analyse van de blok- en wigrefractometer · 23 24 24 24 24 27 pagina ii. analyse van ... [pal:...

$: Analyse van de blok- en wigrefractometer · 23 24 24 24 24 27 pagina ii. Analyse van ... [Pal: CO2-gehalte[ppm]: ... Analyse van de blok -enwigrefractometer 2 Het meetprincipe 2df=~$
Analyse van de blok- en wigrefractometer

d' Hooghe, F.P.C.C.L.

Gepubliceerd: 01/01/1996

Document VersionUitgevers PDF, ook bekend als Version of Record

Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the author's version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differencesbetween the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact theauthor for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rightsCopyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright ownersand it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.

• Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain • You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal ?

Take down policyIf you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediatelyand investigate your claim.

Download date: 17. Jul. 2018

https://research.tue.nl/nl/publications/analyse-van-de-blok-en-wigrefractometer(58116d38-a3da-4b37-bebb-49c2b3aa3f6a).html

Analyse van de blok -en

wigrefractometer

F.P.C.C.L. d'Hooghe

Rapportnr.: WPA 310025, januari 1996

Verslag onderzoeksopdracht

Hoogleraar: Prof. dr. ir. P.R.J. Schellekens

Begeleider: G.J. Theuws

Technische Universiteit Eindhoven,

Faculteit der Werktuigbouwkunde,

Vakgroep Produktietechnologie en -Automatisering,

Sectie Precision Engineering.

Analyse van de blok -en wigrefractorneter

INHOUDSOPGAVE

SAMENVATTING

SYMBOLENLIJST

1. INLEIDING

2. HET MEETPRINCIPE

2.1 Inleiding

2.2 Het HP-Iasersysteem

2.3 Telpulsentheorie

2.4 De opstelling met dubbele stralengang (vlakke spiegel configuratie)

3. DE EDLEN-FORMULE

3.1 Inleiding

3.2 Theoretische beschouwing

3.3 Automatisering luchtvochtigheidsmeter

4. DE BLOKREFRACTOMETER4.1 Inleiding

4.2 Meetprocedure

5. DE WIGREFRACTOMETER5.1 Inleiding

5.2 Correctiefaktor voor de glasinvloeden

5.3 De afdichting van de wig

5.4 Meetprocedure

5.5 Meetresultaten

6. DE BESTURING VAN DE REFRACTOMETERS

6.1 Inleiding

6.2 De hardware

6.3 De software

7. CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN

t~

Inhoudsopgave

11

iv

v

1

2

2

3

3

5

7

7

79

II

II

II

14

14

15

21

22

23

24

24

24

24

27

pagina ii

Analyse van de blok -en wigrefractometer

8. LITERATUURLIJST

BIJLAGEN

InhoudsoDgave

30

Bijlage I:

Bijlage II:

Bijlage III:

Bijlage IV:

Bijlage V:

Bijlage VI:

Bijlage VII:

Bij lage VIII:

Bijlage IX:

Bijlage X:

Bijlage XI:

Bijlage XII:

Bijlage XIII:

Bijlage XIV:

Bijlage XV:

tl8

Pascal programma: TELPCOR.PAS

Matlab programma: GLASCOR.M + iIIustraties

Meetdata van de wigrefractometer

Beschrijving van de 8255 I/O User's manual

Beschrijving van de DASCON-l User's guide

Uitwerking van de unit INITIO.PAS

Uitwerking van de unit TOTAAL.PAS

Uitwerking van de unit BESTUURPAS

Uitwerking van de unit EDLEN.PAS

Uitwerking van de unit HPLASER.PAS

Nbody.ps

Edlbody.ps

Blokbody.ps

Kalbody.ps

Errata van de verslagen [1] en [2]

31

32

37

41

4752

54

61

6873

78

79

80

81

82

pagina iii


SAMENVATTING

Samenyatting

Laserinterferometers worden gebruikt voor zeer nauwkeurige metingen. Dit kunnen bijvoorbeeld

ruwheids, rotatie -of lengtemetingen zijn, maar ook een nauwkeurige bepaling van de brekingsindex

geschiedt met behulp van interferometrie. Het werkingsprincipe van deze systemen is gebaseerd op de

interferentie van coherente lichtbundels. De nauwkeurigheid van dit soort metingen wordt onder

andere bepaald door de golflengte van het gebruikte licht, wat afhankelijk is van de brekingsindex van

het medium waarin wordt gemeten. Het is dus van essentieel belang om de brekingsindex zo goed

mogelijk te bepalen en om dit te realiseren worden refractometers toegepast. Op de Technische

Universiteit Eindhoven zijn twee verschillende concepten ontwikkeld voor de bepaling van de bre

kingsindex, namelijk: de blok -en de wigrefractometer. De blokrefractometer is een bewezen concept

en de wigrefractometer is recentelijk ontwikkeld.

In het laboratorium van de Sectie Precision Engineering is een laserkalibratie-opstelling aanwezig. Het

is de bedoeling dat de huidige opstelling wordt gemodificeerd en dat hierin een refractometer wordt

gelntegreerd. In dit verslag is een analyse van de blok -en de wigrefractometer gegeven, waarbij wordt

beschreven hoe de bestaande refractometers in het laboratorium voor Geometrische Meettechniek

moeten worden gebruikt. De nadruk ligt op de wigrefractometer, omdat hiermee het minste ervaring is

opgedaan. In dit rapport zijn tevens meetprocedures opgenomen, zodat iemand die niet 100% thuis is

in de materie toch metingen kan verrichten. In de bijlagen is onder andere een uitwerking van de

besturingssoftware gegeven, waarmee in feite de besturing van beide refractometers plus de bepaling

van de brekingsindex met behulp van de Edlen-formule plaatsvindt.

Uit metingen blijkt dat de optiek-configuratie van de blokrefractometer op het moment kritisch staat

afgesteld, zodat het moeilijk is een betrouwbaar interferentiesignaal te krijgen. Bovendien is de uitlij

ning van de laserbundels zo gevoelig, dat een zeer stabiele opstelling vereist is. Uit de metingen blijkt

dat ondanks de geconditioneerde ruimte in het laboratorium grote fluctuaties in de brekingsindex voor

komen. Het is dus van belang om de refractometers bij nauwkeurige metingen extra goed te conditio

neren. Tevens blijkt dat het vacuUm in de wig verloopt en dat de correctie voor de glasinvloeden zeer

kritisch benaderd moet worden.

tl8 pagina iv


SYMBOLENLIJST

Symbolenliist

n

PT

R

L

f

v

c

Fv

Fr

F.d

APPP

VSTS

S,P

tl8

: brekingsindex [-]

: brekingsindex in lucht [-]

: brekingsindex in vacuum [-]

: golflengte [m]

: gemiddelde vacuumgolflengte van het laserlicht [m]

: golflengte in lucht [m]

: reciproque waarde van de vacuumgolflengte (l/"-v) [m-I]

met Av = 0,633 [/lm] ~ cr = 1.5798 [/lm-I]

: druk [Pal

: ITS-90 temperatuur [0C]

: temperatuur droge bol [0C]

: temperatuur natte bol [0C]

: correctie temperatuur [0C]

: waterdampdruk [Pal

: CO2-gehalte [ppm]

: geregistreerde faseverschuiving uitgedrukt in fracties van de golflengte, in de vorm van

telpulsen, uitgedrukt in AjR [-]: resolutie van het lasermeetsysteem bij enkelvoudige stralengang [-]

oftewel, de reciproque van de fractie van de golflengte, waarmee het veranderende

interferentiepatroon bij een enkelvoudig stralengang wordt gedetecteerd

: waargenomen verplaatsing [m]

: frequentie [Hz]

: snelheid [m/s]

: lichtsnelheid in vacuum [m/s]

: veerkracht [N]

: resulterende kracht [N]

: aandrijfkracht [N]

: dikte van een wigvenster [mm]

: afbuigprisma

: polarisatieprisma

: vlakke spiegel

: tripelspiegel

: onderling loodrecht gepolariseerde laserbundels

pagina v


J. INLEIDING

!. Inleiding

Optische technieken worden dankzij de laser tegenwoordig wereldwijd gebruikt voor nauwkeurige

metingen. Op het gebied van precisie-Iengtemetingen wordt vaak gebruik gemaakt van laserinterfer

ometers. Hun werking berust op het optreden van interferentie tussen twee coherente lichtbundels die

door een laserlichtbron worden uitgezonden. Door de intensiteitswisselingen van de gemengde

(interfererende) lichtbundels te meten, kan een lengtemeting worden uitgevoerd. Hierbij houdt men

een lichtbundel op een constante optische lengte en laat men de andere lichtbundel over de te meten

afstand bewegen. De afgelegde weg wordt hierbij vastgelegd in een aantal telpulsen; waarbij een

telpuls staat voor een fractie van de golflengte van het gebruikte licht.

Bij laserinterferometingen wordt de golflengte van licht gehanteerd als lengtemaat. Echter de golfleng

te van licht is afhankelijk van de brekingsindex van het medium, waarin de meting wordt gedaan. Om

met laserinterferometers een optimaal resultaat te bereiken is het noodzakelijk de golflengte van de

gebruikte lichtbron in relatie met de meetomgeving nauwkeurig te kennen. De golflengte wordt

belnvloed door twee factoren. Enerzijds door de frequentiestabiliteit van de gebruikte laserlichtbron,

welke de stabiliteit van de vacuUmgolflengte bepaald. Anderzijds door de omgevingscondities waarin

de lichtbundels zich bevinden, want deze bepalen de golflengte. De invloed van de omgevingscon

dities is vastgelegd in de brekingsindex (nt) welke de verhouding aangeeft tussen de golflengte in

vacuUm en de golflengte in lucht. De stabiliteit van de vacuUmgolflengte wordt uitsluitend bepaald

door de frequentiestabiliteit van de gebruikte laserlichtbron. Deze is afhankelijk van de toegepaste

constructie en stabilisatietechnieken.

Op dit moment zijn er twee methoden om de brekingsindex van lucht te bepalen. De eerste methode is

die volgens de Edlen-formule. Deze formule bepaalt de brekingsindex aan de hand van de volgende 4

toestandsgrootheden: - atmosferische druk [Pa]

- omgevingstemperatuur [0C]

- luchtvochtigheid [Pa]

- COz-gehalte [ppm]

De tweede methode is een directe methode, waarbij gebruik wordt gemaakt van een refractometer. Een

refractometer maakt gebruik van de laserinterferometertechniek, waarbij een optisch weglengtever

schil wordt omgezet naar een maat voor de brekingsindex. Deze methode heeft als voordeel dat tijdens

de meting de volledige luchtsamenstelling wordt meegenomen. In het laboratorium voor Meettechniek

van de vakgroep Precision Engineering zijn momenteel twee verschillende refractometers aanwezig,

namelijk de blok -en wigrefractometer. Hiervan is de blokrefractometer al een bewezen concept,

terwijl dat van de wigrefractometer vrij recentelijk (1992) is ontwikkeld.

Dit rapport dient ter ondersteuning voor het verrichten van brekingsindexmetingen van lucht met

behulp van de EdIen-formule, de blok -en/of wigrefractometer. In dit verslag zuBen de verschillende

meetmethoden worden geanalyseerd, zodat het mogelijk wordt een juist beeld van de verschillende

tl8 pagina 1

Analyse van de blok -en wigrefractometer !. Inleiding

meetmethoden te krijgen. Om het geheel te complementeren zijn enkele aspecten, die in de rapporten

[1] en [2] onderbelicht zijn gebleven, verder uitgewerkt (de nummers tussen rechte haakjes refereren

naar de literatuurlijst van bladzijde 30).

2. HET MEETPRINCIPE

2.1 Inleiding

Een refractometer maakt gebruik van een laserinterferometer. Om de werking van een refractometer te

kunnen begrijpen dient eerst het principe van een laserinterferometer bekend te zijn, zie [1] en [2]. Om

echter een goed inzicht in de optica en de bijbehorende formules van de refractometeropstelling te

krijgen, is ook enige kennis van de fysica benodigd.

De lichtbron bestaat uit een gasontladingsbuis, gevuld met helium en neon. Na terugval van aange

slagen elektronen in de grondtoestand wordt de daarbij vrijkomende energie als licht uitgezonden.

Door met een spoel een bepaald magneetveld in de buis op te wekken, kan het aantal frequenties van

het uitgezonden licht worden beperkt tot twee. Dit principe wordt Zeemansplitsing genoemd. Het fre

quentieverschil tussen de twee frequenties is klein (t.f ~ 2.106 Hz) op een gemiddelde frequentie van

ongeveer 1015 Hz. De ene frequentie bestaat uit rechtsdraaiende, de andere uit linksdraaiende, circulair

gepolariseerde, transversale lichtgolven. Indien de golflengte van het licht zodanig is, dat deze precies

een geheel aantal malen tussen de laserspiegels past, kan het licht tussen deze spiegels gaan resoneren.

Indien deze "resonatiegolflengten" overeenkomen met de golflengten, behorende bij de 2 frequenties,

neemt de intensiteit sterk toe. Als functie van de afstand tussen de spiegels (=cavitylengte), ontstaan

voor de frequentie twee intensiteitspieken. Deze pieken liggen ten opzichte van elkaar iets verschoven

en overlappen elkaar gedeeltelijk. Door op een punt van gelijke intensiteit, het snijpunt van de intensi

teitskrommen, de cavitylengte te stabiliseren worden beide frequenties met de bijbehorende golfleng

ten nauwkeurig ingesteld. De uittredende links -en rechtsdraaiende lichtgolven worden met behulp van

een A/4-plaatje omgezet in respectievelijk een horizontaal (S) en verticaal (P) gepolariseerde licht

bundel.

2.2 Het HP-Iasersysteem

Het Hewlett Packard lasersysteem is gebaseerd op het optisch Dopplereffekt. Dit effekt wordt verkre

gen bij een combinatie van een bewegend voorwerp met een stilstaande bron of een bewegende bron

tL8 pagina2

Analyse van de blok -en wigrefractometer 2 Het meetprincipe

2df=~A,/uchl

met een stilstaand voorwerp. Men heeft bij RP voor deze methode gekozen, omdat het op deze manier

mogelijk is telpulsen te genereren op basis van frequentieverschillen. Deze frequentieverschillen

worden gemeten met behulp van een fotodiode, die de intensiteitsfluctuaties van het interfererende

licht registreert. De RP-methode houdt feitelijk in dat het frequentieverschil voor uittrede wordt

vergeleken met het frequentieverschil ontvangen door de receiver. Indien bij deze vergelijking een

verschil optreedt, zal dit worden vastgelegd in de vorm van telpulsen. Ret voordeel van deze methode

is, dat een goede beheersing van de frequenties de nauwkeurigheid van het systeem waarborgt. Echter

golflengteverschillen tussen de S -en P-bundel zullen ook leiden tot telpulsen. am te kunnen inter

fereren dienen de beide laserbundels samen te vallen en een gelijke polarisatierichting te hebben. De

polarisatie van de S- en de P-bundel is verschillend bij uittrede, maar voor ontvangst zorgen optische

elementen in de laser voor een gelijke polarisatierichting. Ret signaal dat de fotodiode afgeeft wordt

na vergelijking door het lasersysteem verwerkt tot een verplaatsing in termen van telpulsen. Deze

worden reeds gegenereerd bij een fractie van de golflengte.

2.3 Telpulsentheorie

Ret is mogelijk een relatie op te stellen waaruit de brekingsindex van de omgevingslucht kan worden

bepaald. Riervoor zijn het beschreven frequentieverschil samen met enkele grootheden van het laser

systeem nodig. am een goed begrip te krijgen, is het belangrijk de oorsprong van deze relatie te

kennen. Vandaar dat de afleiding, afkomstig uit [6], hieronder in hoofdlijnen is weergegeven.

Optisch Dopplereffekt bij een interferometer opstelling met enkelvoudige stralengang (zie figuur 2.2):

Door de optische weglengte met een bepaalde snelheid v langer te maken, veranderd de terugkerende

frequentie met een term 2.0.£. Ais deze snelheid relatief klein is ten opzichte van de lichtsnelheid c dan

geldt:

Ret signaalverwerkende gedeelte van het RP-Iasersysteem zorgt ervoor dat het frequentieverschil tus

sen (f1 + 2*td) en f2 met behulp van een lineaire polarisator en een fotodiode wordt geregistreerd en

opgeslagen in een teller. Ret oorspronkelijke, niet verschoven frequentieverschil (f1 en f2) wordt direct

na de lichtbron op dezelfde manier bepaald en opgeslagen in een 2· teller. De beide telstanden worden

van elkaar afgetrokken en door 2 gedeeld, waama Af resulteert. De factor K voigt uit integratie van

Af(t) over de tijd, vanaf de beginpositie x(O) voor t=O tot tijdstip 1.

K = fdf(t) dt = f (_v_J dt = x(t) - x(O)1=0 1=0 A, /uchl A, /uchl

pagina 3

Analyse van de blok -en wigrefractometer 2. Het meetprincjpe

De golflengte in lucht is niet constant, maar varieert afhankelijk van de brekingsindex. De gemiddelde

vacuUmgolflengte is dankzij stabilisatie weI constant.

K=_L_A/ucht

L K '1 b" '1 Av= 0 A /ucht' waar 1] A /ucht =-n

K'A v

n

als hierbij ook het oplossend vermogen (R) van de laser wordt betrokken leid dit tot:

KoAL= __vnoR

Differentieren van deze vergelijking levert het volgende op: dL dK dAy dn-=-+----L K Av n

De nauwkeurigheid waarmee een lasermeetsysteem een verplaatsing detecteert, hang afvan:

de stabiliteit en reproduceerbaarheid van de gemiddelde vacuUmgolflengte

de nauwkeurigheid in de signaalverwerking vanaf de registratie met de fotodiode tot en met de

bepaling van K

de bepaling van de momentane brekingsindex.

Voor refractometers is het verband tussen de brekingsindex (dN) en het aantal telpulsen (dK) van

belango

dn=~dK L·R

dn=(~J'dKLoRn_l=KoA v

L·R

Bij de beide refractometers wordt de brekingsindex bepaald met als referentie een vacuUmruimte (N =

1). In het andere gebied zal de brekingsindex continu varieren ten gevolge van veranderende omge

vingscondities. Het verschil in brekingsindex tussen de vacuUm -en de meetruimte zal dus dN = Nlucht

Nvacuiim = N - 1 bedragen. Het meetsysteem registreert het hierbij ontstane weglengteverschil tussen

meet -en referentiebundel in de vorm van telpulsen K. Uitgaande van K = 0 (vacuum) wordt dK dus

gelijk aan K overeenkomstig met de omgevingsconditieso

t(8 pagina4

Analyse van de blok -en wigrefractometer 2. Het meetprincipe

2.4 De opstelling met dubbele stralengang (vlakke spiegel configuratie)

V1akkespiegel(VS)

Arb'ulgprlsma 8,2 S,t -

(AP) 7 f- - - - - - - - - - - - ->- - -<- B_

I P.I P3 P.3

/ I~

s.• ....>. / P.I P3 p.'Laserliehl uilP,I 1/

~

I S,2 S,I

Laserliehl in~. t7f-- .L- f- - ------- ---->- --<-~-

I Polarisalieprisma '--I (PP)

I I ),,/4 plaal

),,/4 plaal s.21 PIP S I

I P S.'

Tripel "l~;/spiegel Verklaring symbolen:

(TS) - S en P: uilgaande laserbundels mel versehillende polarisatie

- Index 1: lineair gepolariseerd liehl in riehling: !- Index 2: lineair gepolariseerd liehl in riehling: 0 e- index 3: eireulair gepolariseerd lieM

figuur 2.1: Refractometeropstelling met dubbele stralengang (2·R).

Bij de huidige refractometeropstelling wordt gebruik gemaakt van bovenstaande opstelling. Dit heeft

tot gevolg dat de nauwkeurigheid van de opstelling met een factor twee is verhoogd ten opzichte van

die met een enkelvoudige stralengang. De geldige formule voor de blok -en wigrefractometer is dus:

Om het idee achter de resolutie (R) duidelijk te maken, zijn op de volgende bladzijde twee tekeningen

weergegeven. De eerste tekening laat een enkelvoudige stralengang zien, die leidt tot een resolutie R,

terwijl de tweede tekening duidelijk maakt dat de resolutie bij een dubbele stralengang wordt verdub

belt. De factor 64 is lasersysteemafhankelijk en kan worden teruggevonden in de bijbehorende hand

leiding. Ret Dopplereffekt, dus ook de waargenomen verplaatsing ax, wordt bij figuur 2.2 tweemaal

geregistreerd, want dit effect zal plaatsvinden bij een bewegende tripelspiegel voor de ingaande en de

gerejlecteerde laserbundel. De resolutie waarmee de fotodiode verschillen registreert bedraagt dus de

helft, in het geval van het RP-lasersysteem dus 32. Dit in tegenstelling tot figuur 2.3, waar de bundels

na reflectie op de vlakke spiegel (2ax) via een tweede retroreflektor nog een keer naar de vlakke

spiegel worden gestuurd (2ax). Bij deze configuratie zal eenzelfde verplaatsing dus tot tweemaalzoveel telpulsen leiden.

tLB pagina 5

Analyse van de blok -en wigrefractometer 2. Het meetprincipe

TS(los)...~

V

(vast)

pp

~s1 1

\1; A1 II

pS----

LaserIicht in t=-:=-==-==-:::I~_::-,_=-=_=-=_=-=:::I-:=¥----+--<E------11--:;1'

Laserlicht uit

Lasersysteem

figuur 2.2: Ret RP-Iasersysteem met enkelvoudige stralengang (retroreflector: R=64).

