IFLPR Secta Laser RAPORT DE CERCETARE r. 3 / 16.03.011 Proect ISOTEST - POSCCE.1. In cadrul cele de a trea peroade de raportare (16.1.010 16.03.011) sunt prevazute urmatoarele actvtat de dezvoltare expermentala conform contractulu: 1.3. Dezvoltarea de module s componente laser care vor f ncorporate n sursa laser de mare stabltate n pulsur de nanosecunde (lunle 1 7). 1.4. Dezvoltarea de subansamble s sub-ssteme ale setup-ulu expermental prvnd: drjarea, atenuarea s focalzarea fasccululu laser; dagnoza parametrlor de fasccul energetc, spatal, temporal; detectarea defectelor nduse de fascculul laser pe suprafata probelor; ssteme de translate mcrometrca (lunle 11). 1.5. Proectarea s realzarea sstemulu software-hardware de operare automata (derularea procedurlor de masurare) s de achzte/ procesare semnale (lunle 3 13): - crcute hardware s program software pentru procesor dgtal de semnale (DSP). - program software de operare automata, achzte s procesare semnale pentru PC. Stadul de realzare a acestor actvtat este prezentat n contnuare. I. Actvtatea 1.3. (durata: lunle 1 7) Realzat Rezultate obtnute n peroada de raportare: A fost fnalzata dezvoltarea de module s componente ncorporate n sursa laser de mare stabltate n pulsur de nanosecunde prn punerea n functune a laserulu d:yag n regm - swtch model Brllant B-IR-10-SLM la parametr nomnal. Au fost masurat urmator parametr de fasccul a laserulu d:yag la lungmle de unda de emse de 1064 nm, 53 nm s 355 nm: energa pulsulu laser s fluctuata energe per puls la frecventa de repette nomnala de 10 pulsur /sec, durata s proflul temporal al pulsulu laser, starea de polarzare s proflul spatal de fasccul la lungmea de unda fundamentala de 1064 nm.
Valoarea mede s abaterea standard (rms) a energe per puls au fost masurate cu un detector proelectrc J- 50MB- YAG cu montor LabMax-TOP (Coherent). Rezultatele masurar la lungmle de unda de emse de 1064 nm, 53 nm s 355 nm sunt aratate n fg. 1 3. Fg. 1. Masurarea energe pulsulu laser la 1064 nm (statstca pe 78.000 pulsur): energa mede per puls 880 mj, abaterea standard (rms) 4 mj (< 0,5 %) Fg.. Masurarea energe pulsulu laser la 53 nm (statstca pe 8.000 pulsur): energa mede per puls 3 mj, abaterea standard (rms) mj (< 0,7 %)
Fg. 3. Masurarea energe pulsulu laser la 355 nm (statstca pe 18.900 pulsur): energa mede per puls 18 mj, abaterea standard (rms),17 mj (< 1 %) Durata pulsurlor laser a fost masurata cu o fotododa rapda cu slcu UPD-00-UD (banda de frecventa GHz), conectata la un oscloscop dgtal Tektronx DPO 7104 (banda analogca de frecventa 1GHz), asa cum se arata n fg. 4-6. (a) (b) Fg. 4. Proflul temporal al pulsulu laserla lungmea de unda de 1064 nm. (a) In regm SLM. (b) In regm multmod longtudnal In fg. 4a este aratat proflul temoporal al pulsulu laser n regm de operare monomod longtudnal (SLM) obtnut prn cuplarea modululu OP/BB/SLM cu laserul Brllant. Modulul SLM reduce semnfcatv largmea spectrala a fasccululu laser prn njecta unu semnal monomod, asgurand astfel un profl temporal al pulsulu laser fara modulat de ntenstate, neted s foarte reproductbl, n concordanta cu cerntele standardulu ISO 1154 prvnd masurarea durate efectve a pulsulu laser. Modulul SLM nclude n prncpal un laser dopat cu neodm pompat cu doda laser, cuplat prntr-un zolator Faraday la o fbra optca, o untate drver s o bucla electronca de reacte cu oglnda laser montata pe un traductor pezoelectrc. Semnalul monomod longtudnal njectat n rezonatorul laserulu Brllant prntr-un 3
perete lateral al capulu laser. Proflul temporal al pulsulu laser ems de Brllant fara njecte de semnal (regm multmod) este aratat n fg. 4b. Proflul spatal de fasccul la lungmea de unda de 1064 nm a fost masurat cu un proflometru laser SP 60 USB (Sprcon) n camp apropat s n focarul une lentle convergente cu focala de 1 m (fg. 5-6). Fg. 5. Proflul spatal al fasccululu laser masurat la dstanta de 1 m de oglnda de esre (near-feld) Fg.6. Proflul spatal al fasccululu laser masurat n focarul une lentle cu focala de 1 m ()far-feld) In tabelul 1 sunt sntetzat parametr de fasccul masurat s valorle nomnale ale parametrlor de fasccul specfcate de producator. Parametru Masurat omnal 1 Energe per puls 880 mj la 1064 nm 3 mj la 53 nm 18 mj la 355 nm > 700 mj la 1064 nm > 90 mj la 53 nm > 140 mj la 355 nm Fluctuata energe per puls (rms) < 0,5 % la 1064 nm < 0,7 % la 53 nm < 0,6 % la 1064 nm < 1,3 % la 53 nm 4
< 1 % la 355 nm < % la 355 nm 3 Durata pulsulu (FWHM) 4,3 ns la 1064 nm 3,5 ns la 53 nm 3,5 ns la 355 nm 6 ns la 1064 nm 5 ns la 53 nm 5 ns la 355 nm 4 Stare de polarzare 75 % lnar polarzat (orzontal) > 70 % lnar polarzat (orzontal) II. Actvtatea 1.4. (durata: lunle 11) Realzat partal Au fost achztonate urmatoarele componente pentru dezvoltarea setup-ulu expermental: oglnz laser pentru 1064 nm, 53 nm s 355 nm, polarzor lama pentru 1064 nm, 53 nm, 775 nm s 355 nm nm, lame semunda/ sfert de unda pentru 1064 nm, 53 nm, 775 nm s 355 nm, lentle pentru 1064 nm, absorbant fasccul, montur oglnz /polarzor /lentle, montur de rotate, cardur detecte fasccul, postamente montur. Au fost elaborate schema optca s procedura de calbrare /setare a atenuatorulu de fasccul pentru sursele laser de test utlzate n procedurs S-on-1. Schema optca Pentru a obtne o nalta stabltate a emse laser, sstemul laser de test trebue sa functoneze n mod contnuu (fara ntreruper), parametr de fasccul (energa, durata, frecventa de repette a pulsurlor laser, structura de modur longtudnale de osclate) fnd mentnut constant pe ntreaga durata a procedur de test. Ca urmare, este necesar sa utlzam un atenuator varabl extern, care permte reglarea energe laser n gama dnamca solctata de procedura de test. Atenuatorul este alcatut dntr-un polarzor de ntrare P1, o lama semunda LS montata ntr-o montura de rotate actonata de un motor pas cu pas controlat prn calculator s un polarzor de esre P care transmte fascculul atenuat pentru proba de test (fg. 1). Fascculele reflectate de ce do polarzor sunt dspate n absorbant optc D1, D. Polarzorul P1 este orentat paralel cu drecta de polarzare a fasccululu laser, care este 75 % lnar polarzat n plan orzontal, astfel ncat sa transmta maxmum de energe laser lnar polarzata spre lama LS. Polarzorul P este montat antparalel fata de P1, pentru a evta transalata fasccululu n plan transversal la trecerea prn atenuator. Intal, lama semunda este rotta la un ungh α 0 n pozta de extncte (energe mnma la esrea atenuatorulu). Unghul de extncte α 0 este memorat de calculator. 5
