в состав СИР. Идентификационные данные версии установленного ПО отображаются в диалоговом окне на экране ноутбука в разделе «свойства».

• 8.3.2  СИР считается прошедшим операцию поверки, если идентификационные данные встроенного программного обеспечения соответствуют идентификационным данным, приведенным в таблице 2.

Таблица 2 - Идентификационные данные

8.4 Определение метрологических характеристик

8.4.1 Определение рабочего диапазона углов расходимости

• 8.4.1.1 Проверку значений рабочего диапазона углов расходимости проводят путем измерения угла расходимости излучения лазера из состава ВЭПЭХ.

• 8.4.1.2 ВЭПЭХ и СИР подготавливают к работе в соответствии с правилами содержания и применения и руководством по эксплуатации соответственно.

• 8.4.1.3 Устанавливают СИР в оптический тракт ВЭПЭХ и проводят юстировку согласно пункту 7 настоящей методики поверки.

• 8.4.1.4 Нажимают программную кнопку «Расходимость» в ПО на ноутбуке из состава СИР, и в соответствии с алгоритмом работы ВЭПЭХ подают однократный импульс лазерного излучения, который принимается преобразователем и регистрируется измерительным блоком.

• 8.4.1.5 После измерения, оператор нажатием программных кнопок на ноутбуке из состава СИР, может выбрать различные типы отображения результатов: «2D- проекция», «3D- проекция» либо «Отчет».

• 8.4.1.6 Нажав программную кнопку «Отчет» вызывают программное окно с результатами измерений, сведенными в таблицу значений диаметров и углов расходимости, как показано на рисунке 1.

Результаты измерений:

Рисунок 1 - Внешний вид таблицы с результатами измерений СИР

• 8.4.1.7 СИР считают прошедшим операцию поверки, если зарегистрированы и обработанные результаты измерений угла расходимости импульсного лазерного излучения в диапазоне от 48 до 145 и от 485 до 970 мкрад.

• 8.4.2.1 Расчет предела допускаемой основной относительной погрешности измерения угла расходимости СИР проводится на длине волны 0,532 мкм с помощью ВЭПЭХ. При этом диаметр пучка лазерного излучения должен находиться в пределах от 3 до 30 мм и определяется диафрагмой, либо расширителем ЛИ, входящими в состав ВЭПЭХ. Для поверки СИР производится его подготовка к работе согласно руководству по эксплуатации.

• 8.4.2.2 В соответствии с алгоритмом работы ВЭПЭХ на СИР подаются последовательно по 10 импульсов с энергией не более 3 мДж и длительностью импульсов 7 нс. Значения измеренных углов расходимости по 10 импульсам, зарегистрированные СИР, выводится на экране ноутбука из состава СИР и заносятся в протокол поверки.

• 8.4.2.3 По значениям, полученным в процессе измерений, рассчитывают предел допускаемой основной относительной погрешности измерений угла расходимости по формуле 1:

где, в_си - НСП измерений угла расходимости СИР, %;

а_си - СКО измерений угла расходимости СИР, %;

S_L - суммарная погрешность измерений плотности энергии и углов расходимости ВЭПЭХ, выраженная в виде СКО (& = 2,0 %);

Sn - погрешность передачи единиц плотности энергии и угла расходимости ВЭПЭХ (5/7 =1,0%).

8.4.2.5 НСП измерений угла расходимости СИР определяется по формуле 2:

•100%, (2)

где, А_тш - максимальное значение отношения вэпэх ■> ^отн- ^еД4

4^ - минимальное значение отношения 0_(ИР1в'_нэпэх, отн. ед.;

0_сиг. - значение угла расходимости, зарегистрированное СИР, мкрад;

0_юпэх ■ значение угла расходимости, воспроизведенное ВЭПЭХ, мкрад.

8.4.2.6 СКО измерений угла расходимости СИР определяется по формуле 3:

•100%, (3)

где, Л, - z-oe значение отношения 0_СИР Ю_юпэх, отн. ед.;

А - среднее значение отношения д_СИР19_юпэх, отн. ед.;

в_СИР - значение угла расходимости, зарегистрированное СИР, мкрад;

0_юпэх * значение угла расходимости, воспроизведенное ВЭПЭХ, мкрад;

п - число импульсов (и=10).

• 8.4.2.7 СИР считается прошедшим операцию поверки, если значение предела допускаемой относительной погрешности измерения угла расходимости на длине волны 0,532 мкм в динамическом диапазоне от 48 до 145 мкрад не превышает 10 %, а в динамическом диапазоне от 485 до 970 мкрад не превышает 5 %.

• 9.1    Результаты поверки заносятся в протокол (рекомендуемая форма протокола приведена в приложении А, к настоящей методике поверки), который хранится в организации, проводившей поверку не менее трех интервалов поверки.

• 9.2   СИР, прошедшее поверку с положительным результатом, признается годным и допускается к применению и эксплуатации. Выдаётся свидетельство о поверке установленной формы с указанием полученных по п.8.4 фактических значений метрологических характеристик и наносится знак поверки согласно Приказу Министерства промышленности и торговли Российской Федерации №1815 от 02.07.2015 «Об утверждении Порядка проведения поверки средств измерений, требования к знаку поверки и содержанию свидетельства о поверке».

• 9.3    СИР, прошедшее поверку с отрицательным результатом, признается непригодным, не допускается к применению и на него выдается извещение о непригодности с указанием причин. Свидетельство о предыдущей поверке и знак поверки аннулируют и выписывают «Извещение о непригодности» с указанием причин в соответствии с требованиями Приказа Министерства промышленности и торговли Российской Федерации №1815 от 02.07.2015.

Старший научный сотрудник ФГУП «ВНИИОФИ»

Инженер 1 категории ФГУП «ВНИИОФИ»

Приложение А

(рекомендуемое)

ПРОТОКОЛ

первичной / периодической поверки

от «_______»____________20__года

Средство измерений:

(Наименование СЙ, тип (если в состав СИ входит несколько автономных блоков то приводят их перечень (наименования) и тнпы с разделением знаком «косая дробь»7У

Зав. №___________________________________

Заводские номера блоков

Принадлежащее___________________

Наименование юридического лица, ИНН

Поверено в соответствии с методикой поверки_____________________________________

'        Наименование документа на поверку, кем утвержден (согласован), дата

С применением эталонов ________________________________________

(наименование, заводской номер, разряд, класс точности или погрешность)

При следующих значениях влияющих факторов:

(приводят перечень и значения влияющих факторов, нормированных в методике поверки)

• - температура окружающего воздуха,°С

  20 ±3;

  80;

  100 ±4.

• - относительная влажность, %, не более

• - атмосферное давление, кПа

Получены результаты поверки метрологических характеристик:

Реком енда ции____________________________________________________________

Средство измерений признать пригодным (или непригодным) для применения

Исполнители:_______________________________________________________________

_________________________________________подписи, ФИО, должность

12