I. 2AX~I Vlakke

~spiegel

(los)

~

I. 2AX~I

Polarisatieprisma

--.J __

Tripelspiegel ~(vast)~

I I

't l' A/4 plaat

Is----p

Laserlicht in 1=-:=-==-=~S--=-=-==-=:::I-:=j.f---+--++I--7----E----V;

Laserlicht uit

Lasersysteem

figuur 2.3: Ret RP-lasersysteem met dubbele stralengang (vlakke spiegel: 2·R=128).

t(8 pagina 6

Analyse van de blok -en wigrefTactorneter

3. DE EDLEN-FORMULE

3.1 Inleiding

3. De Edlen-formule

De Edlen-formule, voor de bepaling van de brekingsindex van lucht, wordt nog steeds wereldwijd

gebruikt. De oorspronkelijke versie van 1966 [3] is echter, door het vrijkomen van verbeterde gege-.yens enkele malen aangepast. In 1988 [4] is de eerste correctie aangebracht, namelijk die voor de

luchtvochtigheidsterm. Tevens is hierbij voor de druk de omrekening van Torr naar Pascal gemaakt,

zodat aile eenheden overeenkomstig het SI-stelsel (International System ofUnits) zijn. In 1993 [5] zijn

voorlopig de laatste aanpassingen gemaakt, namelijk op het gebied van de temperatuurschaal en het

COz-gehalte. De eerste is omgerekend naar een meer praktische, de ITS-90 (International Temperature

Scale of 1990) en het COz-gehalte is toegenomen, overeenkomstig de meest gangbare laboratorium

condities. Dit alles heeft ertoe geleidt dat de Edlen-formule nu een experimentele onnauwkeurigheid

bezit van ± 3.10-8•

3.2 Theoretische beschouwing

In deze paragraafis naar aanleiding van de publikatie van K.P. Birch en M.J.Downs uit 1993, de aflei

ding gegeven van de meest recente EdIen-formule. Het verschil in brekingsindex waarde tussen de

versies van 1988 en 1993 is relatief klein. Desondanks is het, in het kader van het wetenschappelijk

onderzoek, verstandig de meest recente Edlen-formule te gebruiken. Bij onderstaande afleiding zijn de

afzonderlijke termen voor de verschillende grootheden samengevoegd tot een Edlen-formule, verge

lijkbaar met rapport [1] en [2]. Deze formule is gebaseerd op de golflengte van het HP-lasersysteem

behorend bij de refractometeropstelling. De verwijzingen (tussen haakjes) achter de formules, zijn

atkomstig uit de publikatie.

De Edlen-relatie met betrekking tot de temperatuur en de luchtdruk:

(n-1) = (n-1)s 'p x [1+10-8(0.601-0.00972. T).p] (12)

T.p 96095.43 (1 + 0.003661· T)

De EdIen-relatie met betrekking tot de luchtvochtigheid:

nT, p, F - nT,p =- F (3.7345- 0.0401·0' 2) x 10-10

(n-1)T,p,F - (n-1)T,p = -3.63441965 x lO-lo ·F

=-3.6344 x 10-IO ·F

t(8

(14) met 0' =1.5798 [Jlm-I]

pagina 7


De correctiefaktor voor de Edlen-formule:

(n -1) = (8343.05 + 2406294 + 15999 Jx 10-8 (8)S (130-cr 2

) (38.9-cr 2)

=0.2765479979.10-3

3. De Edlen-fofIDule

De relatie voor het CO2-gehalte is aangepast, omdat men het verstandig yond een meer realistische

waarde ten aanzien van omgevingscondities in meetkamers te gebruiken. Ret CO2-gehalte is aangepast

van 300 naar 450 ppm, vandaar dat moet worden gecorrigeerd. Deze correctiefactor is hierboven

weergegeven. In de publikatie wordt gerekend met een aantal delen per volume, aangezien bij de

refractometeropstelling wordt gewerkt met ppm wordt dit aangepast. Uit de meetresultaten van de

refractometeropstelling blijkt dat het CO2-gehalte in het meetlab van Precision Engineering gemiddeld

ongeveer 500 ppm bedraagt, dus overeenkomstig de correctie.

De Edlen-relatie met betrekking tot het CO2-gehalte:

(n-1)x = [1+0.54(x-0.0003)] (n-1)s (7) omzetten naar ppm en corrigeren van

300 naar 450 levert de volgende re

latie op:

Indien relatie (8) wordt ingevuld in (12) en dit geheel gecombineerd wordt met relatie (7), dan wordt

het volgende resultaat verkregen.

(n-l) = (n-1)s x {P-[I+10--8(0.601-0.00972· l}p] x [1 +054·10--6 (cq -450)]}T. p, co, 96095.43 (l +0.003661·n

D-[p+ p2(0.601-0.00972·1)xlO--8]=

(1 +0.003661·nmet D= (n-1)s . [1+054· 10--6 (CQ -450)]

%095.43 2

=2.877847551·10-9 [1 +054·10--6 (cq -450)]

= 2.87785 ·10-9 [1 +054 ·10--6 (cq -450)]

Om nu de uiteindelijke 1993 versie van de Edlen-formule te krijgen, moet de luchtvochtigheidsterm

nog worden toegevoegd, zie de volgende bladzijde.

t(8 pagina 8


De Edlen-formule (1993):

(n-l) = D·[p+ p2(0.601-0.00972·1)xlO-8] _ 3.6344x10-10 .FT,p,C02 ,F (l+0.003661'1)

3. De Edlen-formule

met D= 2,87785·10-9 [1+054·10-6 (cq -450)]

3.3 Automatisering luchtvochtigheidsmeter

De luchtvochtigheid, voor de bepaling van de brekingsindex met behulp van de Edlen-formule, wordt

op het moment bepaald met de droge en natte bol thermometer (= psychrometer). De verkregen

waarde moet worden ingevoerd in de unit BESTUUR.PAS, waama deze opnieuw gecompileerd dient

te worden. Dit houdt in dat per meetcyclus de luchtvochtigheid slechts eenmaal wordt bepaald, name

lijk voordat de meetcyclus is begonnen. Een andere mogelijkheid, die tevens tijdens deze onder

zoeksopdracht is gehanteerd, is om de brekingsindex achteraf voor de luchtvochtigheid te corrigeren.

Dit heeft als voordeel dat de unit BESTUUR.PAS niet opnieuw gecompileerd hoeft te worden en dat

de luchtvochtigheid tijdens de meetcyclus kan worden bepaald. In verband met de gewenste nauw

keurigheid van de brekingsindex bepaling is het verstandig de meting van de luchtvochtigheid nader te

bestuderen. Hierbij wordt niet naar de meetmethodiek of de kalibratietermijn (enkele maanden)

gekeken, maar aIleen naar de invloed van een eventuele afleesfout. De bepaling van de luchtvochtig

heid met behulp van de psychrometer gebeurt met de volgende formule:

Om een indicatie te krijgen van de relatieve afleesnauwkeurigheid, wordt een afleesfout van ± 0.1 [0C]

doorgerekend naar de brekingsindex. De schaalverdeling van de psychrometer bedraagt 0.2 [0C]!! Het

is dus mogelijk dat bij het aflezen van de temperaturen de afleesfout bij de droge bol -O.l [0C] en bij

de natte bol +0.1 [0C] bedraagt. Hierdoor zullen de twee afleesfouten elkaar versterken.

met dtd = - 0.1 [Oc]

en dtn = 0.1 [Oc]

dFmax = - 0.5(- 0.1- 0.1)

= 0.1 [mmHg] = 13.3 [Pal

t(8 pagina 9

Analyse van de blok -en wigrefractometer 3. De Edlen-formule

met dtn = 0.1 [0 C] ~ dtc ~ 0.1

dF = 0.1 [mmHg] = 13.3 [Pal

Ret gevolg van deze afleesfouten is dat de dampdruk dFmax = 13.3 + 13.3 = 26.6 [Pa] hoger uitvalt als

de "werkelijke" waarde. Rierdoor zal de brekingsindex, zie onderstaande formule, ongeveer 1.10-8

lager uitvallen, wat bij benadering 20% is van de totale Edlen-onnauwkeurigheid [1].

den-I) =-3.6344xIO-IO [Pa- I ]

dF

Om de gebruiksvriendelijkheid en de nauwkeurigheid van de refractometeropstelling verder te

vergroten, verdient het de voorkeur om de luchtvochtigheidsmeting te automatiseren. Dit heeft de

volgende voordelen:

t(8

continue bepaling van de luchtvochtigheid gedurende een hele meet

cyclus

compileren of achteraf corrigeren wordt overbodig

bepaling van de luchtvochtigheid op elke gewenste plaats in tegen

stelling tot de relatief onhandige psychrometer

mogelijkheid tot het verbeteren van de Edlen nauwkeurigheid

bij uitlezing van de temperaturen van de droge en natte bol geen

beYnvloeding meer van lichaamsstraling

na het opwinden van de psychrometer moet door de operator ge

voelsmatig worden bepaald, wanneer de temperaturen van de droge

en natte bol zijn gestabiliseerd. Dit is een zeer subjectieve methode,

die met behulp van automatiseren kan worden voorkomen.

pagina 10


4. DE BLOKREFRACTOMETER

4.1 Inleiding

4. De blokrefractometer

De meetprocedure van de blok -en wigrefractometer zijn in principe gelijk aan elkaar. Er is toch een

onderverdeling gemaakt, omdat het verkrijgen van een zuiver interferentiesignaal (vlakke spiegel

configuratie) nogal verschilt. Hiermee word bedoeld dat het receiver signaal wordt gevormd door

interferentie van de vier laserbundels en niet wordt bei'nvloed door valse reflecties.

Als een betrouwbare meting van de brekingsindex van lucht, met een van de refractometers moet wor

den verricht is het noodzakelijk dat deze goed staan afgesteld. Bij deze afstelling is het voornaamste

aspect dat de interne receiver (MASTER) en/of externe receiver (SLAVE) een zuiver interferentie

signaal detecteren. Bij de wigrefractometer zal dit nauwelijks problemen opleveren, omdat bij dit

ontwerp de optica in het totale systeem is gei'ntegreerd. Als de optica eenmaal goed is ingesteld dan is

de afsteiling, voor het doen van een meting, relatief eenvoudig. Bij de blokrefractometer is dit echter

niet zo eenvoudig. De optica is hier zo kritisch dat het verkrijgen van een zuiver interferentiesignaal de

nodige handigheid vereist.

4.2 Meetprocedure

Bij de blokrefractometeropstelling zijn de volgende onderdelen noodzakelijk voor een meting:

- Laser HP5519A

- Externe Receiver HP10780C (SLAVE)

- Hardware: * Personal Computer

* DASCON-l kaart plus "blauwe doosje"

* 8255 I/O kaart

- Software: * HP 5529A SLAVE (Windows, DIR C:\LASERCA)

* TOTAAL.EXE (Dos)

- Temperatuurmeter (m. 6041066-29)

- Signaalaanpassingskast voor de aansturing van de kleppen, de

vaculimpomp, CO2 -en vaculimmeter.

Om een meting van de brekingsindex met behulp van de blokrefractometer te kunnen verrichten is het

aan te bevelen de volgende procedure te volgen.

1. Aile benodigde onderdelen voorzien van spanning (220V).

2. Via het overzichtscherm van windows de HP5529A SLAVE-software opstarten (zie figuur

4.1, op de volgende bladzijde).

t(8 pagina 11

Analyse van de blok -en wigrefractometer 4. De blokrefractometer

file Qptions Window Help

Programma's

Program Mana er

~~MathTl'Pe

~HP5529A

SLAVE

,~HP5529AMASTER

~Quat~o Pro forWindows 5.0

IIMaUab4.0

~ I§j~ ~

Mathcad 5.0 File Manager

m mQualtro Pro for MaUab 4.0 forWindows 5.0 Windows

MathType

Games

WordPerfect Norton NortonUtilities·Windows Uti~ties·DOS

Group Groupm m mStartUp IBM Tools ValuePoint

ToolsAcceSSOfies Laser

Metrology

MathSoftApps

~l.!!.!JMain

figuur 4.1: Het opstartscherm van windows 3.1 bij de refractometeropstelling.

In het menu wat nu verschijnt: "HP 5529A Dynamic Calibrator: Main Menu" kiezen voor:

"LINEAR" (zie onderstaande figuur).

HP 5529A Dynamic Calibrator

--o Cop,right Hewlelt-Packard 1992. 1933.1994. AU Righi, Reoerved

figuur 4.2: Opstartscherm van de Hewlett-Packard laserinterfer

ometer software.

t(8 pagina 12

Analyse van de blok -en wigrefractometer 4. De blokrefractometer

Nu verschijnt Op het scherm "HP 5529A: SetUp Laser: LINEAR". Hierin wordt de toestand

van de laser en de intensiteit van het interferentiesignaal "BEAM STRENGTH" aangegeven

(zie figuur 4.3).

HP 5529A: Set Up Laser: UNEAR

Laser off or Warming upLaser Position: mm Digits liE

.1 sec.

Nol Used

0.00 _

Encodei':

Averaging:

Preset:

Numeric Displa]l:Lale, Position

I Im!!!.ainMenu.!Reset Position

Axis: XRuns Taken: 0

of: 6

Measuremenl Axis------, ,-------HPOlilion Units: .m

o ~ Error Units: 11m

laser Sense: Positive

_'_1I£.nyifonmenlal J 1L.<!ser Diagram I

Dead Path: 10.00 1mm

Expans.Coeff:~ppml"C

figuur 4.3: Overzichtscherm voor de toestand van het HP-Iasersysteem.

3.

4.

5.

6.

De laserbundel moet nu zo op het polarisatieprisma worden gericht dat de intensiteit van het

interferentiesignaal in het groene gebied komt. Bij deze afstelling is het echter van belang dat

het interferentiesignaal afkomstig is van 4 bundels. Dit kan worden gecontroleerd door voor

elke bundel afzonderlijk een papiertje te houden. Bij een zuiver interferentiesignaal zal de

"BEAM STRENGTH" dan voor elke bundel tot in het rode gebied, of bij een perfecte instel

ling zelfs tot nul, dalen.

Ais het signaal in het groene gebied (> 80%) zit en aan bovenstaande voorwaarde is voldaan,

is de opstelling geschikt voor een blokmeting. Voordat men de HP-software verlaat is het van

belang, altijd RESET POSITION (midden onder het plaatje van het assenstelsel) aan te klik

ken. Met deze handeling wordt het telpulsensysteem gereset, wat noodzakelijk is voor een

goed verloop van de meting.

De software kan worden verlaten door eerst "MAIN MENU" aan te klikken en daama

"QUIT". Ook windows moet worden afgesloten, omdat de besturingssoftware onder DOS

draait. Het besturingsprogramma TOTAAL.EXE kan vanaf de prompt worden opgestart,

omdat in de path van de autoexec.bat de direktoryverwijzing is opgenomen. (Indien in de tekst

naar het hoofdprogramma wordt verwezen dan wordt hiermee bedoeld het programma TO

TAAL.EXE).

In het besturingsprogramma kunnen verder aIle benodigde instellingen (onder andere BLOK

lea»~ worden gedaan, waama met behulp van "START" de meting geactiveerd kan worden.

tiB pagina 13

Analyse van de blok -en wigrefractorneter 4. De blokrefractorneter

Bij het veranderen van de standaardinstellingen in het hoofdprogramma is het van belang dat

de verandering wordt afgesloten met "Ctrl-Enter" (aIleen Enter is niet genoeg) en daama de"Esc"-toets of met achtereenvolgens een druk op de linker (overeenkomstig "Ctrl-enter") -en

rechterknop (overeenkomstig "Esc"-toets) van de muis. Wordt dit niet gedaan dan zal de

verandering niet in de software worden verwerkt. Indien een bepaalde instelling niet naar

wens is, kan met behulp van de "Esc"-toets weer naar het hoofdmenu worden teruggekeerd.

Het hoofdprogramma heeft tevens de mogelijkheid om na een meting de gegenereerde data

direct te bekijken ofnaar een postcript-file te schrijven. De namen die worden toegekend aan

de printfiles zijn altijd hetzelfde, bijvoorbeeld ntotl.ps of edltotl.ps, tenzij meer dan 20 metingen zijn uitgevoerd, dan worden aanvullende files aangemaakt in dit geval ntot2.ps en

edltot2.ps. De operator zal dus altijd op moeten letten dat de genereerde files van een anderenaam worden voorzien, omdat anders bij een volgende meting de datafiles worden over

schreven.

7. Ais een blokmeting wordt uitgevoerd, gaat een vacuiimteller lopeno Ais deze beneden de 200

komt, zal de meetkamer van de refractometer worden belucht en zullen de telpulsen in beeld

verschijnen. Indien deze niet "geleidelijk" oplopen van 0 tot ongeveer 20.000 dan is de

initialisatiecyc1us fout gegaan. Er is dan maar een oplossing: "Ctrl-Alt-Delete", na deze actie

moet weer bij 2. worden begonnen.

Om de laserbundels bij de blokrefractometer goed uitgericht te krijgen, kan gebruik worden gemaakt

van de scheurrand van kettingpapier. Hierin zitten perfecte gaatjes om te controleren of de gereflec

teerde bundel precies op de ingaande bundel valt. Ais dit het geval is zullen de gereflecteerde bundels

via het atbuigprisma, polarisatieprisma en de tripelspiegel nog een keer doqr de blokrefractometer

worden gestuurd. Na enige manipulatie moet het dan mogelijk zijn een zuiver interferentiesignaal te

krijgen.

5. DE WIGREFRACTOMETER

5.1 Inleiding

Op de afdeling Precision Engineering van de TUE is in 1992 een nieuw concept voor een beter

hanteerbare interferentie-refractometer ontwikkeld. Dit concept is in 1995, in opdracht van HewlettPackard, uitgewerkt in een werkend prototype. Voor de achtergronden van deze constructie zie [2]. De

wigrefractometer is een vrij nieuw concept, in tegenstelling tot de blokrefractometer, waarmee binnen

de vakgroep relatief veeI ervaring is opgedaan. Vandaar dat in dit rapport de nadruk ligt op de eigen

schappen van de wigrefractometer. Op deze manier is geprobeerd een beter inzicht in de

.tL8 pagina 14


mogelijkheden en beperkingen van het gerealiseerde prototype te krijgen.

5.2 Correctiefaktor voor de glasinvloeden

5. De wi!!Tefractometer

Ret verband tussen de wigpositie en het aantal telpulsen moet exact bekend zijn om zeer nauwkeurige

(grootte orde 5.10.8) metingen te kunnen verrichten. Echter de glasvensters zijn niet perfect. Indien

deze glasinvloeden een reproducerend karakter vertonen is het veroorloofd om voor het overeenkom

stig aantal telpulsen te corrigeren. De bepaling van deze correctiefaktor is van essentieel belang, omdat

een verschil van I telpuls (dK = 1) alleidt tot een afwijking in de brekingsindex van ongeveer 7.10.8

(dn ~ 7·lfrB zie [2], bIz 66).

Bij de bepaling van de brekingsindex wordt het maximaal aantal telpulsen verminderd met het mini

maal aantal, plus de glascorrectie. Er wordt echter vanuit gegaan dat deze extrema overeenkomen met

de uiterste standen van de wig. Dit is uitermate belangrijk, omdat hiermee het optisch weglengtever

schil door vacuUm wordt bepaald. Door de correctiefaktor zijn de uiterste standen bij een normale

meting uit het telpulsenverloop moeilijk te achterhalen. Dit komt omdat het verloop van de telpulsen

ten gevolge van de glasinvloeden (lucht-Iucht meting) tegengesteld is aan het verloop bij een normale

(lucht-vacuUm) meting. Dit houdt in dat de extrema bij een normale meting geen echt maximum en

minimum vormen, maar een ruw afgeplatte vorm hebben. In bijlage II zijn illustraties toegevoegd.

Deze maken duidelijk hoe het telpulsenverloop tijdens een normaIe meting is, in vergelijking met een

meting van de glasinvloeden. De afgeplatte vorm komt de nauwkeurigheid niet ten goede, omdat het

van essentieel belang is dat de telpulsen ook werkelijk in de uiterste standen worden uitgelezen. Ook

wordt duidelijk dat zonder middeling per 50 telpulsen, lokale pieken de brekingsindex zouden bepa

len. Met middeling, zoals dat ook in het besturingsprogramma gebeurt wordt dit effectieftegengegaan.

Echter door het bovenbeschreven effect worden de telpulsen niet in de uiterste standen uitgelezen.

In een ideale situatie zouden, in een lucht-Iucht situatie, geen telpulsen mogen worden geregistreerd.

Indien ten gevolge van de glasinvloeden toch telpulsen optreden, dan zouden deze een periodiek ver

loop moeten vertonen, waarbij de extrema overeenkomen met de uiterste posities van de wig. Ret

telpulsenverloop voor de glasinvloeden (lucht-Iucht situatie) bezit een afwijkend patroon van wat men

zou verwachten (zie figuur 5.1), vandaar dat dit nader is onderzocht. Waarschijnlijk is de oorzaak voor

dit verloop het kantelen van de wig ten gevolge van het krachtenspel op het kruk-drijfstangmechanis

me, zie figuur 5.2

tLB pagina 15

Analyse Van de blok -en wigrefractometer

TELPULSENVERLOOP BU BEPALING GLASINVLOEDEN

5. De wigrefractometer

o-1

-2

-3

-4

-5

-6

1, 1

1 1I 1I 11 I

I" I'

figuur 5.1:

lijd~

overeenkomstigmet uiterstestand: 2

Telpulsenverloop in een lucht-lucht situatie, voor de bepaling van de correctiefaktor

met betrekking tot de glasinvloeden (voor de verwijzingen zie figuur 5.2).

Om te kunnen analyseren wat tijdens een omwenteling van het wormwiel precies gebeurt, is een

meting uitgevoerd om te vergelijken welke plaatsen uit bovenstaande grafiek overeenkomen met de

uiterste standen. Dit is op zeer eenvoudig wijze gedaan, namelijk door een meetklok tegen het aanslag

raam te zetten en de wig op de uiterste standen even stil te zetten. Op deze manier kan direct uit het

telpulsenverloop worden afgelezen welke plaatsen op de grafiek overeenkomen met de uiterste

posities. Bovenstaande figuur geeft de metingen met de meetklok weer, alleen zonder stilzetten. Deze

methode had tot gevolg dat op de aandrijving van de wig een extra meetklokkracht werkte. Dit uit zich

in de grafiek, in het verschil tussen de hoeken a en [3. De helling met betrekking tot hoek a geeft

weer, dat de veerkracht van de meetklok de aandrijfkracht tegenwerkt en hoek [3 dat de veerenergie na

het doorlopen van de uiterste stand weer vrijkomt.