P 0 Laser de test P1 LS D Fg. 1. Schema optca a atenuatorulu varabl. P1, P: polarzor lama; LS, lama semunda; 0, energa pulsulu lnar polarzat ncdent pe lama LS;, energa pulsulu la esrea dn atenuator. D1, D: absorbant optc. D1 Daca negljam energa rezduala transmsa n pozta de extncte, atunc energa de esre functe de unghul α de rotate a lame LS fata de pozta de extncte este data de legea lu Malus ( α) = 0 sn (α ), (1) unde 0 este energa pulsulu laser ncdent pe polarzorul P. Procedura de calbrare Caracterstca (α) se determna expermental prn masurarea unu numar de n valor dscrete (α ), unde α apartne ntervalulu [0 o - 45 o ]. umarul n de puncte expermentale se determna dn condta ca eroarea de extrapolare a caracterstc teoretce data de ecuata (1) sa fe ma mca decat rezoluta n energe a sstemulu laser ( 1 %). Daca Δα este separarea unghulara ntre doua puncte succesve (α ), (α + Δα), atunc eroarea de extrapolare Δ n aproxmata lnara este data de relata (v. Anexa1): 0 α) 8 d dα [ sn (α )] = ( α) cos 4α ( () Conform ec. (), eroarea de extrapolare este maxma la extremtatle domenulu de varate a energe de esre, pentru α =0 o s α =45 o. Dn condta 0 max ( α) < 10 - (3) o obtnem α < 0,1 rad = 5, 73. Consderand Δα = 5 o, rezulta ca, pentru a avea o eroare maxma de extrapolare ma mca de 10 -, sunt sufcente n = 10 puncte expermentale (α ) separate prn ncrementul Δα. 6
Setarea energe de test Programul calculeaza energa laser next pentru nterogarea stulu urmator pe baza datelor obtnute pe sturle nterogate anteror. Pentru setarea atenuatorulu pe valoarea next programul efectueaza pas urmator: 1. Determna ntervalul [ ) ( α )]. Calculeaza ncrementul δα: δα = ( α next ( α ) ) ( α ) + 1 ( + 1 α care nclude next. 3. Roteste lama LS cu unghul +( α + δα ) fata de unghul de extncte α 0 setat de operator. III. Actvtatea 1.5. (durata: lunle 3 13) Realzat partal A fost elaborat caetul de sarcn prvnd automatzarea procedur S-on 1 (prezentat n Anexa ), n vederea achztonar de servc cercetare prvnd mplementarea unu program de operare automata. Concluz Aprecem ca au fost ndeplnte actvtatle prevazute pentru pentru a trea peroada de raportare: 16.1.010 16.o3.011 (actvtat de dezvoltare expermentala). Pana n prezent nu sunt de semnalat factor care ar putea ntarza derularea planfcata a actvtatlor proectulu. 7
Anexa 1 Calculul eror de extrapolare Consderam doua valor dscrete (α 1 ) s (α 1 + Δα) stuate pe caracterstca (α) s un punct ntermedar (α 1 + δα), unde δα < Δα (fg. A1). (α 1 + Δα) (α 1 + δα) (α) = 0 sn (α) (α 1 ) Δ L (α 1 + δα) δα Δα Fg.. Aproxmarea functe (α) prn extrapolare lnara Eroarea Δ ntrodusa de extrapolarea lnara a caracterstc (α) repreznta dferenta dntre ordonata functe sn ( ) s ordonata drepte ((α 1 ), (α 1 + Δα)): 0 α = ( α + δα) 1 L ( α + δα) δα δα L ( α1 + δα) = 1 ( α1) + ( α1 + α) α α 1 Marmle (α 1 + δα) s (α 1 + Δα) pot f aproxmate prn dezvoltare n sere n jurul lu (α 1 ): (A1) δα ( α1 + δα) = ( α1) + δα ( α1) + ( α1) (A) α ( α1 + α) = ( α1) + α ( α1) + ( α1), (A3) unde, conform ec. (1), ( α) = 0 ( α) = 8 0 sn 4α cos 4α Dn ecuatle (A1 A4, ) obtnem pentru Δ: (A4) δα = ( α δα) ( α1) = 4δα( α δα) cos 4α (A5) Pentru δα = α /, ec. (A5) devne: = α cos 4α (A6) 8
AEXA ISOTEST Caet de sarcn 01-10.03.011 Program automatzare procedura S-on-1 9
Cuprns I. Introducere... 11 II. Descrerea scheme bloc. Comuncarea cu perfercele.... 1 III. Functonarea nstalate pe etape. Algortmul S-on-1... 16 1. Pornre echpamente s ntalzare.... 17. Caracterzare fasccul laser s calbrare atenuator.... 18 3. Centrare proba n fasccul.... 18 4. Realzare harta stur.... 19 5. Testare prelmnara (realzata de operator).... 0 6. Testare automata.... 1 7. Marcare proba... 8. Calcul curbe s bugetul erorlor.... AEXA 1... 3 Ftarea parametrca a caracterstc P (). Calculul ncerttudn δ... 3 AEXA... 4 Statstca masurar s Bugetul erorlor... 4 AEXA 3... 6 Raport de Test... 6 IV. Interfata grafca... 6 V. Rezumat... 3 10
I. Introducere Acest document descre modul de functonare a software-ulu aferent nstalate de masurare a pragulu de dstrugere a componentelor optce n fasccul laser, nstalate dezvoltata n cadrul proectulu ISOTEST. Procedura de testare a acestor componente este descrsa de standardul ISO-1154 s poarta denumrea de procedura S-on-1. Programul ce urmeaza a f dezvoltat, trebue sa lucreze pe un PC pe care este nstalat un sstem de operare Wndows 7 pe 64 bt. Procedura S-on 1 este utlzata pentru masurarea / certfcarea ISO a pragulu de dstrugere (PD) al componentelor optce /materalelor radate cu pulsur laser repettve de mare putere. Prn dstrugerea une suprafete optce se ntelege orce modfcare permanenta ndusa de laser, care este observabla cu un mcroscop cu marre > 100. PD repreznta denstatea de energe (fluenta) mnma a pulsulu laser, exprmata n J/cm, care dstruge suprafata optca n zona radata, n regm de lucru repettv. PD depnde atat de parametr pulsurlor laser (lungme de unda, durata de puls, frecventa de repette), cat s de caracterstcle probe (compozte, caltatea optca a suprafete). Pentru a obtne denstat de energe per puls sufcent de mar, fascculul laser este focalzat ntr-un spot de dmensun submlmetrce pe suprafata probe de test. In procedura S- on-1, spotul laser focalzat se repoztoneaza n dferte locat (stur) pe suprafata optca testata. Dstrugerea unu st nterogat repettv cu pulsur laser, se detecteaza on-lne prn montorzarea nvelulu radate laser mprastate de stul nterogat. Pentru realzarea testelor de masurare a pragulu de dstrugere a componentelor optce se va constru o nstalate care nclude un laser, echpamente de masura a parametrlor fasccululu laser, precum s echpamente care permt automatzarea procedur de masurare. Smultan cu dezvoltarea s constructa nstalate, se va dezvolta un software specalzat capabl sa guverneze procesul de masurare a pragulu de dstrugere a componentelor optce n fasccul laser. Derularea procedur S-on-1 va f optmzata prn utlzarea unu algortm de operare teratv. Ideea fundamentala a algortulu teratv consta n optmzarea procesulu de nterogare a probe testate, astfel ncat mnmzarea ncerttudn n determnarea PD sa fe obtnuta cu un numar mnm de stur nterogate. Pas algortmulu teratv S-on-1 sunt prezentat n detalu n unul dn captolele urmatoare ale acestu document. Pe parcursul proectulu se vor face expermente de testare s masurare a fasccululu laser, de functonare a echpamentelor achztonate, precum s de dezvoltare s proectare a celor ce vor f construte n cadrul proectulu. Concluz s rezultate ale acestor expermente, pot duce la anumte modfcar ale cerntelor de dezvoltare a programulu PC, prezentate de acest document. De aceea se au n consderare doua etape de dezvoltare a acestu program, denumte n contnuare etapa I, respectv etapa II. In etapa I specfcatle s cerntele pentru program sunt oarecum smplfcate. Se pune accent ac pe expermentele amntte ma sus, parte dn ele fnd nsotte de part sau module ale acestu program, pentru a verfca corecta functonare a acestua n condt cat ma apropate de condtle de lucru reale, dupa ce nstalata de testare devne functonala. In aceasta etapa echpa de dezvoltare a programulu va nteractona strans cu restul echpe dn cadrul proectulu. Etapa II presupune preluarea ntreg expertze acumulate pe parcursul prme etape, redefnrea n detalu a cerntelor programulu tnand cont de concluzle, caracterstcle s lmtarle de functonare ale dfertelo echpamente s subssteme ale nstalate, astfel ncat n fnal sa rezulte un program stabl s fabl (trebue mentonat ac ca n regmul automat, care va f defnt n cele ce urmeaza, nstalata trebu sa functoneze ore ntreg, fara nterventa operatorulu). 11
II. Descrerea scheme bloc. Comuncarea cu perfercele. In fgura.1 este prezentata schema bloc (dn punct de vedere al dezvoltar programulu) a nstalate de masurare a pragulu de dstrugere a componentelor optce radate cu pulsur laser de mare putere. Fg..1 Schema bloc a nstalate de masurare a pragulu de dstrugere; Dupa cum se observa n fgura, sstemul de control are n compunere doua subssteme, care la randul lor nteractoneaza cu dferte perferce: subsstemul PC s subsstemul DSP. Subsstemul PC repreznta n fapt softul pentru PC ce va f dezvoltat ca urmare a descrer facute de prezentul document. In afara de DSP, PC ma comunca s cu un proflometru laser cu camera CCD, DS, conectat la calculator s controlat de un software propretar, care masoara proflul spatal al fasccululu laser, cu un montor de energe ME s cu un oscloscop dgtal Tektroncs, la care este atasata un sstem fotododa s amplfcator, DT, cu care se analzeaza proflul temporal al fasccululu, atunc cand pentru explorare se foloseste laserul cu pulsur de nanosecunde. In cazul laserulu de pulsur de femtosecunde, dspoztvul ce caracterzeaza proflul temporal este un dspoztv specal, dedcat, (numt Grenoulle). Schema bloc prezentata n fgura.1 arata componentele n cazul utlzar laserulu cu pulsur de nanosecunde pentru explorarea probe. PC ar trebu sa gestoneze o arhtectura de baza de date, cu ajutorul carea sa stocheze n condt de sguranta rezultatele testelor efectuate de nstalate. Sstemul PC este un program ce ruleaza pe un calculator care are un sstem de operare Wndows 7, 64 bt. El este MASTER n raport cu celelalte perferce dar s cu DSP. 1
Sstemul DSP Des dezvoltarea DSP nu este n sarcna echpe ce dezvolta PC, pentru o ma buna ntelegere a tpulu de nteracte s comuncare, se va face o descrere succnta a DSP cu PC. DSP este o untate de calcul de sne statatoare (Dgtal Sgnal Processng), care are rolul de a executa secvente de program ce se deruleaza rapd, dec care cer o vteza de urmarre s procesare mare, n tmp ce PC controleaza procesul de masurare a pragulu de dstrugere n ansamblul lu. De aceea programul PC este MASTER, n tmp ce DSP mpreuna cu celelalte perferce se raporteaza ntotdeauna la PC ca untat SLAVE. Interacta (comuncarea) dntre PC s DSP se desfasoara dupa urmatorul tpar: PC comunca DSP parametr de execute a secvente de explorare a unu st, (energa pulsurlor laser s numarul stulu ce urmeaza a f nterogat). DSP confrma prmrea datelor s ncepe executa secvente. Verfca functonarea laserulu, comanda deplasarea masute X/Y pentru a poztona stul corespunzator pe axa fasccululu, comanda rotrea atenuatorulu pentru a stabl energa de test, deschde obturatorul de fasccul, numara pulsurle laser ce ajung pe stul corespunzator pe proba s montorzeaza starea stulu cu ajutorul detectorulu de st dstrus. Daca la un moment dat stul se dstruge, DSP nchde obturatorul de fasccul apo comunca catre PC rezultatul s anume numarul de pulsur la care stul a fost dstrus, sau faptul ca dupa numarul prestablt de pulsur aplcate stul nu a fost dstrus. PC confrma catre DSP recepta rezultatulu. Dupa acest pas, secventa de execute este consderata ncheata, putand sa nceapa o secventa ulteroara. Comuncarea DSP cu PC se face pe USB (optonal se poate face s pe RS3). Protocolul de comuncare urmeaza a f defnt ntre echpa de dezvoltare a softulu PC s echpa ce dezvolta sstemul DSP. Des prezentul document se refera doar la specfcatle PC, pentru o ma usoara ntelegere, vom descre pe scurt s functle ndeplnte de catre DSP: Controller de motoare pas cu pas DSP contne un controller de motoare pas cu pas, cu care comanda cele doua motoare ale masute de translate X/Y, de poztonare a probe n fascculul cu care se exploreaza sturle s motorul masute de rotate α a atenuatorulu de fasccul laser (care seteaza energa pulsulu laser ); Controller comuncare PC In acest stadu stm ca DSP va comunca cu PC pe USB sau RS3, ar protocolul de comuncare urmeaza a f defnt ulteror. El trebue sa asgure comuncarea nante s dupa executa une secvente de explorare s atunc cand PC-ul cere DSP-ulu nformat despre starea part de sstem controlate drect de DSP (daca tnta e centrata, daca laserul este n functune, pozta obturatorulu de fasccul, pozta atenuatorulu s a masute X/Y); Controller secventa explorare st Explorarea sturlor de pe proba se face sub forma de secvente, n care PC comunca parametr de explorare (energa laser per puls, numar st, numar maxm de pulsur), DSP executa exlorarea (poztoneaza masuta probe, poztoneaza atenuatorul de fasccul, deschde obturatorul s n momentul dstruger stulu sau atnger numarulu maxm de pulsur, nchde obturatorul), n fnal DSP comunca PC-ulu rezultatele secvente (numar pulsur la care stul s-a dstrus, sau faptul ca stul nu a fost dstrus); Controller centrare proba Inante de a monta proba n nstalate, pe masuta de deplasare X/Y se monteaza o proba martor (prevazuta cu un orfcu n centru). In spatele probe se afla un foto-detector centrat pe axa z al fasccululu de explorare (n lungul fasccululu). Cand se apeleaza functa de centrare a probe, DSP poztoneaza masuta X/Y pentru semnal maxm pe foto-detector. Aceasta nseamna ca masuta e centrata, s se retne pozta n memora DSP. Aceasta foloseste la etapa n care PC genereaza harta sturlor ce 13