Er wordt aangenomen dat bovenstaand verloop wordt veroorzaakt door kanteling van de wig. Deze

kanteling zorgt ervoor dat de S -en P-bundel het glas van het wigvenster over een grotere lengte door

snijden. Zoals blijkt uit figuur 5.1 is dit voor beide bundels verschillend en zal dus leiden tot telpulsen.

tU; pagina 16


BOVENAANZICHTVAN DE WIGREFRACTOMETER

UITERSTE STAND 1:

U1TERSTE STAND 2:


F.

'y" =

F.

figuur 5.2: Krachtenspel ten gevolge van het kruk-drijfstangmechanisme.

In de bovenstaande figuur is het krachtenspel bij de twee uiterste standen weergegeven. Uit de twee

toppen van figuur 5.1 blijkt dat het kantel effect in stand 1 optreedt en nauwelijks in stand 2. Dit is te

verklaren, omdat in stand 2 de hoek, die de drijfstang tijdens het doorlopen van de uiterste stand

maakt, kleiner is als bij 1. Dit heeft tot "gevolg dat de horizontale kracht om de veerkracht (= contact

kracht uit [2]) te overwinnen kleiner blijft. Als hierbij ook de stijtheid van de bovenste geleidingsas in

ogenschouw wordt genomen, blijkt dat bij stand 2 de resulterende kracht (Fr) bij deinklemming

aangrijpt. Dit is juist de plaats waar de as het stijfst is. Dit in tegenstelling tot stand 1 waar de resulte

rende kracht in het midden van de geleidingsas aangrijpt en waar de te doorlopen hoek voor het

t(8 pagina 17

Analyse van de hlok -en wigrefractometer 5 De wigrefractometer

overwinnen van de contactkracht het grootst is.

Bij het doorlopen van uiterste stand 1 ontstaat de volgende situatie. Naarmate het wormwiel verder

van stand A naar de uiterste positie (geen kanteling) draait, zal Fr bij het indrukken van de veer toe -en

afnemen tot nul, afhankelijk van de krukhoek (aandrijtkracht en contactkracht werken elkaar tegen,

lokaal optimum). Van de uiterste positie naar positie B zal de veerenergie vrijkomen, deze kracht heeft

dezelfde richting als de aandrijtkracht waardoor de kanteling groter zal zijn (globaal optimum). Dat bij

A de krachten elkaar tegenwerken en bij B elkaar versterken blijkt ook uit de illustraties van bijlage II,

want de stijgende lijn voor de optima heeft een kleinere richtingscoefficient als de dalende lijn.

Om te kijken of de theorie van de kantelende wig enige realiteitszin vertoont, is een berekening ge

maakt. In deze berekening wordt de kracht bepaald, die overeenkomt met het verschil tussen, het

lokale optimum en het dal tussen de twee optima (geen kanteling). Dit verschil, wat theoretisch

overeen zou moeten komen met de kanteling, bedraagt ongeveer 1 telpuls. Anders gezegd, hoeveel

moet de wig roteren om 1 telpuls aan glasinvloeden te veroorzaken.

ZIJAANZICHTVAN DE WIGREFRACTOMETER

loopwiel

,eleidings8s

iIIII b=10 mmIIL .__ .__.__ . . J

loopwiel

geleidingsas

WIG

r -- -----,I loopwiel

: F;IIIIIIIIL_.__.__ _

-- ------ -_._--_._----_:'---- -_._::;>------_.__.__._--_._--_.__.- ._- -_._::;>

- ---_._--- -----_.__.__.__.- -----::;>----_._--_.__ .__._----_.__.- ._- -_._::;>

laserbundels

= WIG IN !DEALE posmE

= WIG NA KANTEUNG

figuur 5.3: Kanteling van de wig ten gevolge van de contactkracht in de uiterste standen.

t(8 pagina 18

Analyse van de blok -en wigrefractometer 5. De wigrefractometer

Om te kunnen berekenen wat voor kracht nodig is, moet het optisch weglengteverschil (O.P.D. =Optical Path Difference) overeenkomstig 1 telpuls worden bepaald. Voor de refractometeropstelling

geldt dat 1 telpuls overeenkomt met A" / 128, de benodigde gegevens zijn:

632.991354.10-9

= 4.9 [nm]128

ltv128

ng = 1.488

d.::: 17.1 [mm](zie bladzijde 87)

Fr

WIG

voorgespannenloopwiel

De telpuls wordt veroorzaakt door een extra

optisch weglengteverschil, gelntroduceerd

door de kantelende wig. Dit optische

weglengteverschil bedraagt voor

I wigvenster.

De S -en P-bundel doorsnijden

8 keer door zo'n glasovergang, dus

het totale optische weglengteverschil

wordt:

OPDwig =8·(~- dJxng =1 telpulscosy

=4.9 [nm]

rotatiepunt

= WIG IN !DEALE POSITIE

= WIG NA KANTEUNG

figuur 5.4: Hoekverdraalng van de wig.

De berekening van de benodigde uitwijking wordt:

d 4.9.10-9

---d=--cosy 8·(1.488)

d

COSY=(4.9.1O-9 J d

8·(1.488) +

y = 0.224 [mrad]

t18 pagina 19


xtany = ----=

69.7.10-3

x = 15.6 [,urn]

met y = 0.224 [mrad]

5 De wigrefractometer

Nu de uitwijking bekend is, is het mogelijk om de bijbehorende kracht te berekenen. am te kunnen

kantelen zal de linkerarm, waarmee het loopwiel tegen de geleidingsas is gedrukt moeten buigen. am

globaal de doorbuiging van deze arm te kunnen bepalen (zie figuur 5.3) is gebruik gemaakt van een

"vergeet me nietje". De berekening verloopt als voIgt:

F; = 3();1 = 7.95 [N]/

() = F; ./3

3£1met 1 = ~.b. h3 =~. (10.10-3). (5 .10-3 )3

12 12= 1.042.10-10 [m 4

]

E=7.10 10 [N/m2]

() =15.6.10-6 [m]

/=35.10-3 [m]

De constante contactkracht berekend in [2] bedraagt 5N. Deze krachten komen in grootte orde over

een, zodat dat de kanteling van de wig een goede verklaring voor het onverwachte telpulsenverloop

van de glasinvloeden is.

Een bijkomend aspect is dat de vlakheid en de brekingsindexhomogeniteit van de wigvensters niet

perfect zijn. am een indicatie van de vlakheid te krijgen zijn in [2] (bIz 108) hoogte-kaarten weerge

geven. Deze zijn met behulp van een Fizeau interferometer gemaakt. Uit de hoogte-kaarten blijkt dat

het oppervlak verloopt in de bewegingsrichting. Deze vlakheidsvariaties zorgen ervoor dat de S -en de

P-bundel een verschillende afstand door het glas atleggen. Dit heeft een optisch weglengteverschil tot

gevolg wat zich zal uiten in een verloop van telpulsen. Een constante afwijking over het bewegings

gebied zou geen invloed hebben, want het O.P.D. zou voor beide bundels evenveel veranderen. Maar

een golvend patroon met een dal in het midden, zoals blijkt uit de hoogte-kaartjes, zal daarentegen

zeker leiden tot een ongewenst telpulsenverloop. Helaas is niet goed te achterhalen wat de vlakheids

variaties zijn. Dit is jammer, want op deze wijze zou het mogelijk zijn voor montage al een indicatie te

geven van het te verwachten telpulsenverloop (het beschreven hoogteverschil komt ongeveer overeen

met I telpuls van het HP-Iasersysteem, 9.9 nm (Al64». Uit metingen blijkt tevens dat de correctiefak

tor voor de glasinvloeden afbankelijk is van de positie van de wigrefractometeropstelling ten opzichte

van de laser. Aangezien dit tot een verschil van enkele telpulsen kan leiden, is het duidelijk dat deze

afwijking de nauwkeurigheid van de wigrefractometer om zeep kan helpen. Er is bij de wigrefracto

meter dus sprake van een soort initialisatie afwijking. Oftewel elke keer als de wig opnieuw is

t(8 pagina20

Analyse van de blok =CD wjgrefractometer 5. De wigrefractometer

opgesteld ten opzichte van de laser moet de correctiefaktor worden aangepast. De correctiefaktor

wordt bepaald door het gebied waarover de 4 laserbundels bewegen. Dit gebied is afhankelijk van de

positie van de laser en de wigrefractometer. am enig gevoel voor de vlakheidseffecten te creeren, is

hieronder een plaatje weergegeven.

S-bundel

P-bundel

P-bundel

S-bundel

figuur 5.5: De beide laserbundels met bijbehorende bewegingsrichting over de wigvensters.

5.3 De afdichting van de wig

De huidige afdichting van de wig is niet goed genoeg om de wig voor langere tijd voldoende vacuum

te houden. De oorzaak hiervoor is dat de afdichting momenteel gerealiseerd wordt met een a-ring. Dit

is zeer minimaal zeker omdat rubber verweert, waardoor de flexibiliteit van het rubber zal verdwijnen.

am in de toekomst betrouwbaar te' kunnen meten is het verstandig voor de afdichting een altematief te

zoeken. Altematieven zouden bijvoorbeeld kunnen zijn:

de wig na vacuumtrekken afsmelten

een conische afdichting maken, waarbij het vacuum de afdichtconus tegen de zitting

aantrekt. De zitting moet van een relatief zacht metaal worden gemaakt en de afdicht

conus van een hard metaal. Dan is het mogelijk de zitting plastisch tedeformeren bij

de eerste keer aandraaien. Hiermee wordt ervoor gezorgd dat de conus en de zitting

perfect afsluiten, waarbij een gedefinieerd aandraaimoment ervoor moet zorgen dat de

volgende keren aIleen elastische deformatie plaatsvindt.

t18 pagina 21


5.4 Meetprocedure

5. De wigrefractorneter

Bij de wigrefractometeropstelling zijn de volgende onderdelen voor een meting noodzakelijk:

- Laser HP5519A

- Interne Receiver (MASTER)

- Hardware: * Personal Computer

* DASCON-I kaart plus "blauwe doosje"

- Software: * HP 5529A MASTER (Windows, DIR C:\LASERCAL)

* TOTAAL.EXE (Dos)

- Regelbare voeding (2-6 Volt)

Voordat men een wigmeting gaat doen is het belangrijk om te verifieren of de correctie voor de

glasinvloeden juist is. Dit gebeurt aan de hand van een lucht-Iucht situatie, dus geen vacuUm in de

wig. Het heeft geen zin deze meting met behulp van het hoofdprogramma te doen, omdat hierin de

brekingsindex wordt berekend. De meting kan geschieden met behulp van het programma TELP

COR.PAS (TELPulsen CORrectie), zie bijlage I. Dit programma zorgt ervoor dat het mogelijk is de

telpulsen op eenzelfde wijze uit te lezen, zoals dat in het besturingsprogramma gebeurt. Aan de hand

van het verschil in het aantal telpulsen kan de correctiefaktor bij benadering worden bepaald. Ais de

correctiefaktor bekend is moet deze worden ingevoerd in de procedure Wigmeting van het programma

BESTUUR.PAS (bijlage VIII). Deze unit dient hierna uiteraard opnieuw gecompileerd te worden. Om

de brekingsindex van lucht te kunnen bepalen, dient de wig daarna uiteraard weer voorzien te worden

van vacuUm.

Om een meting van de brekingsindex met behulp van de wigrefractometer te kunnen verrichten is het

aan te bevelen de volgende procedure te volgen.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

tLB

Zie punt I. van de meetprocedure voor de blokrefractometer.

Zie punt 2. van de meetprocedure voor de blokrefractometer, met uitzondering dat in plaats

van de SLAVE de HP5529A MASTER-software opgestart dient te worden.

De wigrefractometer moet zo worden ingesteld dat de intensiteit van het interferentiesignaal in

het groene gebied komt. Dit instellen kan ook met de laser gebeuren, hoogte goed instellen en

dan de laserbundelloodrecht op de vlakke spiegel richten.

Als het signaal in het groene gebied (> 80%) zit, is de intensiteit voldoende voor een betrouw

bare wigmeting. Voordat men de HP-software verlaat is het van belang ook hier altijd RESET

POSITION aan te klikken.

De software kan op dezelfde wijze worden verlaten als bij de blokrefractometer.

In het besturingsprogramma kunnen verder aIle benodigde instellingen (onder andere WIG

J(a» worden gedaan, waarna met behulp van "START" de meting geactiveerd kan worden

(zie ook punt 6. van de meetprocedure voor de blokrefractometer. Ais het aantal metingen is

volbracht is, kan door met de muis op "STOP" te klikken weer in de menu-structuur worden

gekomen. Hierna kunnen bijvoorbeeld de resultaten worden bekeken of kan het hoofdpro

gramma met behulp van "EINDE" worden afgesloten.

pagina22


5.5 Meetresultaten


am nauwkeurige metingen te kunnen doen moet worden gewerkt met een extra geconditioneerde

ruimte (tempex bak). Zonder deze ruimte zal de brekingsindex varieren met een bereik van ± 50.10-8•

Met de wigrefractometer zijn ongeveer 50 meetcycli uitgevoerd van elk ± 20 metingen. Omdat bij de

eerste 20 meetcycli gemiddeld verschillen van 130.10-8 voorkwamen, zijn deze niet in de beoordeling

meegenomen. Deze afwijking bleek achteraf het gevolg te zijn van een verkeerde default wiglengte

van 70 [mm] in plaats van de in [2] bepaalde en gebruikte 69.6529 [mm].

Bij vergelijking van de vier (FP22, FP23, FP25 en FP38) datafiles uit bijlage III, is een algemene

trend waar te nemen. Direct na vaculimtrekken ligt de brekingsindex van de wigrefractometer net

boven ofrond die van Edlen. Na een etmaalligt de waarde ongeveer 10.10-8 onder die van Edlen, dit

loopt gedurende enkele dagen op tot ± 20.10-8 en stabiliseert dan (gemeten over 3 weken). Deze trend

bleef terugkeren na het opnieuw vaculimtrekken van de wig. am deze trend en het verschil tussen weI

en niet conditioneren weer te geven zijn vier meetcycli gebruikt. am uit deze resultaten echter een

algemene conclusie te trekken is ten aanzien van de omstandigheden te voorbarig.

Hieronder voIgt de beschrijving van een opvallend feit. In verband met ruimte gebrek en bedradings

problemen is de temperatuursensor in de tempex bak telkens op dezelfde positie geplaatst. Bij het

merendeel van de metingen werd tijdens de meetcyclus een dalend temperatuurverloop geregistreerd,

terwijl de verwachting is dat de temperatuur zal stijgen (elektromotor, wrijving en eventuele lichtab

sorptie). Een verklaring hiervoor zou kunnen zijn dat de temperatuursensor ver van de elektromotor

verwijderd stond (aan de kant van het aanslagraam bij het interferometer gedeelte) en dat de meetcycli

relatief kort duurden (± 20 minuten). De temperatuursensor staat vlakbij de plaats waar de laserbun

dels de tempex bak binnentreden. Na acclimatisering zal, indien het systeem in rust is, een uniforme

temperatuursverdeling ontstaan. Bij bewegen van de wig zal echter luchtcirculatie ontstaan, waardoor

de opening ervoor zal zorgen dat ook uitwisseling met de omgevingslucht van het meetlab zal plaats

vinden. Hierdoor zal de warmte-overdracht van de temperatuursensor verbeteren, waardoor een lagere

temperatuur wordt geregistreerd. De positie van de temperatuursensor is dus hoogstwaarschijnlijk van

invloed op de brekingsindex waarde, in hoeverre vraagt om een verdere analyse.

tU? pagina23


6. De besturing van de refractometers

6.1 Inleiding

6. De besturing Van de refractometers

De refractometeropstelling is geautomatiseerd, waardoor de gebruiker het merendeel van de hande

lingen via een computerprogramma kan uitvoeren. Voor het gebruik van de refractometers is minimaal

vereist dat met dit programma kan worden omgegaan. Echter het heIe meetproces is zeer kritisch,

waardoor het aan te bevelen is de werking van het systeem volledig te beheersen. Bij de beschrijving

van de 'besturing' is deze onderverdeeld in de benodigde hard -en software. Met 'hardware' wordt

overeenkomstig [I], zowel de elektronische als de mechanische hardware bedoeld.

6.2 De hardware

In [1] wordt ten aanzien van de Edlen-formule en de blokrefractometer de benodigde mechanische

hardware toegelicht. In [2] wordt het ontwerp van de wigrefractometer nader toegelicht, maar niet hoe

deze is gelntegreerd in de eerder genoemde opstelling. Vandaar dat in deze paragraaf op de hardware

van de wigrefractometer wordt teruggekomen. Het enige verschil met de oude opstelling is, dat nu ook

voor de aansturing van de elektromotor moet worden gezorgd. Dit wordt softwarematig gedaan via de

DASCON-I kaart. Deze stuurt een externe regelbare voeding aan, waarmee de vereiste spanning van

ongeveer 4 Volt kan worden ingesteld. De elektronische hardware, onder andere bestaande uit I/O

kaarten, is direct van invloed op de software. Vandaar dat hieraan twee extra bijlagen zijn besteed,

namelijk bijlage IV voor de 8255 I/O kaart en bijlage V voor de DASCON-I kaart.

6.3 De software

De blok -en wigrefractometer worden bestuurd met behulp van een computer. De software die deze

functie vervuld is geschreven in Turbo Pascal 7.0. In [I, §5.3] worden, voor de blokrefractometer de

verschillende menu-items uit het hoofdprogramma TOTAAL.EXE beschreven. Deze items kunnen in

het programma worden aangeklikt. Verder wordt in dat rapport in bijlage X, XI en XII respectievelijk

een totaal overzicht plus de adressering van de stuursignalen, de source-code en de globale opbouw

van het besturingsprogramma gegeven. In de source-code van het besturingsprogramma is tussen

accolades aangegeven waar de betreffende programmaregels betrekking op hebben. Dit commentaar is

te summier om aIle files, die betrekking hebben op het besturingsprogramma, te doorgronden. In de

toekomst is zeker dat de omstandigheden van de refractometeropstelling zullen veranderen. Het zou

dan wenselijk kunnen zijn om de besturingssoftware aan te passen. Vandaar dat in dit rapport een

paragraaf en enkele bijlagen aan deze software is gewijd. Op deze manier moet het mogelijk zijn

t(8 pagina24


eventuele wijzigingen Op overiichtelijke wijze door te voeren.

6 De besturing van de refractometers

Het initialiseren van de meetsystemen wordt verricht door de initialisatiefile INITIO.PAS en de

werkelijke besturing wordt verzorgt door TOTAAL.PAS. Dit programma bestaat uit 6 units, namelijk:

- MENUl.PAS

- SCHERM1.PAS

- EDLEN.PAS

- BESTUUR.PAS

- HPLASER.PAS

- ASYNC4U.PAS

Deze pascal programma's zijn aIle ondergebracht in de directory C:\TP70\TINO, waarbij TP70 staat

voor Turbo Pascal 7.0 en TINa de naam is van de programmeur. Hieronder worden de units van het

besturingsprogramma globaal besproken, waarbij eventueel wordt verwezen naar een bijbehorende

bijlage. In deze bijlagen worden de betreffende units verder toegelicht aan de hand van de documen

tatie van de 8255 I/O en de DASCON-l kaart. De essentiele informatie die uit deze handleidingen

voor de refractometers van belang is, is in bijlage IV en V weergegeven. Deze bijlagen zijn als het

ware samenvattingen van de oorspronkelijke handleidingen, echter toegespitst op de refractometerop

stelling.

In bijlage VI wordt de file INITIO.PAS toegelicht. Deze file zorgt voor de initialisatie van de gehele

opstelling. Bij de toelichting is de volgende werkwijze gehanteerd, zolang de source-code en het com

mentaar niet voor zich spreken is zoveel mogelijk per regel uitgelegd hoe de werking geschiedt.

In bijlage VII is het programma TOTAAL.PAS weergegeven, hierbij zijn aIle door OPRO (Object

PROfessional) gegenereerde delen achterwege gelaten. OPRO kan gezien worden als de voorganger

van Turbo Vision en maakt het mogelijk de user interface van een programma te verbeteren. TO

TAAL.PAS is in feite het hoofdprogramma van de refractometeropstelling, van hieruit worden aIle

onderdelen geactiveerd en wordt de verkregen meetdata opgeslagen. De uitwerking van de source

code geschiedt per functie of procedure.

In bijlage VIII en IX is respectievelijk de unit BESTUUR.PAS en EDLEN.PAS weergegeven. De unit

BESTUUR.PAS zorgt voor de besturing van de blok -en wigrefractometer en de unit EDLEN.PAS

zorgt ervoor dat de vereiste parameters benodigd voor de Edlen-formule worden ingelezen. Deze units

zijn volledig door Tino geprogrammeerd en worden volledig uitgewerkt.

In bijlage X is de unit HPLASER.PAS weergegeven. Deze unit zorgt voor de athandeling van het HP

lasersysteem en is volledig door Tino geprogrammeerd. De verschillende routines en instructies die

worden gebruikt zijn rechtstreeks overgenomen uit [9], vandaar dat de uitwerking vrij summier is.

tLB pagina 25

Analyse van de blok -en wigrefractometer 6. De besturing yan de refractometers

De unit ASUNC4U.PAS is een standaardfile en wordt daarom niet behandeld. Deze unit dient ervoor

om de RS232-communicatie met de Paroscientific omgevingsdrukmeter tot stand te brengen.

Bij de beschrijving van de source-codes zullen alleen die delen worden behandeld die door TINO zijn

geprogrammeerd en niet de stukken die "automatisch" door OPRO zijn gegenereerd. De volgende

twee units zijn volledig met OPRO aangemaakt:

MENUI.PAS: Deze unit verzorgt de opbouw van de menubalk.