urmeaza a f explorate, astfel ncat ele sa se regaseasca fdel pe suprafata reala a probe. Atunc cand PC nterogheaza DSP, acesta spune daca centrarea s-a efectuat cu succes (urmeaza a se detala n defnrea protocolulu de comuncare dntre PC s DSP); Controller I/O DSP este deasemenea capabl sa gestoneze ntrar s esr dgtale TTL, pentru a prelua dn exteror star logce respectv transmte catre exteror comenz. Perfercele conectate la acest bloc I/O sunt: 1. Detectorul de puls DP. Este o fotododa urmata de un crcut care furnzeaza la esre mpulsur TTL. Aceste pulsur ajung pe una dn ntrarle dgtale ale DSP. Aceasta permte DSP sa numere pulsurle laser cu care se exploreaza proba n tmpul execute secventelor de explorare;. Detectorul de st dstrus DDS. Acest bloc (ce contne o fotocelula), prn fenomene de mprastere laser, este capabl sa detecteze dstrugerea stulu n urma aplcar pulsurlor laser pe proba. Daca stul este dstrus, la esrea DDS este generat un puls TTL, care concde temporal cu pulsul care a dstrus stul. In acest mod DSP seszeaza momentul dstruger stulu explorat s opreste secventa de explorare, prn nchderea obturatorulu de fasccul OF; 3. Obturatorul de fasccul OF. Acest dspoztv blocheaza sau lasa sa treaca pulsurle laser care ntra n sstemul optc al nstalate s ajung n cele dn urma pe suprafata probe. El se afla plasat medat la esrea laserulu. OF ma are rol s de protecte s securtate, de aceea la nvelul lu actoneaza butonul de Oprre de Urgenta ce poate f actonat de operator. Practc aceasta comanda tae almentarea obturatorulu, astfel ncat acesta se nchde nstantaneu, blocand pulsurle laser. Comanda OF de catre DSP se face prn ntermedul unea dn esrle TTL ale acestua. Smultan, cu ajutorul une ntrar TTL, DSP montorzeaza almentarea OF, astfel ncat daca butonul de oprre de urgenta este actonat, DSP sa poate opr secventa ce era n derulare, sau care urma sa se deruleze; 4. Montorzare LASER. Pe o alta ntrare TTL a DSP, ajunge un semnal TTL de la laser, atunc cand acesta ntra n functune. Dn momentul aparate acestu semnal, DSP asteapta un nterval de tmp Δt, pana sa consdere ca laserul este functonal, tmp necesar pentru ntrarea n regm stabl de functonare a laserulu; 5. Montorzare proba. Cu doua ntrar dgtale TTL se montorzeaza prezenta s tpul de proba montata n nstalate (proba de test sau proba Dummy, cu care se face centrarea probe). Des hardware, senzor s cablurle de conectare vor f montate ntal, n etapa I se vor face teste de functonare a nstalate cu aceasta montorzare, n rest ea fnd nhbata software. Daca testele dovedesc utltatea aceste funct, ea va f permanent ntegrata n sstem n etapa II. Exsta o dee n care sstemul de senzor sa se extnda astfel ncat sa poata detecta s tpul de proba de test (proba de 0.5, 1, 1.5, s custom), elmnand astfel ntroducerea de catre operator a aceste setar. Aceasta extndere va avea loc daca testele dn etapa I dovedesc fezabltatea s utltatea e s va f facuta n etapa II de dezvoltare a softulu PC; Temporzator regm laser Asa cum amnteam la descrerea I/O, cu una dn ntrar, DSP montorzeaza functonararea laserulu. Una dn caracterstcle laserlor (laser fnd nstalat extrem de complexe) este aceea ca de la pornrea efectva pana la functonarea la parametr nomnal, este nevoe de un tmp care uneor (functe de laser) poate sa fe de ordnul orelor. De aceea DSP trebue sa fe capabl sa ntroduca o ntarzere ntre almentarea cu energe a laserulu s semnalzarea ca laserul este functonal, atunc cand PC nterogheaza DSP. Aceasta ntarzere o ntroduce operatorul de la panoul de comanda a DSP. Instalata va lucra cu do laser dfert, de aceea vor trebu ntrodus tmp de asteptare dfert pentru ce do laser; 14
DSP contne un panou de control s comenz locale pentru dferte operat pe care le executa acesta. Este stablt ca DSP este SLAVE n raport cu PC s des protocolul de comuncare nu este specfcat la acest moment, se ste ca el trebue sa asgure comuncarea n tmpul secventelor de explorare a probe s sa obtna nformat de tp status de la perfercele gestonate de DSP s de la DSP nsus. Exsta anumte operat pe care DSP le efectueaza ndependent de PC (operata de centrare a probe, temporzarea ntrar n regm al laserulu, etc.), operat ce necesta ntroducerea de date de catre operator. Acestea se ntroduc de la panoul de control local al DSP. Deasemenea dfertele operat efectuate, starea perfercelor s comuncarea cu PC-ul pot f montorzate de catre operator cu ajutorul dsplay-ulu de pe panoul de control al DSP. Proflul spatal (DS). DS este un proflometru laser cu camera CCD care prea o fractune dn fascculul laser s analzeaza proflul spatal n vederea determnar Are efectve a fasccululu A eff. Ea este o marme statstca (n sensul ca se fac masurar pe ma multe pulsur s se medaza), dec este necesara s abaterea standard relatva, ε A. Proflometrul comunca cu calculatorul prn USB s este echpat cu un soft specalzat care recunoaste camera s prea magnle pentru prelucrare. Softul face o sere de calcule prntre care s cele descrse ma sus, ele putand f accesate prn ActveX Control de catre softul PC. Exsta documentate a camere s softulu, care descre n detalu modulul ActveX care permte exportul datelor n afara softulu specalzat. Montorul de energe (ME). ME este un dspoztv de masurat energa pulsurlor laser cu ajutorul unu senzor proelectrc. Poate functona autonom (ndependent de calculator), sau conectat la calculator prn USB, RS3, sau GPIB. Atunc cand este conectat la calculator, comenzle s datele masurate sunt preluate de un software HOST. Comenzle s schmbul de date se realzeaza cu ajutorul unu set de comenz standardzate de tp SCPI (Standard Comands for Programable Instruments). Foarte pe scurt, SCPI este un protocol de comuncare dedcat trmter de comenz s receptonar de date, catre s dnspre nstrumente de laborator. Standardzarea unu asemenea lmbaj de comuncare cu nstrumentele, face ca nstructunle de comanda s ctre a unu parametru, sa fe smlar pentru nstrumente dferte ca tp sau frma producatoare. Anexat se afla un document pdf, care descre standardul