SCHERM1.PAS: Deze llnit verzorgt de schennopbouw en is volledig samengesteld uit losse

OPRO procedures. Elke procedure is hierbij verantwoordelijk voor een be

paald schenn, wat verkregen wordt bij selectie van een menu-item. Deze pro

cedures zijn apart aangemaakt en in een unit samengevoegd.

tiB pagina 26


7. CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN

7 Conc\usies en aanbevelingen

In dit hoofdstuk is een onderverdeling gemaakt voor de verschillende methoden om de brekingsindex

te bepalen. Hieronder volgen echter een paar algemene aanbevelingen.

*

*

In de software (zie bijlage VII) worden aile gegevens als een grate rij data ingelezen. Hieruit

worden later de verschillende parameters geselecteerd om de data en de postcript files aan te

maken. Door deze manier van programmeren is het niet mogelijk op overzichtelijke wijze

datafiles in andere software in te lezen. Het is aan te bevelen om in het vervolg een andere

methodiek te kiezen, zodat het mogelijk wordt op eenvoudige wijze meetdata in andere soft

ware in te lezen, bijvoorbeeld voor het maken van grafieken of statistische bewerkingen. Het

is misschien aan te bevelen om binnen de vakgroep richtlijnen op te stellen waaraan software

dient te voldoen.

Om nauwkeurig te kunnen meten, moeten de refractometers goed thermisch stabiel zijn

oftewel storende invloeden moeten zover mogelijk worden geminimaliseerd. Uit de meetresul

taten (bijlage III) blijkt dat een extra isolatie van bijvoorbeeld een tempex bak binnen de

geconditioneerde meetkamer noodzakelijk is.

7.1 Conclusies en aanbevelingen voor de bepaling van de brekingsindex met behulp van de Edlen

formule

*

*

*

tLB

Momenteel wordt de brekingsindex van lucht bepaald met de gemodificeerde Ed16n-formule

(1988). Bij deze versie is voor de luchtvochigheidsterm een correctie aangebracht ten aanzien

van de oorspronkelijke Edlen-formule (1966). In 1993 heeft echter een update van de volle

dige Ed16n-formule plaatsgevonden. De theoretische nauwkeurigheid van de Edlen-formule is

hierdoor verder toegenomen. Het dient aanbeveling om gebruik te maken van de meest recente

versie, zie §3.2.

Het bepalen van de luchtvochtigheid gebeurt momenteel met behulp van de droge en natte bol

thermometer. Zoals in §3.3 is toegelicht zou de nauwkeurigheid van de brekingsindex bepa

ling volgens Edlen op dit gebied verder verbeterd kunnen worden. Dit kan door de bepaling

op een verantwoorde wijze te automatiseren.

Bij integratie van de brekingsindexbepaling volgens Edlen in de laserkalibratie opstelling is

het verstandig om de temperatuursensoren, de psychrometer en de omgevingsdrukmeter

opnieuw te (laten) kalibreren. Ook zou de CO2-meter gekalibreerd moeten worden, want dit is

sinds de aanschaf nog nooit gebeurt.

pagina 27


7.2 Conclusies en aanbevelingen voor de blokrefractometer

7. Conc\usies en aanbevelingen

*

*

*

Het dient aanbeveling om het huidige optica gedeelte van de blokrefractometer goed te .

analyseren en eventueel te modificeren. Momenteel is het bijna onmogelijk een goed en

stabiel interferentiesignaal van aIle 4 de bundels te krijgen. Dit komt waarschijnlijk omdat het

huidige polarisatieprisma de S- en P-bundel niet volledig scheidt. Hierdoor is het mogelijk dat

een bundel al leidt tot een interferentie-signaal. Bij de wigrefractometer komt dit probleem

niet voor. Het zou kunnen zijn dat het polarisatieprisma van een betere kwaliteit is (Hewlett

Packard in plaats van Melles Griot) of dat de vorm van de wig voorkomt dat storende reflec

ties op kunnen treden.

Bij de blokrefractometer wordt gecorrigeerd voor het niet volledig vacuum zijn van de refe

rentiekanalen. Deze correctiefactor is afkomstig van metingen met de oude configuratie, waar

gewerkt werd met een kortere bloklengte en een comer cube in plaats van een vlakke spiegel.

Het is verstandig om deze correctiefactor te valideren.

Het is de bedoeling dat de blokrefractometer in de toekomst wordt ge"integreerd in de laserka

libratie-opstelling. Deze kalibratie opstelling zal, volgens de huidige informatie, volledig wor

den gemodificeerd. Bij dit nieuwe ontwerp zou alvast rekening gehouden kunnen worden met

de refractometer(s). Doet men dit niet, dan bestaat het gevaar dat het naderhand integreren van

een refractometer tot aanzienlijke problemen zal leiden. Het zal vooral een probleem worden

om de vacuumpomp en de kleppen met bijbehorende aansluitingen zo op te stellen dat deze

geen storende invloed hebben op de temperatuurshuishouding binnen de opstelling.

7.3 Conclusies en aanbevelingen voor de wigrefractometer

*

tLB

Indien een soortgelijke refractometer wordt gemaakt, is het aan te bevelen de wormwiel

aandrijving te voorzien van een beschermkap. Door de open aandrijving zal te veel smeermid

del direct op de wig en de geleidingen terechtkomen en hebben vuH en stof vrij spel. Ook

moet voor een ander smeermiddel worden gekozen, want de vluchtige bestanddelen van het

huidige smeermiddel (teflon-olie van het merk TRI-FLOW) zorgen er waarschijnlijk voor dat

de brekingsindex van de lucht wordt be"invloed door deze elementen. Het nieuwe smeermiddel

moet een zeer lage dampspanning bezitten, zoals bijvoorbeeld smeermiddelen voor vacuum

toepassingen.

pagina 28

Analyse van de blok -en wigrefractometer 7 Conclusies en aanbevelingen

*

*

*

*

t(8

Momenteel blijkt dat het vacuum relatief snel verloopt, volgens een zeer ruwe schatting,

ongeveer 0.5 Pa per 24 uur. Wil men over langere termijn (± een week) zeer nauwkeurig

blijven meten dan is het noodzakelijk dat de afdichting van de vacuumruimte wordt gewijzigd.

(Deze schatting is op de volgende manier tot stand gekomen. Na enkele weken meten is

telkens de wig opnieuw vacuum getrokken. Hierbij is de vacuumslang aan de wig gehangen

zonder het kraantje te openen. Na ongeveer een etmaal vacuum trekken werd het kraantje

geopend, de waarde die de vacuumdrukmeter dan aangaf werd vergeleken met die waarbij het

kraantje, enkele weken geleden, was gesloten.)

De glasvensters van de wig zijn het meest kritisch ten aanzien van ongewenste optische

weglengteverschillen. Dit wordt veroorzaakt door de brekingsindexinhomogeniteit en de vlak

heid van de wigvensters. De vlakheidseisen die aan deze vensters zijn gesteld, zijn bij het

prototype niet gerealiseerd. Het is daarom noodzakelijk hiervoor te corrigeren. De correc

tiefactor is echter afhankelijk van de beginstand van de wig ten opzichte van de laser, waar

door positieveranderingen direct doorwerken op de metingen. Bij een volgend exemplaar is

het belangrijk dat hieraan meer aandacht wordt besteed. Als de vlakheidseisen niet gehaald

worden, is het mogelijk aan de hand van uitvoerige vlakheidsmetingen met behulp van de

Fizeau-interferometer een indicatie te krijgen van het te verwachten telpulsenverloop.

De beide wigvensters worden door de S- en P-bundel ieder 4 maal doorsneden. De totale

glasdikte per laserbundel is dus 8 maal de vensterdikte. Een brekingsindex-homogeniteitsaf

wijking over de beide vensters zal, in het meest ongunstige geval, dus met een factor 8 worden

versterkt. De haalbaarheid van de brekingsindex-homogeniteit is "slechts" 1.10-6• Door de

vensterdikte op verantwoorde wijze tot een minimum te beperken en te zoeken naar glas met

een betere homogeniteit moet het mogelijk zijn de nauwkeurigheid van de wigrefractometer

verder te vergroten.

Bij de wigrefractometer worden de telpulsen momenteel per 50 metingen bepaald. Van deze

blokken van 50 metingen wordt het gemiddelde genomen, hierbij is het verschil tussen het

hoogste en laagste gemiddelde maatgevend voor de waarde van de brekingsindex. Bij het

ontwerp van de wigrefractometer is er vanuit gegaan dat de uiterste standen van de wig

zouden overeenkomen met deze waarden. Door de glasinvloeden is dit waarschijnlijk niet het

geval, waardoor het verschil in telpulsen niet overeenkomt met afgelegde weg tussen de

uiterste standen. Om de vereiste nauwkeurigheid te kunnen halen is het belangrijk dat de

telpulsen werkelijk overeenkomen met de uiterste posities. Het dient daarom aanbeveling een

synchroon meting uit te voeren, waarbij het telpulsenverloop van de wig wordt uitgezet tegen

de werkelijk positie. Hierdoor wordt het mogelijk meer inzicht in de situatie te krijgen en aan

de hand hiervan misschien een soft -ofhardwarematige oplossing te vinden.

pagina29

Analyse van de blQk -en wigrefractometer

8. LITERATUURLIJST

[1] Cuijpers, M.A.W.

Herontwerp van een refractometer.

WPA 310019, Intern rapport TV Eindhoven, 1995.

[2] Cuijpers, M.A.W.

Ontwerp van een wigrefractometer.


[3] EdIen, B.

The refractive index of air.

Metrologia, Vol. 2, no. 2, pag. 71-80, 1966.

8. Literatuur!jjst

[4] Birch, K.P. & Downs, MJ.

The results of a comparison between calculated and measured values of the refractive

index of air.

Journal of Physics (deel E): Scientific Instruments, no. 21, pag. 694-695, 1988.

[5] Birch, K.P. & Downs, M.J.

An updated Edlen Equation for the refractive index of air.

Metrologia, no. 30, pag. 155-162, 1993.

[6] Pasch, van de, E.A.F.

Bijdragen aan een kalibratieopstelling voor laserinterferometers.


[7] 8255 I/O CARD

FPC-024

User's manual

[8] KEITHLEY DATA AQUISITION

DASCON-l

User's guide

[9] HP (HEWLETT PACKARD) 10887 P

Programmable PC Calibrator Board

Operating Manual

pagina 30

Analyse van de hlok -en wigrefractometer

BIJLAGEI

TELPCOR.PASprogram luchtka1;

uses

OpCrt,

HPLASER;

Bijlage I

varo

L,H,OtoI,WT

m,i.r,p,s,status

:Array(1 .10000] of Rea!;

:Real;

:Integer;

a,b,g :text;

begin

sound(200); deIay(IOOO); nosound; {Signaa! voor starten wig}

status:=PORT[$309];

PORT[$309]:=status+$40; {Starten motor}

InitLaser(Int_Receiver);

ResetLaser(Int_Receiver);

L:=Ie8; H:=-Ie8;

for i:~ I to 10000 do

begin

ExtendedLaserMeting(Int_Receiver,o[i]);

end;

{Het wegschrijven van de telpulsen naar een file}

assign(a,'c:\wigrefr\telp.dta');

rewrite(a);

for p:=1 to 10000 do

begin

writeln(a,o[p]);

end;

close(a);

assign(b,'c:\wigrefr\telpgem.dta');

rewrite(b);

r:=O; m:=I;

while r<200 do {Dit getal is het aantal metingen gedeeld door 50}

begin

Otot:~O;

for s:~m to (m+49) do

begin

Otot:=Otot+o[s];

end;

Otot:=Otot/50;

writeIn(b,Otot); {Het wegschrijven van de gemiddeIde telpulsen}

ifOtot<L then L:=Otot;

ifOtot>H then H:=Otot;

m:=m+50;

r:=r+I;

end;

PORT[$309]:=status; {Stoppen motor}

sound(200); deIay(1000); nosound;

WT:=H-L; {Deze waarde komt overeen met bet verschil tussen het hoogste en laagste blok van 50 telpulsen}

close(b);

assign(g,'c:\wigrefr\verschil.dta');

rewrite(g);

write(g,WT);

close(g);

end.

tLB pagina 31

Analyse van de hlok -en wigrefractometer

BIJLAGEII

GLASCOR.M

load c:\wigrefr\telp.dta;

load c:\wigrefr\telpgem.dta;

load c:\wigrefr\verschil.dta;

verschil

subplot(4, 1,1 ),plot(telp);axis([O 10000 -500 4000]);

grid;title('telpulsenverloop zonder tijdsvertraging')

subplot(4, 1,2),plot(telpgem);axis([0 200 -500 4000]);

grid;title('Voor de brekingsindexbepaling wordt gemiddeld per 50 telpulsen');

xlabel('lucht-vacuum: telp1 en telpgem l.dta');ylabel('H-L=3835.3')

subplot(4,2,5),plot(telp);axis([550 900 -167.5 -166.5]);

grid; xlabel('zonder uitmiddeling')

subplot(4,2,6),plot(telp);axis([4650 5100 3667 3669]);

grid; xlabel('telpulsen van lambda/128')

subplot(4,2,7),plot(telpgem);axis([12 18 -167.5 -166.5]);

grid;xlabel('met uitmiddeling')

subplot(4,2,8),plot(telpgem);axis([94 103 36673669]);

grid; xlabel('met geconditioneerde ruimte')

tLB

Bijlage II

pagina 32

Analyse van de blok -en wigrefractometer Bijlage II

Telpulsen verloop bij de bepaling van de GLASINVLOEDEN2,--------r-----,--------r----,-------.-----.------,--------,

o .

-6 .... . ......... , ' ' , ..

ex>C\I -2 ....or-

Ci3-0..cECd

c -4Cd>cQ)en::J0Q)-

........ , .. .

I. ,.. I····· .IiI

jr

.................. , I , .

ii

-8 . . . .,

I

400035001000 1500 2000 2500 3000LUCHT-LUCHT kalibratie: nmeting3.dta

500-10 '---__---'- ....L..-__----' ----'--- .l....-__----l... --'--__-----'

o

tL8 pagina 33

Analyse van de blok -en wigrerractometer Bijlage II

Telpulsenverloop bij de bepaling van de glasinvloeden

-6 ..... ~ ....-2.5 ....

0

-2

-4

-6

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

enC\J gemiddelde per 50 telpulsenT""

-ro'"C.0

0Ect:l- -2c::ct:l> -4c::~ -6::::l 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200c..Q) LUCHT-LUCHT kalibratie: fptelp5 en 55.dta-

-2 -5

26002300 2400 2500uiterste stand 2

-7 L--------'- "'--__~______'

1000700 800 900uiterste stand 1

-3 '----__-'---__"""---__--'--__....J

600

t(8pagina 34


Telpulsenverloop van de wigrefractometer bij een normale meting

Bijlage II

~gggPFE::::::·::~:::·:::::i;::::::~·::+·::::::·:::::::::::~:::::::::~i:::::::::'::::~"::::::f::::::::::'::::::.:o ,' : : ; ,' : .-1 000 ' ' ' : ". . . . . : : . . ' ' .

co 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000C\I,....~ In het besturingsprogramma wordt gemiddeld per 50 telpulsen..0

~ ~gggPFE::::::.::~:::.. :::::>::::~ ••••.••• ~ •••••• ~ ••',:.~.:::::::.::::::::::.::::::..~ -100g :::::: :::::::::::: :!::::::::: :!::: :::::::;:~. j:::::::::~ :~ ... ::: ::::: .. :::: :::::::::::c~ 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2005. LUCHT-VACUUM met geconditioneerde ruimte: telp2 en telpgem2.dta(j)-

128 130 132uiterste stand 1

-1255[~ 1-1255.5 ..... : ~.. . ...

-12561: : : I

6300 6400 6500 6600zonder uitmiddeling

-1~;:':l··· \ .' ' / .. ]-1256 -------'-.--- -----

126

t(8

~~~lr:1~...·jj2100 2200 2300 2400

uiterste stand 2

[ : : \ j. . .

2578 :... . .. : .

~~~~····h··········.···········~···42 44 46 48

met uitmiddeling

pagina 35

Analyse van de blok -en wigrefractometcr Bijlage II

telpulsenverloop zonder tijdsvertraging

:~~i ••••·J··~ ..·j:EhI·•••[••• ··]o 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

20018016060 80 100 120 140lucht-vacuum: telp1 en telpgem1.dta

40

Voor de brekingsindexbepaling wordt gemiddeld per 50 telpulsen

20

!:~~~l•••••• l••··~ ••• j:EhI••• [••••• ·]I 0

::~;:lH~600 700 800 900

zonder uitmiddeling

-1~:~l\:L!H7;-167.5 .

12 14 16 18met uitmiddeling

::::l··;··fFH······]4700 4800 4900 5000 5100

telpulsen van lambda/128

::::l······E······'········ \ ..... '... ]94 96 98 100 102

met geconditioneerde ruimte

t(8 pagina 36

Analyse van de hlok -en wiorefraclomeler Biila2c II!

BIJLAGE III

(oud wigvacuiim: ± 0.05 mmHg)

nieuw wigvacuiim: < 0.001 mmHg(meting met de vacuumslang er oog aan)

aanderaag 27 april: ZONDER "t-(10.08 uurl ZONDER GECONDIT10NEERDE RUIMTE

EOLEN FP22 =10(0 Pa ~t

IMetlng Temp [C] Druk [+753 mmHgj C02 (ppm] N [+1. + -N [+1.00C25] ea1=W'9(per 60 secl (+20i (x1 E·31 (x1E-Sl CORRECTtE (x1E~1 (x1E~1

1 O.:<~ 111 409 8(2 866 e79 -102 0.28 169 455 872 866 898 -323 0.27 171 457 873 867 895 -284 0.27 171 457 873 867 679 -125 0.26 179 465 874 868 678 ·106 0.26 190 453 875 869 662 -137 0.25 201 462 876 870 SS3 -138 0.26 209 456 875 869 661 -129 0.25 229 450 877 871 661 -10

10 0.25 238 456 877 871 671 011 0.25 244 456 877 871 S70 112 025 254 453 878 872 SS3 913 0.26 271 457 877 871 676 -514 0.26 273 464 878 872 ?J2 -3015 025 286 450 879 873 !92 -1916 0.23 267 453 880 874 9J2 -2817 023 276 464 881 875 039 -1418 0.22 276 455 881 875 S78 -319 0.23 266 453 880 874 &93 -1920 022 268 453 882 876 882 -6

(Tdroog) Td=19.6 C(Tnat) Tn=14.0 C

tde = 17.1te=12.0

(waterdampdruk) F = 9.2 x 133.322= 1226.56 Pa

RV. =(9.2/17.1)x 100%=46%

1070 -1226.56 = -156.56delta N = -156.56/27.51 = -5.7E-6

Column: ed/en + correctie Column: wiare ract. COlu"',,: ed/en - wi

Mean 870.85 Mean 883.70 Mean -1285Standard Error 0.69 Standard Error 2.38 Standard Error 244Standard Deviation 3.08 Standard Deviation 10.64 Standard Dev;a:oCl 1089Variance 9.50 Variance 113.27 Variance 1iE.66Range 10.00 Range 39.00 Range 4100Minimum 866.00 Minimum 863.00 Minimum -3200Maximum 87600 Maximum 90200 Maximum SOO

tLB

,,00 ~--------------

450~~.~~~~,400 L - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

i350 ~ - - - - - - • - - - - - - -

i300 i- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

:: ~..:.;/.-./-:'~-150 1 :3 I 5 "1 I 9 11 13 15 17 19

Meting

: 0- Druk [+753 mmHg] ~ C02 [ppm] --I

pagina 37

Analyse van de blok -en wigrefractomctcr Bijlage 1II

aonaeraag ~ I apn : £UNUt:K HI"-(13.10 uur) MET GECONDfTlONEERDE RUIMTE

UL:N -~~ -lulu aIMetlng lemp lL;j UruK [+1:>'1 mmHgJ L;U~ [ppmJ N_(+1. + N (+LW02Sj edl-w,g(oer60,eel (+20) (xlE-3) (xlE-B) CORRECTIE (X1E-a) (xlE-Bl

U.D~ ('" ~1~ "I~ oal """ -,2 0.64 71 522 872 866 868 -23 0.64 67 522 872 866 868 -24 0.64 54 515 871 865 867 -25 0.64 55 521 871 865 867 -26 0.64 71 516 872 866 868 -27 0.64 74 518 872 866 868 -28 0.64 69 516 872 866 868 -29 0.64 82 521 872 866 869 -3

10 0.64 101 513 873 867 869 -211 0.64 117 519 873 867 870 -312 0.64 124 518 874 868 870 -213 0.64 130 512 874 866 870 -214 0.65 132 507 873 867 870 -315 0.64 136 507 874 866 870 -216 0.65 137 507 873 867 869 -217 0.65 143 513 874 868 869 -118 0.65 151 512 874 868 869 -119 0.65 152 506 874 866 869 -120 0.65 149 509 874 868 869 -1

(Tdroog) Td = 19.6 tde = 17.1(Tnat) Tn = 14.0 C -> te = 120

(waterdampdruk) F = 9.2 x 133.322= 1226.56 Pa

RV. =(9.2/17.1) x 100 % =46 %

1070 -1226.56 = -156.56delta N = -156.56/27.51 = -5.7E-B

Column: ed/en + cOffectie Column: w[qrefract. Column: ed/en - wi

Mean 866.85 Mean 868.75 Mean -1.90Standard Error 0.23 Standard Error 0.22 Standard Error 0.14Standard Deviation 1.04 Standard Deviation 0.97 Standard Deviation 0.64Variance 1.08 Variance 0.93 Variance 0.41Range 3.00 Range 3.00 Range 2.00Minimum 865.00 Minimum 867.00 Minimum -3.00Maximum 868.00 Maximum 87000 Maximum -100

" " "IIi

Q85 r ", \

~ 0.645 : - - - - - - - - - - - -jV5 0.64 ,. - "" - ~ - - - - -co iffi I~ 0635 L ---------- - ------ --.... I

1i

0.63 ""1>-+-+-+-T--+-O±-+--j-+c"11:-+-17t3C+Clct5--'1~7-+--e19e--+'Meting

600 I •500 t-~~~-:::?-=~~~~

400 t--------------------300 t----------------------

1

~t~2:~~::~~Meting

[_ Druk [+754 mmHg]~ C02 [ppm]

l 11J 11 iii j

III Il~L.-------- '-~·--'i-----

iJ3 5 1 9 11 13 '=-1:>=---10;;7;---:1-:9-

Meting

-31

~ -1 r.;; -1.5w...JCw -2~..,c:'iiig>-Z.532l'!m

-~

-~~JW~~~--7---l~ ----h '!l '11'13 '1 17 1

Meting

865

xlO-8

870 T--------p--<.~~.----...,

re 869gC!I 868)(CD..,.£ 867U>C>c:

~ 866m

t(8pagina 38

Analyse van de blok -en wigrefractometer Biilaae III

vrijdag 28apnl: zoNDER HP-WEER:>TAnON(13.25 uur) MET GECONDITIONEERD RUIMTE

EULt:N H'25 11-=1 liD I'a VtK::ilHIIMeting lemp [C] Druk 1:760 mmHgj L;u:llPpmJ N ]+1.00027] EDltN + N .1.:+1.WU:l/J edl-w,gI(oor 60 sec) 1+20) x1E·3) {x1E-81 CORRECTIE (x1 E-8) (x1E-8)

1 0.15 l!tll :JIJ4 164 101 1::>9 Il2 0.14 976 504 165 168 159 93 0.14 964 506 164 167 159 84 0.14 983 506 165 168 159 95 0.14 977 507 165 168 160 86 0.14 987 515 165 168 160 87 0.14 995 504 165 168 160 88 0.13 995 503 166 169 160 99 0.14 999 506 165 168 160 8

10 0.14 954 498 164 167 160 711 0.14 995 501 165 168 159 912 0.13 975 492 165 168 159 913 0.14 955 492 164 167 158 914 0.13 944 500 164 167 158 915 0.14 945 497 163 166 157 916 0.14 943 489 163 166 157 917 0.13 957 497 165 168 157 1118 0.14 951 466 163 166 157 919 0.14 943 487 163 166 157 920 0.14 931 495 163 166 156 10

(waterdampdruk) F = 7.5 x 133.322(Tdroog) Td = 19.7 tde = 17.2 = 999.92 Pa(Tnat}Tn=12.7C -> te=11.0

R.V. = (7.5/17.2) x 100 % = 44 %

1070 - 999.92 = 70.09deRa N = 70.09/27.51 = 2.5E-8

Column: edlen + cOffecf; Column: wiarefracf. olumn: edlen - wia

Mean 167.30 Mean 158.55 Mean 8.75Standard Error 0.21 Standard Error 0.29 Standard Error 0.19Standard Deviation 0.92 Standard Deviation 1.32 Standard Deviation 0.85Variance 0.85 Variance 1.73 Variance 0.72Range 3.00 Range 4.00 Range 400Minimum 166.00 Minimum 156.00 Minimum 7.00Maximum 169.00 Maximum 160.00 Maximum 1100

t~

0.15 ,... -----------------,

j~ 0.145 +-N I.:t. i~ 0.14 1- ........_~......."§ i

~ :{!!. 0.135 ~ - - - - - -

xIO -8

170,---------------,

;:::-168Nog 166

I164

~-g 162'iiig'160:;<Ql.Ii 158

156 '-;--"-:3t-+--:r-;-;;jt-+I-:9;-+1-::1"':-1-t1-::1i:"3-i1-:1i:"S-+-::1""'7--:1""9.4;J

Meting

1000 --....... - v---..::i ...-------------- .900 -l-. - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ~

1 ;i ~

800 "I - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - !,700 t ----------------------;

1

600 1- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - . - - ~,!. i500~~~;

400 '1' 3 5' j 9 I 11 13 15' 17 19 .

Meting

i- Druk [+760 mmHg]~ C02 [ppm]

xlO -811 r--------------.r---,

l'J~~ 10 - - - . - - - - - - - - - - - - -UJ...JoUJ 9~"c:'iiig' 8

:;<~<0

pagina 39

Analyse van de blok -en wigrefractometer Bijlage III

wigvacuum: < 0.001 mmHg(meting met de vacuumslang er nag aan)

o,nsoag 2;j mel: ZONDER HP-(10.17 uur) ZONDER GECONDITIONEE RUIMTE

t:LLt:N Ft'38 It'~10fU t'a WlLiKt:rK Vt:KSCHILMeting lem~)(Cj Druk[+758 mmHgj C02 [ppmj N [+1. + N {+1.ooo26J edl-wlg(per 60 sec) (+21 .(x1 E-3) (x1 HI) CORRECTIE (x1E-81 (x1E-81

1 O.;J1 :30:> :'12 llf:j;j !it:i1 \j;>4 272 0.29 363 498 965 963 948 153 0.31 367 503 963 961 936 254 0.33 365 504 961 959 965 -85 0.31 359 498 963 961 963 -26 0.31 351 509 963 961 931 307 0.32 346 503 962 960 977 -178 0.31 335 494 962 960 945 159 0.34 339 498 960 958 961 -3

10 0.34 335 507 960 958 942 1611 0.35 339 498 959 957 957 012 0.34 333 494 959 957 935 2213 0.33 331 504 960 958 969 -1114 0.32 318 501 961 959 954 515 0.31 300 503 961 959 954 516 0.31 286 497 960 958 934 2417 0.3 269 498 961 959 944 1518 0.29 243 501 961 959 960 -119 0.28 237 510 962 960 951 920 0.28 216 504 961 959 941 18

(Tdroog)Td =20.5 -> tdc= 18.1(Tnat) Tn = 13.7 C tc = 11.8

(waterdampdruk) F 8.4 x 133.322= 1119.90 Pa

R.V.=(8.4118.1)x 100%=46%

1070-1119.90= -49.90delta N = -49.90 /27.51 = -1.8E-8

Column: ed/en + cOffee/Ie Column: wiarefrac/. Column: ed/en - wi

Mean 959.35 Mean 950.05 Mean 9.30Standard Error 0.34 Standard Error 2.94 Standard Error 3.00Standard Deviation 1.53 Standard Deviation 13.16 Standard Deviation 1344Variance 2.34 Variance 173.21 Variance 180.54Range 6.00 Range 46.00 Range 47.00Minimum 957.00 Minimum 931.00 Minimum -17.00Maximum 963.00 Maximum 977.00 Maximum 30.00

D.35.,-------------,.r-----------,

0.34 ~ .. - - - .. - - -.~ - - - - - - - .. -

I::tj:\:~.:~0.31h- -_LL __ - ----,E 0.3 ~~ - - - - - .. - - - - - - - - - - - j~ 0.29 t -.. -.. ---.... -.. ---.. -\- -I

0.28 11 3 '5 7 9 1\ '13'15 '1~'Meting

550 .,.--------------

500 t~~,---,,-~-·

::: ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~

:::t~~;~~~~~~~~250 tu .. u .. u - - - u - - -~ -

200 -I .3 5 I 7 I 9 11· 13 15 17 19Meting

[ .•. Druk [+758 mmHg)~C02 [ppm)

xlO -8980.,.---------------,

57"9 '11 13 15 17 19 Meting

3

! 20 l.J..L.LJ.-~--'-'-rr'"- J-..L-- "--,--,'---'-'-"--"-11'--"'--",-- -..L...W..'..

~ 10 - - -. J:.. l -- r'. Iji

ll~ in, ,I- ; ,I

~ 0 ,1!l

.~ Ira U Ii~ -10 - - ...... - - - - .... -LJ - .~

CD-20

\ ..--- ., 1

----- ----- - -

I' ... ...~3 5 7 1 17 19

930

~ 970ooo

I 960

~

".5950UlOJc

~ 940m

tiB pagina 40

Analyse yan de blok -en wigrefractometer Bijlage IV

BIJLAGEIV

8255 I/O kaart

FPC-024

USER'S MANUAL

In deze bijlage zijn aIleen de hoofdaspecten uit [7] gebruikt, die voor het besturingsprogramma van

belang zijn. Het is dus een soort samenvatting van de originele handleiding, maar dan toegespitst op

de refractometer software.

Deze INPUT/OUTPUT kaart wordt gebruikt voor het inlezen van de verschillende temperaturen via de

Newport temperatuurmeter (or. 6041066-29). In de onderstaande figuur is het algemene blokdiagram

van deze kaart weergegeven.

J"'.7 L"'..7

POORT 1 POORT 28253

I DECODER II

8255 8255

<: ~ <: ~ L ~ ttl""'7 ...: 7 '<, 7

t:P1A P1B P1C P2A P2B P2C CLOCKOUT --<>

GATECONTROL

BUS

CLOCKIN

figuur IV.I: Blokdiagram van de 8255 I/O kaart.

Aangezien meerdere temperatuursensoren op deze kaart zijn aangesloten is het van belang te weten

welk kanaalnummer van het display overeenkomt met de betreffende temperatuursensor. Vandaar dat

op de volgende bladzijde een overzicht is gegeven van de gebruikte kanaalnummers.

tlB pagina41

Analyse van de blok -en wigrefractometer Bijlage IV

tabel IV.l: Definitie van de temperatuursensoren.

Kanaalnummer Sensor Temperatuur

0-1 SI omgevingslucht

2 S2 natte bol

3 S3 droge bol

4 S4 ingaande Iucht

5 S5 uitgaande Iucht

6 S6 biokrefractometer

7 - niet aangesioten

De 8255 I/O kaart is een programmeerbare input/output interface, die werkt via de systeembus van een

microcomputer. Hieronder voIgt een specifiek blokdiagram van de kaart, waarin nadruk is gelegd op

de data bus buffer en de read/write logic functions.

OUTPUTpc. .. PC,

OUTPUTPC••• PC,

INPUT"' •.. Pl..

INPUTP8, .. PB,

~~..~= +6 Volt

,roundGROUP A

~P-'-- PORT •(S bits)

~GROUP '-----~•CONTROL

----.--,-J-GROUP A

PORT CUPPER

- ('blts)~

DATA BUS '-----. DATABUS

BUFFER8 BIT .----INTERNAL

DATA BUS GROUP BPORT CLOWER(' bits)

'-----r~,------L--

READ/CROUP .----WRITE

CONTROL BLOGIC CONTROL

GROUP B /I-'--r- PORT B '\0-(0 bits)

T~

""

POsUP

IlIl

ill

RESET

81 DIRECTlOllALD, .• 0

figuur IV.2: Blokdiagram met de data bus buffer en de read/write logic functions.

t(8pagina 42


N.B. Een dollarteken ($) geeft aan, dat een getal in hexadecimale notatie is weergegeven.

Bijlage IY

Door te kiezen voor de volgende jumper setting SW(itch)4 = OFF, SW(itch)5 = ON is het basisadres

van deze kaart ingesteld op: $IBO - $IBF. Door deze keuze zijn de volgende instellingen van toepas

sing.

tabel IV.2: Definitie van de I/O poorten.

$IBO PORT IA READIWRlTE BUFFER

$IBI PORT 1B READIWRlTE BUFFER

$IB2 PORT IC READIWRlTE BUFFER

$IB3 PORT I CONTROL REGISTER (8255)

$IB4 PORT 2A READ/WRITE BUFFER

$IB5 PORT 2B READIWRlTE BUFFER

$IB6 PORT 2C READIWRlTE BUFFER

$IB7 PORT 2 CONTROL REGISTER (8255)

$IB8 COUNTER 0 READIWRlTE BUFFER

$IB9 COUNTER I READ/WRITE BUFFER

$IBA COUNTER 2 READIWRlTE BUFFER

$IBB COUNTER CHIP 8253 CONTROL REGISTER

Control Group A - Port A en Port C upper (C7..C4)

Control Group B - Port B en Port Clower (C3 ..CO)

De functionele configuratie van elke poort moet in de software worden geprogrammeerd. In essentie

betekent dit dat de CPU (Central Processing Unit) een "control word" stuurt naar de 8255A. Ret

"control word" bevat informatie zoals: mode, bit set, bit reset, etc, waarmee de functionele configura

tie van de 8255A wordt gelnitialiseerd. Elk van de controle blokken (Group A en B) accepteren

commando's van de READ/WRITE logica, ontvangen "control words" van de interne data bus en

zenden de juiste commando's naar de bijbehorende poorten (naar het controle register kan overigens

aIleen worden geschreven).

De 8255A bevat drie 8-bits poorten (A,B en C), deze kunnen aIle drie softwarematig worden gecon

figureerd. Ais men optimaal van de kaart gebruik wenst te maken, is het verstandig de poorten op de

volgende manier te gebruiken.

t(8 pagina43

Analyse van de blok -en wigrefractometer Biilage IV

PORTA:

PORTB:

PORTe:

Een 8-bits data output latch/buffer en een 8-bits data input latch.

Een 8-bits data input/output latch/buffer en een 8-bits data input buffer.

Een 8-bits data output latch/buffer en een 8-bits data input buffer (no latch for input).

Deze poort kan worden verdeeld in twee 4-bits poorten onder het "mode control".

Elke 4-bits poort bevat een 4-bits latch en kan worden gebruikt voor de control signal

outputs en status signal inputs in samenhang met de poorten A en B.

In de systeem software kan uit drie "basic modes of operation" worden gekozen, namelijk:

MODE 0 - Basic Input/Output

MODE 1 - Strobed Input/Output

MODE 2 - Bi-Directional Bus

Bij de refractometeropstelling wordt deze kaart aIleen gebruikt om temperaturen in te lezen, vandaar

dat is gekozen voor MODE O. Deze functionele configuratie verschaft simpele in -en output mogelijk

heden voor aIle drie de poorten. Er is geen handshaking benodigd, want de data wordt simpelweg

geschreven of gelezen van een specifieke poort. De functionele definities die horen bij MODE 0 zijn:

* Twee 8-bits en twee 4 bits poorten.

* Elke poort kan als in -of output worden gedefinieerd.

* Outputs zijn gelatched.

* Inputs zijn niet gelatched.

* 16 verschillende Input/Output mogelijkheden.

In de onderstaande figuur is de refractometer-configuratie weergegeven.

MODE

ADDRESS BUS

CONTROL BUS

DATA BUS

iiii,lIIl D, .. D. A. Al

cs

8255 A0 - C

8 A

INPIJTPB, .• PB.

OIJTPIJTPC••• pc.

OIJTPIJT

PC-••• PC.INPtrf

PA, .. PAl

tL8

figuur IV.3: Basic mode definition and bus interface.

pagina44

Analyse van de blok -en wigrefractometer Bijlage IV

Nu een keuze is gemaakt voor de "Mode selection", moeten de poorten nog worden gedefinieerd. Dit

gebeurt m.b.v. het "Mode definition format". Door voor een bepaalde waarde van het "Control word"

te kiezen (zie figuur IVA en IV.5) kunnen de poorten naar eigen inzicht worden gedefinieerd. Er zijn 4

poorten beschikbaar, dus er zijn 16 mogelijkheden (zie onderstaande tabel). Bij de refractometerop

stelling is gekozen voor optie #10, waardoor poort A en B als input en poort C (upper en lower) als

output zijn gedefinieerd. Op de volgende bladzijde is de algemene vorm van het "Mode definition

format" weergegeven met daaronder de bijbehorende instellingen voor optie #10 van het "Control

word".

tabel IV.3: De 16 mogelijkheden om de poorten te definieren behorend bij Mode O.

A B GROUP A

EJGROEPB

D4D3 D) Do PORTA PORTC PORTB PORTC

(UPPER) (LOWER)

0 0 0 0 OUTPUT OUTPUT 0 OUTPUT OUTPUT

0 0 0 1 OUTPUT OUTPUT 1 OUTPUT INPUT

0 0 1 0 OUTPUT OUTPUT 2 INPUT OUTPUT

0 0 1 1 OUTPUT OUTPUT 3 INPUT INPUT

0 1 0 0 OUTPUT INPUT 4 OUTPUT OUTPUT

0 1 0 1 OUTPUT INPUT 5 OUTPUT INPUT

0 1 1 0 OUTPUT INPUT 6 INPUT OUTPUT

0 1 1 1 OUTPUT INPUT 7 INPUT INPUT

1 0 0 0 INPUT OUTPUT 8 OUTPUT OUTPUT

1 0 0 1 INPUT OUTPUT 9 OUTPUT INPUT

1 0 1 0 INPUT OUTPUT 10 INPUT OUTPUT

1 0 1 1 INPUT OUTPUT 11 INPUT INPUT

1 1 0 0 INPUT INPUT 12 OUTPUT OUTPUT

1 1 0 1 INPUT INPUT 13 OUTPUT INPUT

1 1 1 0 INPUT INPUT 14 INPUT OUTPUT

1 1 1 1 INPUT INPUT 15 INPUT INPUT

tLB pagina45


CONTROL WORD

I D, I D. D,I D.I D.I D.I D.I D·I

L..J

/ GROUP B \PORT C (LOWER)

I - INPUTo - OUTPUT

PORT B1 • lNPUTo - OUTPUT

1I0DE SElECTION

0-1I0DED1-1I0DEI

/ GROUP A \PORT C (UPPER)

I ~ INPUTo - OUTPUT

PORT A

I = INPUTo - OUTPUT

NODE SElECTION00 = 1I0DE 001 - 1I0DE IIX = NODE 2

1I0DE SET FlAGI - ACTIVE

figuur IVA: Mode definition format.

CONTROL WORD #10

D, D. D. D. D, D. D, D.

• bill

Bijlage IV

tlB

D••• D,<:===~

figuur IV.S: Het Control word #10.

8255 A c

4 bits DUTPUTPee·· Pee

INPUTPI•.. PH.

pagina 46

Analyse van de blok -en wjgrefractometer

BIJLAGEV

Keithley Data Aquisition

DASCON-1

USER'S GUIDE

BijIage V

Ook in deze bijlage zijn aIleen die aspecten uit de handleiding [8] gebruikt, die voor het besturings

programma van belang zijn. De DASCON-1 kaart is een multifunctionele analoge/digitale in -en

output kaart die ervoor dient om verschillende componenten uit de opstelling aan te sturen en om

bepaalde grootheden in te lezen. Om dit te kunnen bewerkstelligen dient signaal aanpassing plaats te

vinden. Hieronder wordt verstaan, het verzorgen van de juiste stuurspanning eventueel gecombineerd

met het juiste vermogen. Om in deze behoefte te kunnen voorzien, is op de TUE een speciale signaal

aanpassingskast ontworpen. Deze communiceert niet direct met de DASCON-l, maar via een "blauw

doosje". Dit doosje vormt de verbinding tussen de PC en de signaal-aanpassingskast. Het bevat een

printplaat die als optie bij de DASCON-l kaart verkrijgbaar is. Op deze print kunnen aIle in -en

outputs direct worden aangesloten. Met deze hardware wordt de inlezing van de vacuiimdruk, het

CO2-gehalte en de aansturing van de elektromotor van de wigrefractometer verricht.

De DASCON-1 kaart bestaat o.a. uit vier analoge inputs, een AID convertor en een 12 bits digitaal

input/output kanaal. Dit digitaal kanaal bestaat uit een 8 en 4-bits poort. In de handleiding is aangeven

dat een goede keus voor het basisadres van de DASCON-l: $300, $310 of $320 is. Voor de refracto

meter toepassing is gekozen voor het basisadres $300, aIle andere adressen zijn hierop gebaseerd. In

de onderstaande figuur wordt weergegeven hoe met behulp van de switches op de kaart het basisadres

ingesteld kan worden. Indien een switch in ON-positie staat wi! dit zeggen dat de bijbehorende waarde

gelijk is aan nul. Bij de OFF-positie wordt de aangegeven waarde geldig, in het aangegeven geval dus

$300 (decimaal: 3*162 + 0*161 + 0*16° = 768).

BASEADDRESS

Base Addressswitch settingfor 300 Hex.

($300 = 768 Dec.)

III-~:~A6

A7

A8

A9

9 8 7 6 5 4 Address Line Hex. and Dec.Equivalent

$10 = 16

$20 = 32

$40 = 64

$80 = 128

$100 = 256

$200 = 512

t(8

figuur V.1: Base address switch setting voor de refractometer

opstelling.

pagina47

Analyse van de blok -en wigrefractometer Bijlage V

CN 0

CH 1

FOURDIFFERBNTfAL

ANALOG INPUTS

CH2

CN 3

TWO PRECISIONVOLTAGE SOURCES(""""N CACES)

twO I ...CURIlEIIT SOURCBS

(RTD'.)

AVAILABLE RANGES:+10 v -10 v

+5V -5Y+2.5 v.... -2.5 V

+10 V.0 V

TWO ANALOG OlTl'PUTSe • e

REGISTERA_Y

"-DIGITAL PORT C

VO ~J-::C:::::ONT=RO=L,..--J

~ eMOPU

I e-DI~~AL ~_J-_PO_RT_e_---I D[CIT~OUTPtn

CLOCK CONTROL12 DrelTALINPUT/OUTPUT

UNBS

L

NUX CONTROL UNBO 0---------------...,AID ftNINC CONTROL UNBS 0---------------...,

L...---,..-J

~NICAD

., r CLOCK...L BAt'tERYCiDCi LJ BACKUP

INTERRUpt INpUT O---- -----J

figuur V.2: Het blokschema van de DASCON-l I/O kaart.

Het is ook mogelijk om de DASCON-l kaart te kalibreren. Dit is voor de refractometeropstellingechter niet essentieel, omdat de I/O kaart hoofdzakelijk wordt gebruikt voor de aansturing van de

verschillende componenten. Bovendien zijn, relatief gezien, de Edlen-waarden die door deze kaartworden ingelezen het minst kritisch.

Bij de refractometeropstelling wordt niet van aile beschikbare adressen gebruik gemaakt. In de tabel

op de volgende bladzijde worden aileen die adressen weergegeven die in dit geval van toepassing zijn.