SCPI. Intorcandu-ne la montorul de energe, marmea care ne ntereseaza pe no este energa mede a trenulu de pulsur laser aplcate pe st k, s abaterea standard relatva aferenta ε. k Acestea pot f obtnute n doua modur. Fe extragand datele dn softul HOST, al montorulu de energe ME prn ActveX, fe mplementand drect n softul PC comenzle SCPI corespunzatoare extrager datelor. Ramane de analzat ulteror, care metoda este ma fezabla. Proflul temporal (DT). DT este format dntr-un sstem fotododa ultra rapda amplfcator de banda larga oscloscop dgtal. Fara a ntra n detal, spunem ca oscloscopul face esantonarea semnalulu, mederea pe ma multe pulsur s calculeaza durata efectva a pulsurlor laser. Oscloscopul este prevazut cu PC cu sstem de operare Wndows XP 3 bt, dec trebue construta o aplcate care sa lucreze sub Wndows s sa ruleze pe oscloscop. Comuncarea dntre oscloscop s PC, se reduce la comuncarea dntre doua calculatoare. De mentonat ac ca metoda descrsa ma sus pentru analza proflulu temporal este valabla doar pentru laserul cu pulsur de nanosecunde, pentru cel de femtosecunde, proflul temporal se analzeaza cu un dspoztv specal, dedcat, 15
(numt Grenoulle). Acesta este conectal la PC prn USB s softul de gestonare al lu are ActveX Control, cu ajutorul carua PC s extrage datele. Tot ac ma mentonam ca n etapa I, transferul datelor de la sstemul fotododa amplfcator oscloscop, catre PC se face manual (de catre operator), comuncarea automata (ncluzand s aplcata ce ruleaza pe sstemul de operare Wndows al oscloscopulu) va f realzata n etapa II a dezvoltar softulu PC. Tot n etapa II se va ntegra n sstem s dpoztvul Grenoulle. Baza de date DB. In fgura.1, la nvelul PC este fgurata o baza de data DB. Ea are rolul de a organza s stoca rezultatele testelor pe termen lung. Ideal este ca aceasta baza de date sa fe pe un server (calculator), astfel ncat n tmp, resursele calculatorulu PC ce controleaza nstalata de testare sa fe degrevat de sarcna de gestonare s stocare a datelor. In plus, aceasta repreznta s o masura de sguranta suplmentara. In baza de date se vor putea salva setur de teste complete sau ncomplete, cat s date rezultate n urma testelor expermentale de verfcare, calbrare s ntretnere a nstalate. Tpul de date salvate s modul lor de organzare se va dscuta n momentul dezvoltar DB. Dezvoltarea DB se va efectua n etapa II. III. Functonarea nstalate pe etape. Algortmul S-on-1 In captolul precedent a fost prezentata schema bloc s dspoztvele perferce cu care comunca PC. Acest captol va descre functonarea nstalate de masurare a pragulu de dstrugere a componentelor optce, n cadrul proectulu ISOTEST. La baza functonar nstalate ISOTEST se afla algortmul S-on-1. Procedurle de testare a pragulu de dstrugere pentru componentele optce sunt descrse de standardul ISO-1154. Prma parte descre algortmul 1-on-1, partea a -a descre algortmul S-on-1. Standardul ISO-1154 este anexat prezentulu document. Procedura 1-on-1 nseamna explorarea suprafete testate cu un puls laser pe st, puls laser de dferte energ. Procedura S-on-1 nseamna folosrea ma multor pulsur de explorare pe un st. Aceasta metoda este ma puternca (ofera o acuratete ma mare) pentru ca avand un numar sufcent de mare de pulsur, rezultatele se pot trata statstc. In plus, daca facem S=1, algortmul S-on-1 devne 1-on-1, dec procedura 1-on-1 o putem consdera ca fnd nclusa n procedura (generala) S-on-1. Acestea sunt motvele pentru care la baza functonar nstalate ISOTEST se afla algortmul S-on-1. Functonarea nstalate este structurata pe 9 etape succesve, dupa cum urmeaza: 1. Pornre echpamente s ntalzare;. Caracterzare fasccul laser s calbrare atenuator; 3. Centrare proba n fasccul; 4. Realzare harta stur; 5. Testare prelmnara (realzata de operator); 6. Testare automata; 7. Marcare proba; 8. Calcul curbe s bugetul erorlor; 9. Salvare date s ntocmrea fse de test; Revennd la schema bloc (fgura.1) trebue preczat ca PC nu nteractoneaza n permanenta cu perfercele. Functe de etapa parcursa de PC, acesta comunca numa cu acele perferce care sunt necesare pentru ndeplnrea acele operat. De exemplu, n etapa a -a, pentru caracterzarea fasccululu, PC trmte comenz s prea date de la DS s DT+Oscloscop, n tmp ce pentru calbrarea atenuatorulu, PC cteste nformata de energe de la DE s comanda va DSP unghul de rotate al atenuatorulu, memorand datele s realzand curba de calbrare. Cu alte cuvnte, pentru calbrarea atenuatorulu, PC are nevoe sa comunce cu DSP s ME. Deasemenea, 16
n tmpul testar prelmnare sau automate, PC trmte catre DSP secvente de explorare stur. Cand DSP raporteaza napo rezultatul secvente, PC prea s stocheaza de la acesta starea stulu (dstrus/ nedstrus) s numaraul de pulsur aplcate. De la ME prea nformata de energe laser (s abaterea standard) masurata pe pulsurle aplcate pe stul testat s numarul de pulsur aplcate pe st. PC compara numarul de pulsur raportat de DSP cu cel raportat de ME. In functonare normala, aceste doua numere trebue sa concda. Rezulta ca n tmpul testar prelmnare sau automate, PC nteractoneaza cu ME s DSP. In tabelul 3.1 sunt prezentate nteracta PC cu perfercele, pentru fecare etapa a procesulu. r Etapa Perferce Observat 1 Pornre echpamente s ntalzare DS;ME; DT+Osc;DB PC verfca daca perfercele sunt n functune s raporteaza daca unul dn perferce nu este n regula. DSP PC nterogheaza DSP s prn ntermedul DSP verfca daca laserul a ajuns n regm normal de lucru. Caracterzare fasccul s DS;DT+Osc Pentru caracterzare fasccul, PC comunca cu DS s DT+Osc. Calbrare atenuator ME;DSP Calbrarea atenuatorulu se face cu ME s DSP. 3 Centrare proba n fasccul DSP Operata este efectuata de catre DSP. 4 Realzare harta stur - u partcpa nc un perferc. PC efectueaza sngur operata. 