Opgemerkt dient te worden dat een adres voor meerdere toepassing gebruikt kan worden.

t(8pagina48


tabel V.I: Definitie van de gebruikte poorten.

Bijlage V

ADRES READ (input) WRITE (output)

ANALOOG

CO2-meter Doseerklep

$(basisadres +0) AID CHO Lo byte D/A #0 Lo byte

$(basisadres + I) AID CHO Hi byte D/A #0 Hi byte

Pirani vacuiimdrukmeter

$(basisadres +2) AID CHI Lo byte -

$(basisadres +3) AID CHI Hi byte -

DIGITAAL

$(basisadres +9) - PB Digitaal Out

$(basisadres +A) PC Digitaal In -

$(basisadres +B) - PPI Control Reg.

baslsadres - $300

PPI = Programmable Peripheral Interface

Reg.= Register

Hieronder voigt een overzicht van de verschillende functies die de DASCON-l kaart vervult, inclusief

de adressering: PBO = aansturing KLEPI (vaculimklep referentiekanaal)

PBl = " KLEP2 (vaculimklep meetkanaal)

PB2 = " KLEP3 (geconditioneerde lucht)

PB3 = " KLEP4 (beluchten meetkanaal)

PB4 = " CO2-meter en vaculimpomp

PB? = " hoofdschakelaar

PCO = signalering doseerklep dicht (eindstandmelder)

PCl = signalering doseerklep open (eindstandmelder)

#0 = doseerklep bedienen (analoog uit)

CHO = CO2-meting (analoog in)

CHI = Pirani vaculimdrukmeting (analoog in)

Er dient opgemerkt te worden dat de adressen $300 en $301 een dubbele functie hebben. Door het

commando read of write is het voor de computer duidelijk welke handeling verricht moet worden,

zodat hierbij geen problemen ontstaan. Aangezien de D/A converters 12 bits output hebben, dienen

ze 2 bytes aan input te hebben. Het dataformaat van tabel V.2 wordt gehanteerd.

t(8pagina49


tabel V.2: 12 bits dataformaat van de D/A converters.

BiilageV

Bit 7 6 5 4 3 2 1 0

positie

Low byte B8 B7 B6 B5 B4 B3 B2 Bl LSB

High byte MSB 103 102 lOt 100 B12 B11 BIO B9

Het spanningsbereik behorend bij poort #0 wordt hardwarematig ingesteld en bedraagt: +10 V tot -10

V. In de onderstaande tabel is weergegeven hoe met behulp van de bovenstaande 12 bits de gewenste

uitgangsspanning, binnen het aangegeven bereik, verkregen kan worden.

tabel V.3: Spanningsbereik behorend bij poort #0.

I stelsel II $301 (Hi) I $300 (Lo) II spanning

Hex $00 $00

~Bin 0000 00000000

Hex $08 $00 5aBin 1000 00000000

Hex $OF $FF 5aBin 1111 11111111

De belangrijkste digitale in -en output gebeurt via een 8255-5 P.P.I. Integrated Circuit. Deze heeft 24

digitale I/O lijnen die verdeeld zijn over 3 poorten van ieder 8 bits. Dit zijn de poorten PA, PB en PC

deze laatste poort is weer onderverdeeld in 2 onafhankelijke 4 bits poorten, waarvan de eerste (PCO-3)

PClower en de tweede (PC4-7) PCupper wordt genoemd. De poorten PA en PCupper zijn aan de

clock/calender toegewezen en de poorten PB en PClower zijn beschikbaar voor de belangrijkste I/O,

waarbij PB meestal als output en PC als input fungeert. Als op de laatst genoemde poorten activiteit is,

dan lichten respectievelijk 8 rode en 4 gele L.E.Do's (Light Emitting Diodes) op.

AIle poorten mogen als heIe groepen van in -of outputs worden geprogrammeerd, dit wordt gedaan

m.b.v het P.P.I. (adres $30B) Het controle register is een schrijfregister, zodat hieruit geen data kan

worden gelezen. Bij het opstarten van de computer worden aIle poorten gedeclareerd en gereset als

INPUTS. Ook moet er rekening mee worden gehouden dat schrijven naar het controle register ertoe

leidt dat aIle data op de poorten wordt verwijderd. Door aan een poortadres een hexadecimale

tl8 pagina 50

Analyse van de blok -en wigrefractometer Biilage V

waarde volgens het "Control Register Word" toe te kennen kunnen de betreffende poorten als in -of

output worden gedefinieerd. Volgens de handleiding komt de hexadecimale waarde $89 overeen met

PB =OUTPUT en PClower = INPUT.

Hieronder is voor de volledigheid een overzicht van de aansluitingen van de DASCON-l I/O connec

tor weergegeven, met tussen haakjes eventuele aansluitingen voor de refractometeropstelling.

(hoofdschakelaar)

(klep 1)(klep 2)(klep 3)(klep 4)

(C0 2 -pomp)

LOW LEVEL GND. 19(doseerklep + CO 2 -meting) CHO Lo INP. 18

(pirani drukmeting) CH 1 Lo INP. 17CH2 Lo INP. 16

Iexc 3 15CH3 Lo INP. 14

REF #1 OUTP. 13D/A #1 OUTP. 12

DIG. COM. 11PBO 10PB1 9PB2 8PB3 7PB4 6PB5 5PB6 4PB7 3

C=O=N=V-=--=C=07:M=p 2

IRQ IN 1

37 CHO Hi INP. (doseerklep + CO 2 - meting)36 CH1 Hi INP. (pirani drukmeting)35 CH2 Hi INP.34 Iexc 233 CH3 Hi INP.32 REF. #0 OUTP.31 D/A #0 OUTP.30 CLOCK29 PCO (eindstandmelder)28 PCl (eindstandmelder)27 PC226 PC325 BUSY24 CH ADDR.O23 CH ADDR.122 LD. CH ADDR.21 RUN/HOLD20 +5Volt

figuur V.3: Aanzicht van de DASCON-l I/O connector (37 pin "D").

t(8pagina 51


BIJLAGEVI

file: INITIO,PAS

Bijlage VI

Dit programma initialiseert, bij het opstarten van de computer, de 8255 I/O, DASCON-l en de HPLA

SER-kaart. De initialisatie van de 8255 I/O kaart (zie bijlage I) houdt in dat de poorten P2A en P2B als

8-bits input en de poort P2C als tweemaal 4-bits output wordt gedeclareerd. P2A en P2B worden

gebruikt om BCD (Binary Coded Decimals) waarden in te lezen en P2C zorgt voor de selectie van de

in te lezen temperatuursensor.

PROGRAM lnitialisatie;

{Oit programma initialiseen de DASCON-I, de 8255 I/O kaan en de HP laser}

USES Dos;

{SM l6844,O,16844}

BEGIN

{8255 iniliaJisatie}

PORT[SIB7]:=S92; {Poon 2: A en B Inpu~ C Output}

PORT[SIB6]:=SI0; {Poon 2: Uitgangen van Callen laag,

behalve PC4: not(data HOLD)}

{DASCONI initialisatie}

PORT[S30B]:=S89; {Poon B Outpu~ Clower Input}

PORT[S309]:=SOO; {Uitgangen van B allen laag}

PORT[$300]:=$00; PORT[S301]:=S08; {Analoge uitgang DAO = 0 volt}

PORT[$302]:=SOO; PORT[S303]:=S08; {Analoge uitgang DAI = 0 volt}

{Laserkaanen initialiseren}

SWAPVECTORS;

EXEC('C:\HPLASER\Download.exe','200');

SWAPVECTORS;

EXEC('C:\HPLASER\Download.exe',' 104');

SWAPVECTORS;

END.

Hieronder is aangegeven wat de functie van de afzonderlijke regels is.

USES DOS: Hiermee wordt de Dos unit binnen Turbo Pascal aangeroepen, deze unit bevat defini-

ties en routines die het mogelijk maken met het operating systeem samen te werken.

{$M 16844,0,16844}: Dit commando kan eventueel de STACK van de computer vergroten, wat

noodzakelijk kan zijn voor het gebruik van de master en de slave software.{8255 initialisatie}

PORT[$IB7]:=$92;

PORT[$IB6]:=$10;

tlB

$IB7 is het adres van het controle register van poort 2 (zie tabel IV.2) de

binaire waarde $92 = 10010010 zorgt ervoor dat de poorten A en B als input

en poort C als output worden gedefinieerd (zie figuur IVA en IV.5).

$IB6 is het adres van poort 2C (zie tabel IV.2), met een waarde $10 =

00010000, die ervoor zorgt dat alle uitgangen laag zijn behalve PC4. Bij een

binaire waarde voor dit adres horen de rechter (lower) 4 bits bij groep B

(PC3 ..PCO) en de linker (higher) 4 bits bij groep A (PC7..PC4).

pagina 52

Analyse van de blok -en wigrefractometer Bijlage VI

{DASCON-l initialisatie}

PORT[$30B]:=$89; Door aan dit controle register de hexadecimale waarde 89 toe te kennen wordt

Poort B als Output en PClower als Input gedefinieerd (zie bijlage V, bIz 51).

PORT[$309]:=$00; Poort PB krijgt de waarde $00 = 00000000, dus aIle uitgangen van PB zijn

laag.

PORT[$300]:=$00; PORT[$301]:=$08;

Door aan de adressen behorend bij de poort #0 deze waarden toe te

kennen wordt een analoge uitgangsspanning van 0 Volt verkregen

(zie tabel V.3).

PORT[$302]:=$00; PORT[$303]:=$08;

Hier geldt hetzelfde als in het bovenstaande geval, aIleen m.b.t. poort

#1.

{Laserkaarten initialiseren}

SWAPVECTORS; Dit commando uit de DOS unit verzorgt de afhandeling van de inter

ruptvektors.

EXEC('C:\HPLASER\Download.exe','200');

EXEC('C:\HPLASER\Download.exe',' 104');

M.b.v. deze EXECute commando's wordt de MASTER en SLAVE

software gei'nitialiseerd, op respectievelijk adres $200 en $104.

t(8pagina 53


BIJLAGE VII

file: TOTAAL.PAS

Bjjlage VII

Hieronder is een deel van het hoofdprogramma van de refractometeropstelling weergegeven (voor het

gehele programma zie [I]. Dit pogramma dient opgestart te worden indien men een brekingsindexme

ting volgens Edlen, de blok -en/of wigrefractometer wit doen. In dit programma worden, voor de

aansturing van de apparatuur en de inlezing van de meetwaarden, verschillende units aangeroepen.

Deze units zullen in de bijlagen VIII, IX en X verder worden uitgewerkt. De meetwaarden, die per

meetcycius sequentieel worden ingelezen, worden door het hoofdprogramma in een meetfile ge

schreven. Hierbij is in TOTAAL.PAS ook een mogelijkheid gecreeerd om na de metingen een post

criptfile van deze waarden te maken. Voordat men dit programma en de bijbehorende units door gaat

nemen is het aan te bevelen om eerst bijlage IV en V te bekijken.

{$R-,S-,I-,V-,B-}

usesDos,MENUI,SCHERMI,BESTUUR;

varStatusMH,WbURDirERWM,WTBRTijd,EindTijdInitKlaarSO

: Word;: Menu; {OPRO: menu system}

: RawWiudow; {OPRO: item help window}: UserRecord;

: DirList;: EdlenRecordArray;

: RealArray;: BlokRecordArray;

: Time;: Boolean;

: Real;

{onderdelen van het menu-item: METING}

{onderdeel van KABLIBRATIE}{onderdelen van DUUR}

{onderdeel van OPSLAG}{Gemeten augustus '94}{onderdelen van MEETLENGTE}

{onderdeel van CONTROLE}{onderdelen van PRINTEN}

procedure InitUR(var UR: Userrecord);begin

with UR do beginEdlen:=False;Blok:=False;Wig:=False;AanBlok:=True;AantaIMetingen:=20;Interval:=60;FileOpslag:='refrdata';BlokLengte:=399.9756;WigLengte:=69.6529;FileVerwerk:='refrdata';Voor:='Hewlett Packard';Door:='TU Eindhoven';Datum:=DateSttingToDate('ddlmm/yyyy'.TodayString('ddlmm/yyyy'));

end;end;

procedure Startl3(var uitMenu : Boolean; var SO : Real);type

CmdRec = recordCmdl : byte;Cmd2 : byte;tekst: String[l];Cmd3 : byte;

end;const Commando: CmdRec = (CmdI : ccQuit; Cmd2 : ccselect; tekst : 'T'; Cmd3 : ccselect);var W : RawWindow;

f : file of Real;i,t : integer;Ml : Real;

t(8pagina 54

Analyse van de blok -en wigretractometer

beginif (not InitKlaar) then PORTIS309]:=S80; {Hoofdschakelaar aan}if (URBlok=True) and (not InitKlaar) thenbegin

{Blok initialisatie}Bloklnitialisatie(MenuColors,SO); {OPRO}InitKlaar:=True;

end;ifURBlok or UR.Wig or UR.Edlen thenbegin

i:=I;assign(f,'c:\refract\'+UR.FileOpslag+'.rfr'); rewrite(t);t:=URAantaIMetingen;repeat

EindTijd:=CurrentTime+UR.lnterva!;if (UR.Edlen = True) and (i=i) and (UR.Blok = False) thenbegin

PORTIS309]:=S98; {Aanzetten C02-meter met pompje en openen K4}delay(60000);

end;ifUR.Edlen = True then EdlenMeting(ER,i);ifURWig = True then WigMeting(WM,WT,Mi,i,UR.WigLengte);ifUR.Blok = True then BlokMeting(BR,i,UR.BlokLengte,SO);t=t-i;write(f,ERli].Temperatuur,ER[i].Druk,ER[i].C02,ER[i].F,ER[i].N,WM[i],WT[i],

BR[i].LuchtTempln,BR[i].LuchtTempUiI,BR[i].BlokTemp,BR[i].N);i:=i+l;M.ProcessAutoPilot(Commando,4); {OPRO}while (CurrentTime <= EindTijd) and (not uitMenu) and (1)0) dobegin

if KeyPressed then if ReadKey= Char(l3) then uitMenu:=True;end;

until (1=0) or uitMenu;close(t);uitMenu:=False;for i:= i to 100 dobegin

with ER[i] dobegin

Temperatuur:=O; Druk:=O; C02:=0; F:=O; N:=O;end;with BR[i] dobegin

LuchtTempln:=O; LuchtTempUit=O; BiokTemp:=O; N:=O;end;WM[i]:=O; WT[i]:=O;

end;endeise M.Process; {OPRO}

end;

procedure N23(Filenaam : string);var f : file of rea!;

g,i : text;w,k : rea!;t : char;n,i,d : integer;

beginassign(f,'c:\refract\'+Filenaam+'.rfr');assign(g,'c:\refractINbody.ps');reset{t);reset{g);i:=I; n:=i; d:=O;k:=FileSize(t)/II;whiie n <= k dobegin

assign(l,'c:\refractINtot'+Long2Str(i)+'.ps'); rewrite(l);while i·40/n >= 1 dobegin

read(g,t);while t <> '&' do begin write(l,t); read(g,t) end;ifn <= k then write(I,TrimSpaces(ReaI2Str(n,2,O»);read(g,t);while t <> '&' do begin write(l,t); read(g,t); end;ifn <= k then begin seek(f,d+4); read(f,w); write(l,Rea12Str(w,IO,8»; end;read(g,t);while t <> '&' do begin write(l,t); read(g,t); end;ifn <= k then begin seek(f,d+10); read(f,w); write(I,Rea!2Str(w, 10,8»; end;read(g,t);while t <> '&' do begin write(l,t); read(g,t); end;ifn <= k then begin seek(f,d+5); read(f,w); write(i,Reai2Str(w,IO,8»; end;d:=d+lI; n:=o+I;

end;

t~

Bmage VII

pagina 55

Analyse van de blok -en wigrefractometer Bijlage VII

while not eoftg) do begin read(g,t); write(l,t); end;close(I); reset(g);i:=i+l;

end;close(g); close(f);M.Process;

end;{OPRO}

procedure Edlen24(Filenaam : string); {AUe overeenkomstige regels met de procedure N23 zijn achterwege gelaten}begin

assign(f,'c:\refractl'+Filenaam+'.rfr');assign(g,'c:\refractlEdlbody.ps');begin

assign(I,'c:\refractlEdltot'+Long2Str(i)+'.ps'); rewrite(l);while i'40/n >= 1 dobeginifn <= k then begin seek(f,d); read(f,w); write(I,Real2Str(w,5,2»; end;if n <= k then begin seek(f,d+ I); read(f,wI; write(I,Real2Str(w,7,3»; end;ifn <= k then begin seek(f,d+2); read(f,w);ifn <= k then begin seek(f,d+3); read(f,w);ifn <= k then begin seek(f,d+4); read(f,w);

end;end;

end;

procedure Blok28(Filenaam : string); {AUe overeenkomstige regels met de procedure N23 zijn achterwege gelaten}begin

assign(f,'c:\refractl'+Filenaam+'.rfr');assign(g,'c:\refractlBlokbody.ps');begin

assign(I,'c:\refractlBloktot'+Long2Str(i)+'.ps'); rewrite(I);beginifn <~ k then begin seek(f,d+7); read(f,w); write(I,ReaI2Str(w,5,2»; end;ifn <= k then begin seek(f,d+8); read(f,w); write(I,Real2Str(w,5,2»; end;ifn <= k then begin seek(f,d+9); read(f,w); write(l,ReaI2Str(w,5,2»; end;ifn <= k then begin seek(f,d+4); read(f,w); write(l,ReaI2Str(w,IO,8»; end;

end;end;

end;

{OPRO}

{OPRO}

{OPRO}{OPRO}

{OPRO}{OPRO}{OPRO}{OPRO}

ShowMouse;{enable mouse support}EntryCommands.cpOptionsOn(cpEnableMouse);

end;Status := InitEntryScreen7(ES7, UR, MenuColors);if Status <> 0 then begin

WriteLn('Error initializing entry screen: " Status);Halt(l);

end;ES 7.Process;ES7.Erase;ES7.Done;M.Redraw;BerekenKalibratie(Lengte,Lg,SI,UR.FileVerwerk,UR.Aanblok);assign(f,'c:\refractl'+Filenaam+'.rfr');assign(g,'c:\refractIKalbody.ps');begin

assign(l,'c:\refractIKaltot'+Long2Str(i)+'.ps'); rewrite(I);read(g,t);while t <> '&' do begin write(l,t); read(g,t) end;write(I,UR.Voor);read(g,t);while t <> '&' do begin write(l,t); read(g,t); end;write(I,UR.Door);read(g,t);while t <> '&' do begin write(l,t); read(g,t); end;write(l,DateToDateString('ddimm/yyyy',UR.Datum»;read(g,t);while t <> '&' do begin write(l,t); read(g,t); end;ifUR.AanBlok = True then write(l,'Aan Blokrefractometer')

else write(I,'Aan Edlen-formule');

procedure Ka125(Filenaam : string);var Lg,SI : real;

Lengte : RealArray;beginif MouseInstalled then

with MenuColors do begin{activate mouse cursor}SoftMouseCursor($OOOO, (ColorMono(MouseColor, MouseMono) shI 8)+

Byte(MouseChar»; {OPRO){OPRO}

read(g,t);

t(8pagina 56


while t <> '&' do begin writeQ,t); read(g,t); end;write(l,TrlmSpaces(Real2Str(k,2,O)));while i'25/n >= I dobegin

read(g,t);while t <> '&' do begin write(l,t); read(g,t); end;if n<=k then write(l,TrimSpaces(ReaI2Str(n,2,O)));read(g,t);while t <> '&' do begin write(l,t); read(g,t); end;if (n<=k) and (UR.Aanblok=True) thenbegin

seek(f,d+ 10); read(f,w); write(I,Real2Str(w,IO,8»;endelse if (n<=k) thenbegin

seek(f,d+4); read(f,w); write(I,ReaI2Str(w,IO,8»;end;read(g,t);while t <> '&' do begin write(I,t); read(g,t); end;ifn<=k then write(I,Real2Str(1000'Lengte[nl,7,4»;d:=d+11; n:=n+l;

end;read(g,t);while t <> '&' do begin write(l,t); read(g,t); end;write(I,ReaI2Str(I000'Lg,7,4»;read(g,t);while t <> '&' do begin write(l,t); read(g,t); end;write(I,ReaI2Str(IOOO'SI,6,4»;while not eof(g) do begin read(g,t); write(l,t); end;close(l); reset(g);i:=i+l;

end;close(g); close(f);

end;

Bijlage VII

* procedure InitUR (Initialisatie Userrecord):

In deze procedure zijn de default instellingen van de refractometeropstelling vastgelegd. Bij het

opstarten van het programma zijn deze instellingen onder de verschillende menu-items te vinden,

waarbij ze afhankelijk van de wensen van de gebruiker kunnen worden ingesteld.

* procedure StaTt13:

Deze procedure zorgt voor het aanroepen van de verschillende onderdelen en het rangschikken van de

meetwaarden. Hieronder voIgt de verklaring van de source code:

Ais de initialisatie niet klaar is, dus aan de voorwaarde (not InitKlaar) voldaan is, wordt

PORT[$309]=PB gelijk aan $80 = 10000000. Oftewel PB? wordt hoog, wat overeenkomt met het

aanzetten van de hoofdschakelaar.

AIle informatie die de gebruiker bij de verschillende menu-items invoert wordt verzameld in het

USERRECORD (UR). Indien bij het menu-item METING, "Blok J" geactiveerd wordt dan geldt

(UR.Blok=True). Als tevens geldt (not Initklaar) dan wordt de procedure Bloklnitialisatie in het

programma BESTUUR.PAS opgestart. Bij beeindiging van deze procedure wordt (not Initklaar) True,

zodat wordt aangegeven dat de initialisatie is afgerond. Ais een van de drie type metingen wordt

geselecteerd dan zal een van de volgende expressies UR.Blok, UR.Wig ofUR.Edlen True zijn wat tot

gevolg heeft dat het eigenlijke meetprogramma wordt opgestart. De variabel (i) is een teller die het

aantal gerealiseerde metingen bijhoud en (t) is een standaardfile in de directory REFRACT, die bij

elke meetcyclus wordt herschreven. De variabele (t) staat voor het aantal nog te verrichten metingen

en is bij aanvang uiteraard gelijk aan het aantal opgegeven metingen. De "Eindtijd" wordt gelijk aan

t(8pagina 57

Analyse van de blok -en wigrefractorneter Biilage VII

de huidige tijd plus het opgegeven tijdsinterval. Bij een Edlen-meting wordt PB gelijk aan $98 =

10011000, dus de uitgangen PB7 (hoofdschakelaar), PB4 (COz-meter + vacuiimpomp) en PB3 (klep4)

worden hoog en i.v.m. de meetsnelheid van een aantal componenten is een vertraging van 1 minuut

ingebracht. Ais voor een Edlen-meting wordt gekozen dan zal de procedure EdlenMeting uit de unit

BESTUUR.PAS worden opgestart. De variabelen (ER, i) hebben betrekking op de volgende groothe

den: i = het nummer van de meting

ER[i].Temperatuur =temperatuur behorend bij meting i

ER[i].Druk = luchtdruk behorend bij meting i

ER[i].COz=COz-gehalte behorend bij meting i

ER[i].F = luchtvochtigheid behorend bij meting i

ER[i].N = brekingsindex volgens Edlen behorend bij meting i

Ais voor een wig-meting wordt gekozen, dan zal de procedure WigMeting uit de unit BESTUUR.PAS

worden opgestart. De variabelen (WM, WT, Ml, i, UR.Wiglengte) hebben betrekking op de volgende

grootheden: i = het nummer van de meting

WT[i] = telpulsenverschil behorend bij meting i

WM[i] = brekingsindex volgens de wigrefractometer

Ml = het aantal telpulsen van de interne receiver

UR.Wiglengte = de opgegeven wiglengte

Ais voor de blok-meting wordt gekozen, dan zal de procedure BlokMeting uit de unit BESTUUR.PAS

worden opgestart. De variabelen (BR, i, UR.BlokLengte, SO) hebben betrekking op de volgende

grootheden: i = het nummer van de meting

BR[i].LuchtTempln = temperatuur van de ingaande lucht

BR[i].LuchtTempUit = temperatuur van de uitgaande lucht

BR[i].BlokTemp = temperatuur van het aluminium blok

BR[i].N = brekingsindex volgens de blokrefractometer

UR.Bloklengte = de opgegeven bloklengte

SO = het aantal telpulsen van de externe receiver

Elke keer als een meting verricht is, wordt het aantal nog te verrichten metingen verminderd met een (t

:= t-l). Daarna worden de verzamelde gegevens achter elkaar in een file (f) geschreven, zodat het

aantal gerealiseerde metingen verhoogd kan worden met een (i := i+1). Zolang het meetinterval nog

niet is verlopen en aan de voorwaarde "not Uitmenu" en "t> 0" (dus er moet nog minimaal een meting

worden verricht) voldaan is, kan de meetcyclus worden afgesloten door op toets Char(13) te drukken.

Ais dit is gebeurt wordt file (f) gesloten. Met behulp van de laatste loop binnen deze procedure wordt

ervoor gezorgd, dat aile resterende i-waarden tussen 100 en het aantal gerealiseerde metingen (ER[i])

worden opgevuld met de waarde nul.

tiB pagina 58

Analyse van de blok -en wigrefractometer Bijlage VII

* procedure N23. Edlen24. Blok 28 en Ka125:

Aileen procedure N23 zal nader worden toegelicht, omdat bovenstaande files grote overeenkomsten

vertonen. Het principe van aIle 4 de procedures is erop gebaseerd dat aile gegevens die tijdens de

metingen in file (f) zijn verzameld worden weggeschreven in een standaardfile. Deze standaardfiles

zijn voorzien van &-tekens, die sequentieel worden omgezet in de betreffende meetwaarden of een nul

voor de plaatsen waar geen meting heeft plaatsgevonden. Hieronder voIgt een overzicht van elke

standaardfile met de bijbehorende procedure.

tabel VII. 1: De 4 standaardfiles.

I Procedure I Standaardfile I Gegevens IN23 Nbody.ps Brekingsindex-waarden

Edlen24 Edlbody.ps Edlen-parameters

Blok28 Blokbody.ps Blok-parameters

Kal25 Kalbody.ps Kalibratie-rapport

Deze files zijn aangemaakt in Word Perfect en geconverteerd naar Postcript-formaat, zodat ze als

printfile dienst kunnen doen. Voor de volledigheid zijn bovenstaande PS-files weergegeven in respec

tievelijk bijlage XI, XII, XIII en XIV.

Procedure N23:

De ingevoerde filenaam wordt toegekend aan file (f) en de standaardfile aan (g), daama wordt bij

beide files de beginpositie geselecteerd m.b.v. "reset (..)". Per ingevoerde filenaam worden in file (f)

SEQUENTIEEL 11 gegevens ingelezen, namelijk: 0 ~ ER[i].Temperatuur

1 ~ ER[i].Druk

2 ~ ER[i].C02

3 ~ ER[i].F

4 ~ ER[i].N

5 ~ WM[i]

6 ~ WT[i]

7 ~ BR[i].LuchtTempIn

8 ~ BR[i].LuchtTempUit

9 ~ BR[i].BlokTemp

10 ~ BR[i].N

Met behulp van de variabele K wordt het totaal aantal metingen weergegeven, dat overeenkomt met

het aantal regels wat in de standaardfile zal worden overschreven. De file (1) wordt toegekend om als

uiteindelijke printfile dienst te doen. Deze file is terug te vinden onder de standaard naam Ntotl.ps in

tl8 pagina 59

Analyse van de blok -en wigrefractometer Biilage VII

de directory C:/REFRACT. Ais er meer dan 40 metingen zijn gedaan zal er een tweede file worden

aangemaakt met de naam Ntot2.ps. De variabele (n) is een teller die, elke keer als de gegevens zijn

weggeschreven, met 1 wordt verhoogd. De variabele (d) komt overeen met de positie waar de gewens

te informatie is genoteerd en omdat aIle gegevens als een grote rij getallen wordt weggeschreven is het

verband tussen n en d: n = 1 ~ d = d

n=2 ~ d=d+ll

n=3 ~ d=d+22

Zolang (t) ongelijk is aan een positie met een &-teken wordt begonnen met het lezen van file (g) en

het schrijven van file (I) (de eerste regel bestaat dus enkel uit spaties). Ais n kleiner of gelijk is aan k

wordt op de volgende regel, als eerste item, het nummer van de meting weergegeven. De overige

ruimte wordt opgevuld met spaties, totdat opnieuw een &-teken wordt gesignaleerd. In dit geval wordt

positie (d+4) van file (t), overeenkomstig met ER[i].N, gelezen en geschreven in file (I). Op deze

manier worden respectievelijk ook positie (d+10) = BR[i].N en positie (d+5) = WM[i] ingelezen,

waama de tweede regel is gevormd. Voor de overige regels van de data file gebeurt hetzelfde, totdat

aIle meetwaarden zijn verwerkt (n = k). Indien dan nog &-tekens openblijven (EOF(g)), worden deze

opgevuld met de waarden O. Ais aIle meetwaarden zijn verzameld, worden de beide files (t) en (g)

afgesloten.

t(8pagina60


BIJLAGEvm

unit: BESTUUR.PAS

Bijlage VIII

Deze unit wordt aangeroepen via het hoofdprogramma en zorgt ervoor dat alle aansturingen m.b.t. de

refractometeropstelling werkelijk worden uitgevoerd. Ook wordt in deze unit de rowe meetdata, in de

vorm van telpulsen, ingelezen, waama de omzetting naar de brekingsindex eenvoudig kan plaatsvin

den. Voor elk type meting is een speciale procedure geschreven, waarbij voor de blokrefractometer

een extra functie is aangemaakt ten behoeve van de initialisatie.

unit BESTUUR;

interface

usesOpCrt,OpWindow,OpString,EDLEN,ASYNC4U,SCHERMl,HPLASER;

const Golflengte=632.991354e-9 {Goillengte in [m] voor HP 5519A};

typeEdlenRecord =record

Temperatuur : Real;Druk : Real;C02 : Real;F : Real;N : Real;

end;BlokRecord =record

LuchtTempln : Real;LuchtTempUit : Real;BlokTemp : Real;N : Real;

end;EdlenRecordArray = array[ 1..80] of EdlenRecord;BlokRecordArray = array[1..80] ofBlokRecord;RealArray = array[1..80] of Real;

function Pirani:lnteger;

procedure Bloklnitialisatie(var MenuColors : ColorSet; var SO : real);

procedure EdlenMeting(var ER : EdlenRecordArray; i : integer);

procedure WigMeting(var WM.WT : RealArray; var Ml : Real;i : integer; WigLengte : Real);

procedure BlokMeting(var BR : BlokRecordArray; i : integer; BlokLengte,SO : Real);

procedure BerekenKalibratie(var L . RealArray; var Lg, SI : Real; Filenaarn : string; Keuze : Boolean);

implementation

function Pirani:lnteger;begin

Piraru:=PORT[S302]+256'(PORT[S303] and SF);end;

procedure Bloklnirialisalie(var MenuColors : ColorSet; var SO : real);var vacuumdigitaal,i : integer;

S,Svorig : Longint;SE : real;W : RawWindow;

begin

tLB pagina 61


{Voorbereidend werk blokrefractometer}PORT[S309]:=S81; {Hoofdschakelaar in, klep I open}{Testen ofdoseerklep dicht is, zo niet: alsnog slniten}if(PORT[S30A] and 1)=1 thenbegin

Venster(W,MenuColors,'Sluiten kraan');W.Draw;{Aanzetten motor t.b.v. dichtdraaien doseerklep}PORT[S300):=SFF; PORT[S301]:=SOF; {-IO volt = -45 volt}while (PORT[$30A] and 1)=1 do;PORT[S300]:=SOO; PORT[S301]:=S08; {O volt = 0 volt}

endelsebegin

Venster(W,MenuColors,'Vacuum pompen');W.Draw;

end;W.wFastText('Vacuum pompen',3,1);PORT[S309]:=S83; {Hoofdschakelaar in, klep I en 2 open}delay(I0000);{Wachten tot vacuum heerst}repeat

vacuumdigitaal:=Pirani;W.wFastText('Vacuum: '+Long2Str(vacuumdigitaal)+' ',3,1);delay(10000);

until (vacuumdigitaal<200); {vacuumdruk = 9.5 [Pall{Reset laser}InitLaser(Ext_Receiver);PORT[S309):=S89; {Klep I en 4 open, overige dicht}delay(2000);ResetLaser(Ext_Receiver);ExtendedLaserMeting(Ext_Receiver,SO);{Aanzetten motor t.b.v. opendraaien doseerklep}PORT[S300):=SOO; PORT[S301]:400; {HO volt = +45 volt}LaserMeting(Ext_Receiver,S);while S<IOOO dobegin

delay(1000);LaserMeting(Ext_Receiver,S);W.wFastText(Telpulsen: '+Long2Str(S)+' ',3,1);

end;PORT[S300]:=SOO; PORT[S30I):=S08; {O volt = 0 volt}{Doseerklep open laten en wachten tot meetkanaal op I bar is}LaserMeting(Ext_Receiver,S); Svorig:=O;while S>Svorig dobegin

delay(1000);Svorig:=S;LaserMeting(Ext_Receiver,S);W.wFastText(Telpulsen: '+Long2Str(S)+' ',3,1);

end;{Doseerkraan helemaal openen}PORT[S300):=SOO; PORT[S301]:=SOO; {+IO volt = +45 volt}while (PORT[S30A] and 2)=2 dobegin

delay(1000);LaserMeting(Ext_Receiver,S);W.wFastText(Telpulsen: '+Long2Str(S)+' ',3,1);

end;PORT[S300]:=SOO; PORT[$301]:=S08; {O volt = 0 volt}delay(2000);PORT[S309):=S8D; {Klep 1,3 en 4 open, overige dicht}LaserMeting(Ext_Receiver,S);W.wFastText(Telpulsen: '+Long2Str(S)+' ',3,1);delay(2000);PORT[S309):=S85; {Klep I en 3 open, overige dicht}LaserMeting(Ext_Receiver,S);W.wFastText(Telpulsen: '+Long2Str(S)+' ',3,1);delay(2000);PORT[$309]:=S95; {Klep I en 3 open, pompje aan}{Wachten tot meetkanaal helemaal doorspoeld is}for i:=1 to 60 dobegin

LaserMeting(Ext_Receiver,S);W.wFastText(Telpulsen: '+Long2Str(S)+' ',3,1);delay(4000);

end;W.Erase;W.Done;

end;

t(8

Bmage VIII

pagina 62


procedure EdlenMeting(var ER : EdIenRecordArray; i : integer);var Tom,Tn,Td,Tc,O : Real;begin

{Edlen-meting uitvoeren}ER[i].Oruk:=Oruk+15/133.322; {Iniezen druk in mm Hg en correctie NMI}ER[i].C02:=C02; {Iniezen C02-gehalte in ppm}{Inlezen Tom, Tnat en Tdroog}Tom:=Temp(I); Tn:=Temp(2); Td:=Temp(3);{Berekenen correctie temperatuur + berekenen waterdampdruk}Tc:=4.194839+0.42418995*Tn+3.308136e-3*SQR(Tn)+4.412944e-4*SQR(Tn)*Tn;ER[i].F:=(Tc-0.5*(Td-Tn))*133.322; {Meetresultaat onbetrouwbaar >>> controleren!!}ER[i].F:=1070; {Meten met droge/natte bol thermometer}ER[i].Temperatuur:=Tom;0:=0.27651756e-3*(1+0.54E-6*(ER[i].C02-300»;ER[i].N:= I+0*0.104127E-4*133.322*ER[i].0ruk/( I+0.367IE-2*ER[i].Temperatuur)-0.36353E-9*ER[i].F;

end;

procedure WigMeting(var WM,WT : RealArray; var M I: Real; i : integer; WigLengte : Real);var L,H,Mtot,M :Real;

t,k,status :Integer;stop,dalen :Boolean;

begin{Wigmeting uitvoeren}sound(200); delay(IOOO); nosound; {Signaal voor starten wig}status:=PORT[$309];PORT[$309];~status+$40;{Starten motor}InitLaser(lnt_Receiver);ResetLaser(lnt_Receiver);L:~le8; H:=-le8; M;=O;{Startpositie innemen}stop:=FALSE; dalen:=TRUE;ifi=1 thenbegin

while not stop do beginExtendedLasermeting(lnt_Receiver,M);de1ay(400);ExtendedLasermeting(lnt_Receiver,M I);if (M I>M) then dalen:=FALSE;if(dalen=FALSE) and (MI<M) then stop:=TRUE;

end;delay(IOOO);

end;ExtendedLasermeting(lnt_Receiver,M I);stop;=FALSE; dalen;=TRUE;{Telkens opnieuw 50 metingen middelen en uit deze rij van}{gemidde1de metingen de laagste en hoogste waarde bewaren}while not stop dobegin

k=O; Mtot:=O;{50 metingen uitvoeren en vervolgens middelen. Ouur: ongeveer 70 msec}while k<50 dobegin

ExtendedLaserMeting(Int_Receiver,M);Mtot:=Mtot+M;k:=k+l;

end;Mtot:=Mtot/50;ifMtot<L then L;=Mtot;ifMtot>H then H:=Mtot;if (Mtot>MI) then dalen:=FALSE;if (dalen=FALSE) and (Mtot<MI) then stop;=TRUE;

end;PORT[$309];=status; {Stoppen motor}sound(200); de1ay(IOOO); nosound;WT[i]:=H-L+3.2; {De waarde 3.2 is een correctie voor de glasinvloeden}WM[i]:= I+(WT[i]*Golllengte)/(128*WigLengte*1e-3);

end;

procedure BlokMeting(var BR ; BlokRecordArray; i ; integer; BlokLengte,SO : Real);const dn_dT~9.173ge-7; {[11K] C=400 ppm; p=lOe5 Pa; T=20.00 C}

dn_dp=1.286e-9; {[llPa] Geld rond p=0 [Pal, zie verslag B. vd Pasch}var S, Tgem, Tom, Vacuumdruk, VacuumCorrectie :Real;

Vacuumdigitaal ;Integer;begin

{Blok-meting uitvoeren}{De berekende brekingsindex is aangepast aan de omgevingstemperatuur!}{De aanpassing vindt plaats midde1s dn/dT van de Edlen-formule}{Er vindt bovendien correctie plaats voor de mate van het vacuum}Tom:=Temp(I);BR[i].LuchtTempln:=Temp(4);BR[i].LuchtTempUit:=Temp(5);BR[i].BlokTemp;=Temp(6);

t(8

Biilage VIII

pagina 63


Vacuurndigitaal:=Pirani; {Inlezen druk in referentiekanalen}Vacuurndruk:~(I.23e-3-1.31e-3*Vacuurndigitaai+ 1.37e-S*sqr(Vacuurndigitaai)-2.7e-S*Vacuumdigitaal*sqr(Vacuurndigitaal»*133.322;VacuurnCorrectie:=dn_dp*Vacuurndruk; {Correctie voor restdruk in referentiekanalen}ExtendedLaserMeting(Ext_Receiver,S);Tgem:=(BR[i].LucbtTempln+BR[i].LucbtTempUit)l2;BlokLengte:=(1+2.4e-S*(BR[i].BlokTemp-20»*BlokLengte;BR[i].N:=I+(S-SO)*Golflengtel(12S*BlokLengte*le-3)+dn_dT*(Tom-Tgem)+VacuurnCorrectie;

end;

procedure BerekenKalibratie(var L RealArray; var Lg, SI : Real; Filenaam : string; Keuze : Boolean);var f : file of Real;

i,b,t : integer;K,N : real;

beginassign(f, 'c:\refract\'+Filenaam+'.rfr');reset(f); i:~O; 1:=1; Lg:=O; SI:=O;if Keuze ~ True then b:=IO else h:=4;repeat

seek(f,i+6); read(f,K); seek(f,i+h); read(f,N);L[t]:=K*Golflengte/(12S*(N-I»; Lg:=Lg+L(t];i:=i+ll; l:=t+l; seek(f,i+IO);

until eof(f); c1ose(f);Lg:=Lg/(t-1);for i:= I to t-I do SI:=SI+sqr(L(i]-Lg);SI:~sqrt(SV(t-1»;

end;

end.

Bijlage VIII

* functie Pirani:

De Pirani vacuiimdrukmeter is aangesloten op de 12 bits analoge ingang CHI van de DASCON-I

kaart. De bijbehorende adressen van dit kanaal zijn $302 voor het Lo-byte en $303 voor het Hi-byte

(zie tabel V.l). Dit Hi-byte is geen echt byte, want het bevat slechts 4 significante informatie bits. Om

deze vier bits te selecteren is de volgende constructie bedacht "PORT[$303] and $F", dit komt overeen

met PORT[$303] maal 00001111. Deze laatste vier bits zijn echter weI de meest significante bits,

vandaar dat het geheel nog met 256 (2S) wordt vermenigvuldigd.

* procedure Bloklnitialisatie:

"PORT[$309]:=$81" Het adres van poort PB wordt voorzien van $81 = 10000001, dus PB7 (=hoofd

schakelaar) en PBO (=klep 1) worden hoog. De doseerklep met het bijbehorende eindstandmelderadres

$30A is open bij 0010 (PC I hoog) en dicht bij 0001 (PCO hoog). Het bovenstaande programma om de

doseerklep te sluiten wordt gestart indien aan de voorwaarde "(PORT[$30A] and 1)=1" wordt voldaan,

dus indien op adres $30A de code 0010 staat (op het beeldscherm verschijnt "Sluiten kraan"). De

motor wordt aangezet door poort CHO Lo te bekrachtigen met de binaire code 11111111 = $FF en

poort CHO Hi te bekrachtigen met 1111 = $OF, wat overeenkomt met -10V. Deze laatste waarde komt

na signaal aanpassing overeen met -45V. Als gesignaleerd wordt dat de klep dicht is, worden de

stuursignalen verbroken door ze binair overeenkomstig 0 Volt te maken (zie tabel V.3). Als de doseer

klep dicht is, wordt op het beeldscherm aangegeven dat wordt begonnen met vacuiimpompen. Om de

hoofdschakelaar, klep len klep 2 geactiveerd te krijgen wordt "PORT[$309]:=$83" (= 10000011). Nu

moet gewacht worden tot de blok voldoende vacuiim getrokken is. De status van het vacuiim is op het

scherm te zien als een aflopende teller (vacuiimdigitaal), waarbij de waarde 200 een omslagpunt is.

Indien de digitale teller beneden deze waarde komt, is de blok voldoende vacuiim om met de beluch

ting van het meetkanaal te kunnen beginnen. De beluchting wordt gestart via de procedure Initlaser uit

de unit HPLASER.PAS. De poort PB wordt dan gelijk gemaakt aan $89 = 10001001, dus PB7,

t(8pagina64

Analyse van de blok -en wigrefractometer Bijlage VIII

PB3 (= klep 4) en PBO worden hoog. Hierna worden de procedures Resetlaser en ExtendedLaserMe

ting, ook uit deze unit, doorlopen. Tijdens deze meting wordt het aantal telpulsen in de vacuumtoe

stand (SO) bepaald. Verderop in het programma zal het aantal telpulsen tijdens beluchten (S) worden

bepaald, zodat naderhand uit dit verschil (S-SO) de brekingsindex kan worden bepaald. Ret open

draaien van de doseerklep, om te kunnen beluchten, geschiedt dankzij een grote overbrengingsverhou

ding, zeer langzaam. Dit gebeurt op deze wijze, omdat het telsysteem het aantal telpulsen moet kunnen

volgen ter voorkoming van overflow. Ais de doseerklep volledig wordt opengedraaid m.b.v.