5 Testare prelmnara DSP;ME PC trmte secvente de explorare la DSP. DSP executa secventele s raporteaza rezultatele napo, la PC. Dupa fecare raport al DSP, PC prea datele de la ME. 6 Testare automata DSP;ME Idem. 7 Marcare proba DSP Este efectuata cu secvente de marcare de catre PC s DSP. 8 Calcul curbe s bugetul - u partcpa nc un perferc. PC efectueaza sngur operata. erorlor 9 Salvare date s ntocmrea fse de test DB PC salveaza datele n DB. Tabelul 3.1 Interacta PC cu perfercele functe de etapele executate; 1. Pornre echpamente s ntalzare. Deoarece nstalata ISOTEST contne multe echpamente s dspoztve (vez schema bloc, fgura 1.1), punerea n functune nu se rezuma doar la actonarea unu comutator. Fecare dspoztv dn nstalate este un sstem complex, care pe langa almentarea cu energe electrca, necesta anumte peroade de tmp pentru ntalzare. Un exemplu sugestv este laserul. Pe langa faptul ca necesta o operarate n ma mult pas, el trebue sa functoneze un nterval de tmp pana parametr fasccululu laser se stablzeaza. umm acest proces ntrare n regm de lucru al laserulu. In captolul precedent am descrs ca acest nterval de tmp este masurat de catre DSP. La randul lu DSP este nterogat de catre PC, despre starea perfercelor s al DSP nsus. In acest mod ajunge la PC nformata despre starea laserulu (daca e oprt sau pornt s a ajuns sau nu n regm de lucru). Rezulta ca prmele doua componente ce trebue pornte sunt laserul (pentru ca tmpul de la pornre la ntrarea n regm de lucru este cel ma mare) s DSP (pentru a montorza acest tmp). Apo se pornesc celelalte componente (nu exsta o ordne strcta). La sfarst, se va porn aplcata PC (dupa ce n prealabl calculatorul pe care e nstalata aplcata a fost pornt s acesta a boot-at). Pentru a nu exsta blocaje n parcursul procedur de testare, PC va verfca la pornre fecare perferc daca este n functune (asemanator secvente de verfcare a perfercele de catre BIOS-ul unu calculator). Tabelul 3. descre partculartatle de pornre s ntalzare a fecaru subsstem n parte: Subsstem Almentare Pornre / Intalzare Laser Da Pornre n ma mult pas, necesta tmp de ntrare n regm de ordnul zeclor de mnute DSP Da Pornre manuala sau automata (comandata de laser), ntalzare scurta (cateva secunde) DS u (camera se almenteaza prn USB) Pornre automata (la pornrea PC) 17
ME Da Pornre manuala, ntalzare scurta (cateva secunde) DT+oscloscop Da-DT; Da-Osclsocop Pornre manuala, ntalzare n zec de secunde DB Da n cazul n care DB e pe alt calculator In cazul n care DB se afla pe alt calculator, necesta pornrea calculatorulu respectv. PC Da Pornre manuala, ntalzare de ordnul zeclor de secunde. Tabelul 3. Caracterstcle de ntalzare PC s perferce. Caracterzare fasccul laser s calbrare atenuator. A doua etapa nclude masurarea are efectve a spotulu laser focalzat pe suprafata probe cu proflometrul DS, masurarea durate efectve a pulsulu laser cu sstemul DT (fg..1) s calbrarea atenuatorulu de fasccul. Atenuatorul de fasccul este alcatut dntr-un polarzor s o lama semunda. Reglarea energe la esrea atenuatorulu se realzeaza prn rotrea lame semunda cu ajutorul une masute de rotate motorzata (notata n schema bloc dn fgura.1 cu α). Prn rotrea lame cu un ungh α, drecta de polarzare a fasccululu laser se roteste cu unghul α. Intal, lama semunda este poztonata la un ungh α 0 n pozta de extncte ( 0). Unghul de extncte α 0 este setat de operator. Daca lama semunda se roteste cu un ungh α fata de pozta ntala α 0, energa la esrea dn atenuator este data de relata ( α) = 0 sn (α ), unde 0 este energa pulsulu laser la ntrarea n atenuator. Caracterstca (α) se extrapoleaza prn masurarea a n nvele de energe (α ), unde α repreznta n valor dscrete ale unghulu α cuprnse n ntervalul [0 o - 45 o ]. Daca α +1 α = Δα = 5 o, rezulta 10 valor ale unghulu α: 0 0, 5 0, 10 0, 15 0, 0 0, 5 0, 30 0, 35 0, 40 0, 45 0. Se poate arata ca, n acest caz, eroarea de extrapolare a caracterstc (α) este ma mca de 1 %. Setul de date (α ) este memorat de calculator. Energa de test next pentru nterogarea unu nou st este calculata de program pe baza datelor acumulate anteror sau este setata de operator n cadrul testulu prelmnar. Pentru a seta atenuatorul pe o energe next, programul efectueaza pas urmator: 4. Determna ntervalul [ ( α ) ( α + 1) ] care nclude next. next ( α ) 5. Calculeaza ncrementul δα = α, unde Δα = 5 o. ( α + 1) ( α ) 6. Roteste lama semunda cu unghul +( α + δα ) fata de unghul de extncte α 0 setat de operator. Expermental se va determna cat de des trebue efectuata aceasta etapa (caracterzare fasccul s calbrare atenuator). In etapa I va f construt un soft separat, astfel ncat sa poata f usor de testat. Rezultatele caracterzar s calbrar, vor f preluate s ntroduse n softul general de catre operator. Dupa eventualele corect s mbunatatr (atat software cat s hardware) s dupa determnarea ntervalul de tmp maxm la care trebue facuta caracterzarea fasccululu (care mplca stabltatea parametrlor laserulu), n etapa II, programul va f ntegrat n softul prncpal. 3. Centrare proba n fasccul. Aceasta operate se efectueaza la nvelul DSP, ea putand f ntalzata atat local (de pe panoul de control al DSP), cat s de la PC. PC prea doar rezultatul fnal, (centrarea s-a efectuat cu succes sau centrarea nu s-a efectuat). 18
4. Realzare harta stur. Calculeaza numarul total de stur pe proba, n total, s determna harta sturlor n arhtectura hexagonala sau rectangulara, numeroteaza sturle reprezentate pe harta: Aoptc Aoptc n total =, n total = 3 ( d, (1) sepdt, eff ) ( d sepdt, eff ) unde A optc ara dsponbla pe proba; d T, eff dametrul spotulu laser pe suprafata probe; d sep separarea ntre sturle adacente exprmata n numar de dametre de spot. A optc = πr, pentru probe cu smetre crculara(dameru de ½ nch, 1 nch, nch); A optc = LxW, (L orzontal, W vertcal n gama ½ nch nch) Valorle R sau L s W, d sep, d T, eff sunt setate de operator. Facculul va f poztonat ntal n centrul geometrc al probe. In prma etapa se utlzeaza formula n total pentru arhtectura rectangulara (fara factorul ). 3 Gama de valor: A optc :10 mm 500 mm (default 500 mm ); d sep : 3 0(default 3); d T, eff : 0, mm 5 mm (default 0.3 mm). Sturle se poztoneaza ntr-o matrce cu m ln s n coloane numerotate ca n fg. 1. Lna de marcare a probe se va poztona deasupra matrce, la dstanta d sep * d T, eff de prma lne. Marcarea se realzeaza la sfarstul procedur de test prn raderea a 7 stur separate la d sep * d T, eff /, ncepand dn dreptul coloane ntreg(n-)/, energa pulsulu laser setata la valoarea maxma utlzata n cadrul testulu. Dupa aceasta calculatorul seteaza orgnea pe prmul st(stanga sus), calculeaza dstanta de la orgne la centru pe axele x s y s transmte valorle la DSP. De acum ncolo PC, atunc cand vrea sa se poztoneze pe un st va transmte catre DSP coordonatele stulu respectv fata de orgne. Fg. 3. Harta stur (forma rectangulara, etapa I); 19
5. Testare prelmnara (realzata de operator). 5.1 Operatorul defneste o sere de q ntervale de energe [ Δ, + Δ] care acopera gama de energe laser per puls dsponbla pentru test, unde este o varabla care numeroteaza aceste ntervale, = 1; ;...q. Semlargmea ntervalelor, Δ, se mentne constanta pe durata testulu s determna eroarea statstca a valor pragulu de dstrugere (fg. ). Daca mn este nvelul mnm de energe accesbl expermental, atunc, energa mede a ntervalelor succesve de largme Δ, este data de relata = mn + ( 0,5) Δ () Valorle mn, Δ, q sau max sunt setate de operator. Gama de valor: mn: mj 00 mj(default 10 mj); ; Δ = 4 mj- 40 mj(default 0 mj); q = 40(default 5);. st dstrus st nedstrus 10 9 Δ Δ 10 d 9 P 1( 10) = 3/3 = 1 P 1( 9) = 4/4 = 1 8 8 P 1( 8) = /4 = 0,5 7 6 7 6 P 1( 7) = 1/4 = 0,5 next P 1( 6) = 0/4 = 0 P 500( 6) =4/4=1 5 5 P 1( 5) = 0/4 = 0 P 500( 5) =4/4=1 4 4 P 500( 4) =3/4=0,75 3 3 P 500( 3) =3/5= 0,6 1 mn Δ Δ 1 P 500( ) =0/3= 0 P 500( 1) =0/4=0 Fg.. Reprezentarea sturlor nterogate n dagrama dupa etapa de ntalzare. P 1 () 1,0 0,95 1 5 10 0 50 100 00 500 (0,05) = L (0,95) = H 0,50 0,5 next L d = m = 6 H m L H 0,05 0 5 6 7 8 9 10 Fg, 3, Caracterstca de probabltate P 1 () ftata de algortm cu datele dn fg.. L, H : energa per puls corespunzatoare probabltat de dstrugere de 5%, respectv 95 %; 0
next, energa pulsulu laser calculata de algortm pentru nterogarea stulu urmator., energe per puls laser;, numar de pulsur aplcate per st; P (), probabltatea de dstrugere a unu st la pulsur aplcate per st; next, energa pulsulu laser calculata de algortm pentru nterogarea stulu urmator. 5. Test de radere prelmnar: operatorul seteaza o energe per puls dn gama [ mn,, max ]; cu care nterogheaza un st, cu un numar prestablt ( P ) de pulsur. Se repeta nterogarea cu dferte energ per puls pentru 35 40 de stur, astfel ncat sa exste stur fara dstrugere dupa aplcarea unu numar P de pulsur per st, s stur dstruse dupa un numar mnm prestablt de pulsur ( L ) per st. Programul software deruleaza secventa automata a nterogar sturlor cu excepta ntroducer energe de catre operator s nregstreaza per st: [, P sau mn ], unde este valoarea mede a energe per puls pe stul testat, mn numarul de pulsur dupa care s-a dstrus stul ( P mn ). Valorle (default ( mn,+ max )/), P = 500-00000(default 500), L = 1 500(default 1) sunt setate de operator. 6. Testare automata. 6.1 Probablatea de dstrugere optca, atunc cand se aplca pe st pulsur de energe, se calculeaza cu relata (fg.): nd ( mn ), (3) P ( ) = n + n ( > sau ) D D mn unde n D + n D repreznta punctele expermentale ncluse n ntervalul [ ± Δ] defnt la punctul 1. Calculeaza setul de puncte dscrete de probabltate {P ( )}, [1...q], pentru doua valor ale lu, de regula pentru valorle extreme, = L s = P. 6. Extrapoleaza datele {P L ( )} s {P P ( )} cu o functe rampa (fg. 3), care are o propagare lnara n zona de tranzte s valorle 0, respectv 1, n afara aceste zone. Calculeaza erorle de ftare δ L s δ P (v. Anexa 1). 6.3 Calculeaza o varabla auxlara n: L, daca δ > δ L P n = (4) P, daca δ δ L P Prn aceasta varabla ntrodusa se alege caracterstca de probabltate ce urmeaza sa fe mbunatatta. 6.4 Pe dreapta P n () determna valorle L, H corespunzatoare P n ( L ) = 5 %, respectv P n ( H ) = 95 %. Calculeaza H L d =, (5) m unde m = 4 1 (default 8) este un numar ntreg setat de operator. 6.5 Defneste o sere de m ntervale de energe de largme d, n domenul [ L, H ]: [ L + jd, L + (j+1) d], (6) unde j este o varabla care numeroteaza ntervalele {( L, d, j)}, j = 0;1;;...m-1. 6.6 Selecteaza un nterval d care nclude mnmum de stur nterogate, daca exsta ma multe ntervale cu un acelas numar mnm de stur, programul alege aleatoru unul dntre ele. Energa de test pentru stul urmator, next, este data de pozta acestu nterval (valoarea medana a ntervalulu): next = L + ( j + 0,5) d (7) 6.7 Interogheaza un st nou cu P (sau mn n cazul n care s-a dstrus) pulsur de energe next. Inregstreaza valorle med ale parametrlor laser: energe per puls, are, durata. P next 1
6.8 Calculeaza P n ( ) pentru ntervalul [ ± Δ] care nclude ultmul st nterogat cu next. 6.9 Fteaza {P n ( )}, calculeaza eroarea de ftare δ n (conform Anexa 1). 6.10 Rea algortmul de la punctul 6.3. 6.11 Intrerupe procedura de test atunc cand δ L s δ P δ mn sau daca nu ma sunt stur dsponble pe proba de test. Valoarea δ mn este setata de operator. 7. Marcare proba Inante ca proba sa fe scoasa dn nstalata ISOTEST, ea trebue marcata. In procesul de masurare, n doua poate sa apara necestatea demontar probe dn nstalate: a. Sturle de pe proba s-au epuzat n momentul explorar ultmulu st, sstemul ntaza marcarea probe, afsand aceasta n tmp real pe ecranul calculatorulu. Tot pe ecranul calculatorulu apare un mesaj n care operatorul este avertzat de epuzarea sturlor s dupa termnarea marcar, trebue sa nlocuasca proba. Dupa montarea une no probe, calculatorul genereaza o noua harta a sturlor, dupa care contnua testul. b. Testul s-a ncheat n acest caz automat, dupa ce testarea automata s-a ncheat, automat calculatorul marcheaza proba, afsand aceasta pe ecran. Dupa ce marcarea s- a ncheat, operatorul este anuntat (prntr-un alt mesaj pe ecran) ca poate scoate proba dn nstalate. Modul n care este marcata proba este descrsa la subcaptolul Realzare harta stur. 8. Calcul curbe s bugetul erorlor. 8.1 Fteaza P () pentru restul de valor setate de operator, calculeaza erorle corespunzatoare δ. Valorle lu, cuprnse n ntervalul [ L P ], sunt astfel alese ncat sa fe aproxmatv echdstante pe o scara logartmca, de ex., = 1 ( L ); ; 5; 10; 0; 50; 100; 00; 500 ( P ). OTA : Daca una sau ma multe valor δ depasesc semnfcatv δ mn, operatorul poate seta reluarea algortmulu de la punctul 6 (daca ma exsta stur lbere) pentru alte doua valor ale lu, de regula valorle extreme ramase (de exemplu, = s = 00) (default L s P ). 8. Pentru fecare caracterstca P (), determna pe dreapta ftata valorle 50 () s 0 (), corespunzatoare probabltat de dstrugere de 50 %, respectv 0 %. 8.3 Transforma setul de date { 50 (), 0 ()} dn energe per puls n denstate maxma de energe per puls conform ecuate: ( ) H ( ) =, (8) unde A, este meda are efectve a spotulu laser. T eff A T, eff 8.4 Repreznta grafc curba caracterstca de dstrugere {H 50, H 0 } functe de log. 8.5 Extrapoleaza caracterstca H 0 (), H 50 () pentru un numar foarte mare de pulsur (conform Annex C, ISO 1154-:001(E)). 8.6 Calculeaza bugetul erorlor (v. Anexa ).
3 AEXA 1 Ftarea parametrca a caracterstc P(). Calculul ncerttudn δ. Setul de date {P ( )} este alcatut dn l puncte dscrete de probabltate de dstrugere P ( ), 3 l q, unde q repreznta numarul de ntervale ± Δ care acopera gama de energ per puls dsponbla expermental. In general, probabltatea de dstrugere P () este o functe lnara de, aceasta dependenta fnd dstorsonata de o perturbate aleatoare (sau "zgomot alb") provocata de erorle de masurare s de neomogentatle structurale ale materalulu testat. Zona de tranzte cuprnsa ntre P ( ) = 0 s P ( ) = 1 este ftata cu o dreapta b a P + = ) ( ˆ, (A1-1) unde a s b sunt parametr caracterstc care sunt ftat cu datele expermentale, pentru un anumt numar. Eroarea rezduala asocata fecaru punct expermental P ( ) este defnta astfel:. ) ( ) ( ˆ ) ( b a P P P u = = (A1-) Unde u este dferenta dntre ordonata drepte ftate s ordonata punctulu calculat expermental(fg.4). Parametr a s b se determna dn condta ca suma patratelor erorlor rezduale sa fe mnma: 0. 0; ; ] ) ( [ 1 1 = = = = = = l l b S a S b a P u S (A1-3) Dn ecuatle (3) rezulta: = = = = l l l P l P b b P a 1 1 ) (,, (A1-4) unde l l P P l = = = = 1 1, ) (. Caltatea ftar parametrce este data de abaterea standard a parametrlor S, a s b :
σ S = S l σ a = σ S 1 + l l = 1 ( ) (A1-5) σ b = σ S l = 1 1 ( ) In fnal, eroarea totala de ftare este evaluata prn ncerttudnea δ a ftar parametrce: σ a σ b + a b δ =. (A1-6) Dupa fnalzarea testulu prelmnar(3), algortmul teratv S-on-1 calculeaza parametr a, b cu datele expermentale acumulate. Dupa nterogarea unu nou st algortmul S-on-1 recalculeaza parametr a, b s stableste energa de test next pentru stul urmator. Crterul fundamental utlzat pentru determnarea valor aceste energ este mnmzarea ncerttudnlor δ L, δ P corespunzatoare caracterstclor de probabltate de dstrugere P L (), P P () prn dstrburea de puncte expermentale n mod unform n ntervalele H L. AEXA Statstca masurar s Bugetul erorlor s: numarul total de stur nterogate. 1 J J Energa mede per puls masurata pe un st k nterogat cu P (sau mn ) pulsur laser, k [1...s]. Abaterea standard aferenta 3 ε k Abaterea standard relatva 4 ε k Abaterea standard relatva a energe per puls k= ε = 1 s 5 k σ k s s k= = 1 s k J Energa per puls medata pe sturle nterogate k σ ε = k k k A T, eff 6 cm Ara efectva mede a spotulu laser 4
7 ε A Abaterea standard relatva a are efectve 8 t eff s Durata efectva mede a pulsulu laser ε t 9 Abaterea standard relatva a durate efectve Bugetul erorlor 1. Eror aleatoare masurate de senzor setup-ulu expermental Abaterea standard relatva a energe per puls: ± ε Abaterea standard relatva a are efectve a spotulu laser: ± ε A Abaterea standard relatva a durate efectve de puls: ± ε t. Incerttudnea standard n determnarea marmlor 0 (), 50 (), cauzata de largmea fnta a ntervalelor ± Δ, se calculeaza cu relatle ε u =, (A-1) 3 unde este energa per puls medata pe toate sturle nterogate. Abaterea standard expermentala a energe per puls, ε -exp, este determnata de relata: ε -exp = ε + ε (A-) u 3. Eror sstematce s de calbrare (setate de operator). Incerttudnea standard de calbrare a detectorulu de energe: ± ε u D Incerttudnea standard de calbrare a montorulu de energe: ± ε u M Incerttudnea standard de calbrare n energe a separatorulu holografc: ± ε u F Incerttudnea standard relatva data de largrea proflulu temporal de puls: ± ε u Sa Incerttudnea standard relatva data de ntegrarea numerca a proflulu temporal: ± ε u S 4. Eror totale. Eroarea (rms) n masurarea energe laser: ε total ± ε exp + ε u D + ε u M + = ε u F Eroarea (rms) n masurarea denstat de energe: ε H = ± ε total + ε A Eroarea (rms) n masurarea denstat de putere :. (A-3) (A-4) ε E = ± ε H + ε t + ε u Sa + ε u S (A-5) 9. Salvare date s ntocmrea fse de test. Dupe efectuarea calculelor, s obtnerea curbelor de dstrugere, sstemul genereaza raportul de test s salveaza datele n DB (atunc cand acesta va f mplementat). Rezultatul efectv al testulu este acest raport (prntat). In anexa 3 este descrs contnutul raportulu de test. 5
AEXA 3 Raport de Test 1. umele laboratorulu s al persoane care a efectuat testul.. Caracterstc / cod proba, producator, data fabrcate. 3. Metoda de curatre, condt de stocare: curatre manuala cu harte pentru lentle s alcool soproplc; stocare n ambalajul producatorulu n condt normale de laborator. 4. Ambentul de test: aer curat fltrat, temperatura 4 o C ± o C. 5. Parametr laserulu de test: Lungmea de unda: Unghul de ncdenta: Starea de polarzare: Frecv. de repette a pulsurlor laser: Proflul spatal de fasccul n planul probe Ara efectva a spotulu laser pe suprafata probe: + (profl 3D); Durata pulsulu (FWHM) + dagrama profl temporal; Durata efectva a pulsulu:. 6. Procedura de test a. umar de stur per proba: 00 b. Dspunerea sturlor de test: egal dstantate; c. umarul de pulsur aplcate per st: P d. Separarea sturlor adacente: d sep. 7. Bugetul erorlor 8. Rezultatul testulu a. Caracterstca H 0 (), H 50 () extrapolata pentru un numar mare de pulsur per st. b. Morfologa unu st dstrus obtnuta cu un mcroscop omarsk. 10. Butonul de urgenta s starea laserulu. In fgura.1 n schema bloc la nvelul obturatorulu de fasccul, am fgurat un buton de urgenta. Apo, la descrerea controllerulu I/O al DSP, am preczat ca pe una dn ntrarle TTL se montorzeaza permanent starea butonulu de urgenta. Deasemenea am descrs ca la pornre laserul are nevoe de un nterval de tmp necesar ntrar n regm, rezultand tre star pentru laser: Laser OFF; Laser O dar nu a ajuns la regm de lucru; Laser O s n regm de lucru; Pe tot tmpul testulu, programul PC va montorza prn ntermedul DSP, starea laserulu s a butonulu de urgenta. In cazul n care butonul de urgenta a fost actonat sau laserul ese dn starera O s n regm de lucru, programul se va opr (va ngheta ), dand posbltatea operatorulu sa remedeze defcenta sau sa anuleze testul. IV. Interfata grafca Programul trebue sa aba doua modur prncpale de lucru: un mod de lucru manual (Servce) s un mod de lucru automat (Procedura Test). In modul de lucru Automat etapele descrse la captolul tre sunt executate succesv n ordnea n care au fost ntroduse. In modul manual ordnea etapelor nu ma este oblgatore, operatorul avand posbltatea sa selecteze o etapa sau ma multe ntr-o ordne decsa de el. In menul prncpal va f alocata o zona n care exsta o lsta a etapelor. In dreptul fecare etape exsta un ndcator de tp semafor. In modul Automat ndcatorul semafor are tre star: etapa urmeaza sa fe efectuata, etapa se executa, etapa a fost executata. In acest fel operatorul ste n orce moment n ce etapa se afla testul. In modul 6