"PORT[$300]:=$00 en PORT[$301]:=00", zorgt de procedure Lasermeting (Ext_Receiver,S), uit de

unit HPLASER.PAS, ervoor dat het telpulsenverloop wordt geregistreerd.

Om een nauwkeurige meting te kunnen doen, moet bekend zijn hoeveel telpulsen zijn opgetreden van

vacuum tot beluchte toestand. Zolang het aantal telpulsen (S) kleiner is als 1000 zal elke 1000 [ms]

een meting worden verricht, waarbij het totaal aantal telpulsen wordt bepaald. Als het aantal van 1000

telpulsen is bereikt, wordt de bekrachtiging van de doseerklep beeindigd (OV). De doseerklep staat nu

zover open dat het meetkanaal op evenwichtige wijze op atmosferische druk kan komen. Met de

voorwaarde ItS > Svorig" wordt een manier gecreeerd om te kunnen zien in hoeverre het meetkanaal

nog niet op atmosferische druk is gekomen. Ret programma zal dus in deze while-loop blijven hangen,

totdat aan deze voorwaarde is voldaan. Ais de atmosferische druk in het meetkanaal is bereikt, wordt

de doseerkraan helemaal open gezet. Dit gebeurt door de doseerkraan te bekrachtigen met +IOV,

totdat de eindstandmelder open registreert. In Turbo Pascal op de volgende wijze uitgevoerd: "while

(PORT[$30A] and 2) = 2" , dus while (PORT[$30A] and 0010) = 0010 oftewel de bekrachtiging stopt

indien poort PC 1 hoog is.

"PORT[$309]:=$8D", de poort PB wordt voorzien van de volgende binairecode, $8D = 10001101,

dus PB7, PB3, PB2 (= klep 3) en PBO zijn hoog. Daarna wordt klep 4 gesloten door $85 = 10000101,

zodat met het aanzuigen van de geconditioneerde lucht door het meetkanaal kan worden begonnen.

Ret aanzuigen gebeurt door poort PB te voorzien van de volgende code $95 = 10010101, dus ook PB4

(= CO2-pompje) hoog. Gedurende het aansturen van de verschillende componenten gaat het meten van

de telpulsen uiteraard verder, met als afronding van de initialisatiecyc1us het doorspoelen van het

meetkanaal met geconditioneerde lucht (i:=i to 60).

* procedure EdlenMeting:

De procedure EdlenMeting maakt gebruik van functies uit de unit EDLEN.PAS en wordt aangeroepen

vanuit het hoofdprogramma TOTAAL.PAS. Bij de bepaling van de verschillende parameters, zoals de

druk en de temperatuur wordt gebruik gemaakt van verschillende correctiefactoren (zie [1], hfdst 7). In

deze procedure is verder ook een stukje geprogrammeerd wat het mogelijk maakt de bepaling van de

luchtvochtigheid automatisch te laten geschieden. Aangezien deze, in verband met de vereiste nauw

keurigheid, momenteel niet wordt gebruikt, wordt de luchtvochtigheid gelijk gemaakt aan 1070 Pa.

Deze waarde is bepaald met de psychrometer. Elke keer als een meetcyc1us wordt verricht dient deze

waarde gemeten en aangepast te worden. Ret is echter ook mogelijk om achteraf de waarde voor de

brekingsindex te corrigeren, dan hoeft deze unit niet elke keer opnieuw

tLB pagina65

Analyse van de blok -en wigrefractorneter Bmage VIII

gecompileerd te worden. Deze laatste methode is gedurende de onderzoeksopdracht gehanteerd. De

laatste 3 regels van de pro>cedure geven de 1988 versie van de Edlen-formule weer.

* procedure WigMeting:

De procedure WigMeting wordt aangeroepen vanuit het hoofdprogramma en maakt aIleen van de unit

HPLASER.PAS om de telpulsen in te kunnen lezen. Ais naast een wig-meting ook een blok-meting

plaatsvindt veranderd de status van poort PB voortdurend. Om twee verschillende typen metingenparallel aan elkaar te kunnen laten verlopen is daarom voor "PORT[$309]:=status + $40" gekozen.

Dus de momentane status van poort PB wordt vermeerderd met $40 = 01000000, wat inhoud dat PB6hoog wordt. Op deze manier is het mogelijk de elektromotor aan te sturen onafhankelijk van de status

van PB. De volgende regels zorgen ervoor dat de interne receiver wordt gelnitialiseerd en gereset. Omte kunnen kijken wat de beginpositie van de wig is, wordt bij de eerste meting (i=I), twee keer een

ExtendedLaserMeting gedaan (M en Ml). Uit deze twee metingen kan worden geconcludeerd of de

tellerstand toe -of afneemt, waarmee de bewegingsrichting van de wig is vastgelegd. De wig blijft

bewegen, zolang het aantal telpulsen blijft stijgen. Ais in dit geval de uiterste stand wordt doorlopen,

wordt de initialisatiecyclus gestopt en kan de eigenlijke meetcyclus beginnen. Een meetcyclus duurt

tot "STOP=FALSE" en "DALEN=TRUE". Bij een meetcyclus wordt, gedurende de meetperiode,

gemiddeld per 50 metingen. Op deze manier ontstaat een uitmiddelend effect, waarmee wordt voor

komen dat uitschieters het verschil in aantal telpulsen bepalen. Tijdens deze cyclus wordt het laagste

(L) en het hoogste (H) gemiddelde bepaald, waarvan het verschil (WT[iD uiteindelijk leidt tot een

waarde voor de brekingsindex. Voordat de uiteindelijke brekingsindex (WM[iD wordt bepaald, wordt

eerst de motor stil gezet door PORT[$309] weer de oorspronkelijke status te geven, oftewel PB6 laag

te maken.

* procedure BlokMeting:

Bij een blok-meting wordt gecompenseerd voor temperatuursinvloeden en voor het niet volledig

vacuum zijn van de referentiekanalen. Dit gebeurt m.b.v. de factoren: dn_dT = -9.173ge-7dn_dp = 1.286e-9

N.B. De laatste correctiefaktor is bepaald m.b.v. de oude blokrefractometer, die 1 cm langer was en

uit een tripel i.p.v. een vlakke spiegel bestond. Aangezien deze correctiefaktor toen voor een

relatief groot werkgebied (zie [6D is bepaald, is het verstandig om deze factor opnieuw tebepalen.

De benodigde temperatuurmetingen worden uitgevoerd door een speciale temperatuurskast (ur.

6041066-29). Deze kast bevat een display waarop wordt aangegeven, wat de temperatuur is bij een

bepaalde sensor (voor een overzicht van de temperaturen met bijbehorende sensor, zie tabel IV.l). Degemeten temperaturen worden door de 8255 I/O PC-kaart ingelezen, waarna ze worden bewerkt door

de besturingssoftware. Om de vacuumdruk in de referentiekanalen te kunnen bepalen moet de digitalewaarde "Vacuumdigitaal" van de AID-convertor via de vermelde (zie de source-code en/of[ID

t(8 pagina 66

Analyse van de blok -en wigrefractorneter Bmage VIII

formule worden omgezet. Als dit gebeurt is kan de correctie voor de restdruk plaatsvinden m.b.v.

bovenstaande factor. Nu de temperaturen en de gecorrigeerde vacuUmdruk zijn bepaald kan de

eigenlijke meting beginnen. Bij de bepaling van de brekingsindex a.d.h.v. S en SO wordt ook gecorri

geerd voor de bloklengte, want deze zal varieren t.g.v. uitzettingsverschijnselen van het aluminium.

De variabele S geeft het totaal aantal telpulsen weer, want het is de resultante waarde van de blok

initialisatie. De situatie, waarbij het referentie -en het meetkanaal allebei "vacuUm" zijn, voordat de

doseerklep wordt opengedraaid, komt overeen met SO. De uiteindelijke brekingsindexwaarde (BR[i])

wordt dus gevormd uit de standaard formule inclusief een correctie van de bloklengte, de luchttempe

raturen en het niet volledig vacuUm zijn van de referentiekanalen.

* procedure BerekenKalihratie:

Bij deze procedure wordt een file (t) aangemaakt, waarin de kalibratie gegevens van de wigrefracto

meter staan. Dit kalibratie-rapport kan worden gegenereerd op basis van de blokrefractormeter (h:=10)

of de Edlen-formule (h:=4). De keuze kan worden gemaakt in het menu van het hoofdprogramma,

door bij menu-item KALIBRATIE te kiezen voor AAN BLOK of AAN EDLEN. Voor beide kalibra

tie-methoden geldt dat eerst het aantal telpulsen (WT[i]) moet worden ingelezen. Dit gebeurt m.b.v.

"seek(f, i+6); read(f, K)", i+6 duidt aan dat de 6" parameter, eventueel gesommeerd met een veelvoud

van 11, uit de rij van data wordt geselecteerd. De volgende stap is op gelijke wijze de 10" parameter

(BR[i].N) en de 4" parameter selecteren. Het inlezen van de vereiste waarden gebeurt, zolang niet aan

de voorwaarde EOF(t) is voldaan. Bij de verwerking van elke meting wordt a.d.h.v. het bijbehorend

aantal telpulsen, de meetlengte in vacuUm (L(t» bepaald. Deze afzonderlijke meetlengten worden

opgeteld in een teller (Lg), waarmee het mogelijk is de gemiddelde vacuUm bloklengte te bepalen.

Deze gemiddelde waarde wordt berekend door na de loop, het totaal aantal meting door (t-l) te delen

(want tis gelnitialiseerd op t=I). In de laatste 2 regels van deze procedure wordt de spreiding van de

berekende meetlengte (Sl) bepaald.

t(8pagina 67


BIJLAGEIX

EDLEN.PAS

Bijlage IX

Deze unit wordt aangeroepen vanuit de unit BESTUUR.PAS, indien een Edlen-meting wordt gedaan.

Om de brekingsindex van lucht m.b.v. de Edlen-formule te kunnen bepalen dienen 4 grootheden te

worden bepaald. Deze grootheden zijn:

De omgevingsdruk, deze wordt bepaald m.b.v. de functie Parvraag, de procedure Paropdr en

de functie Druk.

Ret CO2-gehalte, dit gebeurt door de functie C02.

De omgevingstemperatuur, dit gebeurt door de functie Temp. Bij deze functie kunnen 6

temperatuursensoren worden uitgelezen, waarvan Sl de PTIOO is m.b.t. de omgevingstempera

tuur.

Ret luchtvochtigheidsgehalte, deze grootheid kan worden berekend a.d.h.v. temperatuursensor

2 en 3. Aangezien dit nog niet tot de vereiste nauwkeurigheid van de luchtvochtigheid leidt ,

wordt momenteel de luchtvochtigheid met de Psychrometer bepaald.

UNIT edlen;

INTERFACE

USES ASYNC4U,Dos,OpCrt,OpString;

FUNCTION Parvraag(vraag:STRING):STRING;

PROCEDURE Paropdr(opdr:STRING);

FUNCTION C02:Real;

FUNCTION Druk:Real;

FUNCTION Temp(kanaal : integer):Real;

IMPLEMENTATION

FUNCTION Parvraag(vraag:STRING):STRING;{Voor het sturen van een vraag naar de drukmeter. Er moet wei eenantwoord volgen. Indien geen antwoord wordt gegeven dient men deprocedure 'Paropdr' te gebruiken. }

VAR comklaar,ingelezen,stop: BOOLEAN;letter : CHAR;antwoord,antw : STRING(30);tes!,t : INTEGER;

BEGINAsync_Init;antw:=";letter:=' '; antwoord:=";t:=I; vraag:=vraag+#13+#IO;comklaar:=Async_Open(I, 1200,'N',8, I);IF comklaar=TRUETHEN

BEGINAsync_Send_String(vraag);WHILE (Ietter<>CHAR(IO» DOBEGIN

ingelezen:=Async_Buffer_Check(letter);WHILE (ingelezen=FALSE) DO Ingelezen:=Async_Buffer_Check(letter);antwoord:=antwoord+letter;

END;WHILE t<=LENGTH(antwoord)-2 DOBEGIN

antw:=antw+antwoord[t); inc(t);END;

t(8pagina 68


Parvraag:=antw;END

ELSE Parvraag:='Communicatie niet tot stand gebrachr;Asyoc_Close;

END;

PROCEDURE Paropdr(opdr:STRING);(Voor het sturen van een opdracht waarbij geen antwoord hoeftte worden ontvangen. Men moet erop letten dat geen tweedevraaglopdracht wordt gegeven a1vorens de drukrneter de eersteheeft vorwerk!. Gebruik een DELAY. }

VAR comklaar: BOOLEAN;BEGIN

Asyoc_Init;opdr:=opdr+#13+#10;comklaar:=Asyoc_Open(I,1200,'N',8, I);if comklaar then write(comklaar);Asyoc_Send_String(opdr);Asyoc_Close;

END;

FUNCTION C02,REAL;VARA,B{,i}: BYTE;

C : WORD;volt: REAL;

BEGINA:~PORT[S300);B:=PORT[S301);C:=A+256*(B AND SF);volt:=0.0005*C;C02:=3000*volt;

END;

FUNCTION Druk:Real;VAR hI :STRING[20);

h2 :Float;BEGINhI :=Parvraag('*O 100P3');Delete(hl,I,5);if Str2Real(hl,h2)=True then Druk:=h2else Druk:=999.999;

END;

FUNCTION Temp(kanaaI : integer):Real;VAR A,B : Byte;

T : Real;BEGIN

{Kanaal keuze, not data HOLD}PORT[SIB7):=S92;PORT[SIB6):=SIO+kanaal;DELAY(8000); {Instellen temperatuur}{Wachten op data READY}WHILE (PORT[SIB5) AND 128)=128 DO;{Kanaal keuze, data HOLD}PORT[SIB6j:~kanaal;

{Inlezen BCD-waarden: PAO..PA3=0.01; PA4..PA7=0.1; PBO..PB3=1; PB4..PB7=10}A:=PORT[SIB4j; B:=PORT[SIB5);{Kanaal keuze, not data HOLD}PORT[SIB6):=SI0+kanaal;T:=IO*(B AND SFO)/I6+(B AND SOF)+O.I*(A AND SFO)/I6+0.01*(A AND SOF);{Temperatuurcorrectie doorvoeren}{O.ll erbij optellen omdat andere NEWPORT is aangesloten}CASE kanaal OF

I : Temp:=T+0.3423+0.11;2: Temp:=T+0.4217+0.11;3 : Temp:=T+0.2460+0.11;4: Temp:=T+0.0250+0.11;5 : Temp:=T+0.2757+0.11;6 : Temp:=T+0.2243+0.11;

END;END;END.

Bijlage IX

* functie Parvraag:

De functie Parvraag wordt gebruikt, zoals tussen haakjes staat vermeld, om te communiceren met de

Paroscientific omgevingsdrukmeter (Model 1016\01, serienummer: SN 39174). Er wordt eerst ge

vraagd om een drukwaarde, waarna de betreffende drukwaarde wordt verstuurt. De functie heeft als

t(8pagina 69


formele parameter een STRING en returnt als eindwaarde ook een STRING.

Bijlage IX

Voor de RS232-communicatie, met de Newport drukmeter, wordt gebruik gemaakt van de standaard

unit ASYNC4U.PAS. Door "Async_Init" worden de betreffende variabelen ge'initialiseerd en

"Async_Open (1, 1200, 'N', 8, 1)" zorgt ervoor dat een communicatie poort wordt geopend. Dit houdt

in: de COM poort wordt ge'initialiseerd en indien niet aanwezig voIgt een foutmelding, een interrupt

wordt toegewezen en er worden pointers toegewezen aan de buffer. Tussen de haakjes staan respec

tievelijk vermeld (ComPort, BaudRate, Parity, WordtSize, StopBits). Indien de poort is geopend, dus

"comklaar=TRUE", wordt een loop gestart waarin m.b.v. "Async_Send_String(vraag)" een LIST OF

STRINGS wordt verzonden. Deze LIST OF STRINGS (="vraag") bestaat in dit geval uit de actuele

parameters plus karakternummer 13 en 10. Het karakternummer #13 (CHAR (13): CR = CarriageReturn) komt overeen met vooraan beginnen op dezelfde regel, terwijl het karakternummer #10

(CHAR (10): LF = Line Feed) overeenkomt met de pijltjestoets omlaag (-!-). De combinatie van deze

twee komt dus overeen met een RETURN (.....). De verstuurde karakters moeten nu weer worden

ingelezen. Dit gebeurt zolang de variabele "letter" ongelijk is Char (10), dus zolang alle karaktersbehorend bij vraag nog niet ontvangen zijn. In deze loop wordt gekeken m.b.v. "Async_Buf

fer_Check(letter)" of de karakters worden ontvangen, is dit het geval dan wordt per karakter TRUE

geretourneerd. Hierna wordt het karakter van de buffer naar de parameter geschreven. Zolang het

karakter niet is ontvangen zal deze loop voortduren. Na ontvangst van het karakter wordt de variabele

"antwoord" aangevuld met het ontvangen karakter. Deze variabele zal uiteindelijk uit de volgende

karakters bestaan: "antwoord:= (actuele parameter) + #13". Hierna voIgt een loop om de laatste 2

karakters van de variabele "antwoord" te verwijderen. Het commando "inc(t)" (=increment t) komt

overeen met t:=t+1 en als laatste wordt het restant gelijk gemaakt aan "Parvraag". Mocht dit bovenste

niet gelukt zijn, dan verschijnt de vermelding "Communicatie niet tot stand gebracht". Met "A

sync_Close" wordt de functie afgesloten, wat ervoor zorgt dat de interrupts behorende bij de COM

poort worden gereset.

* procedure Paropdr:

Aangezien deze procedure overeenkomt met de functie Parvraag, zal deze niet verder worden toegelicht.

* functie C02:

Een CO2-meting vind plaats via de analoge ingang CHO met het adres $300 en $301. Deze adressenkomen respectievelijk overeen met het Lo -en Hi-'byte'. Hierbij is de naam van het Hi-'byte' mislei

dend, omdat dit slechts uit 4 bits bestaat. Om het CO2-gehalte te kunnen bepalen moeten dus de 8 bits

van het Lo-byte en de 4 bits van het Hi-'byte' bij elkaar worden opgeteld. Dit gebeurt op de volgende

wijze: "C:=A + 256 * (B and $F)". De factor 256 (=28) staat er vanwege het Hi-'byte' en de vermenig

vuldiging met $F (=00001111) zorgt ervoor dat de gewenste vier bits van het Hi-'byte' worden

geselecteerd. Om het werkelijke CO2-gehalte te krijgen moet dan nog worden vermenigvuldigd met

respectievelijk een factor 0.0005 en 3000. Deze factoren zijn afhankelijk van de gebruikte CO2-meter.

tLB pagina 70

Analyse van de blok -en wigrefractometer Bijlage IX

* functie Druk:

Deze functie wordt gebruikt voor het inlezen van de omgevingsdruk. Hierbij wordt de functie Par

vraag aangeroepen, waarbij de actuele parameter wordt gevormd door de LIST OF STRINGS:"*0100P3". Dit is een instrument specifieke code, die aan de drukmeter vermeld dat de momentane

drukwaarde moet worden verstuurt. Bij de functie Parvraag wordt de formele parameter "vraag"

vervangen door de actuele parameter "*0100P3#13#10". Deze LIST OF STRINGS wordt verzonden

naar de drukmeter, waarna de gewenste drukwaarde plus toevoegingen wordt geretourneerd. Deze

toevoegingen zijn voor de drukwaarde echter niet gewenst, zodat in de functie Parvraag ook een loop

is toegevoegd om deze te verwijderen. De waarde die nu resteert komt overeen met de werkelijke

drukwaarde, maar is van het type STRING. Om in de Edlen-formule met deze waarde te kunnen

rekenen moet deze worden omgezet in een REAL. Dit gebeurt met behulp van het OPRO commandoSTR2REAL (=String to Real). De STRING waarde "hi" wordt dus omgezet in eenREAL waarde, die

wordt toegekend aan h2. Als deze transformatie gelukt is dan levert de uitdrukking TRUE op, waardoor h2 gelijk wordt aan de omgevingsdruk in mmHg. Als het niet lukt, krijgt de druk de waarde

999.999 mmHg waaruit direct blijkt dat er iets mis is!!

* functie Temp:

De temperatuuruitlezing wordt volledig verzorgd door de 8255 I/O kaart, voor de adresverwijzingen

zie tabel IV.I. Het adres PORT[$IB7] komt overeen met het controle register van poort 2. Door

hieraan de hexadecimale waarde $92 = 10010010 toe te kennen wordt vastgelegd hoe deze poort is

gedefinieerd.

tabel IX.l: Definitie van het controle register.

I 1 I 0 I 0 I 1 I 0 I 0 I 1 I 0 IMode poortA poort C

set flag INPUT (upper) poortB . poort C

active OUTPUT INPUT (lower)

OUTPUTMODE SELECTION = MODE 0

Het adres PORT[$IB6] komt overeen met de read/write buffer van poort 2C, hiermee is het mogelijk

de kanaalkeuze te bepalen. Poort 2C is gedefinieerd als een twee maal 4 bits output; de lower bits(CJ"Co) besturen groep 2B en de upper bits (C7..C4) besturen groep 2A. De formele parameter "kanaal"

wordt afhankelijk van de sensoruitlezing veranderd in de actuele parameter 1 tim 6 beschreven in BE

STUUR.PAS. Door PORT[$IB6] gelijk te maken aan "$10 (= 00001000) + kanaal" worden aIle

uitgangen laag, behalve PC4 (= not data hold) en wordt m.b.v. "kanaal" aangegeven welke temperatuursensor uitgelezen dient te worden. De waarde $10 is een instrument specifieke waarde en geeft in

dit geval weer, dat de waarden niet behouden dienen te blijven. Om de temperatuursregistratie kast de

tijd te geven om de juiste waarde aan te nemen is een tijdvertraging van 8 sec. ingebouwd.

pagina 71

Analyse van de blok -en wigrefractometer Bijlage IX

Aan de voorwaarde "PORT[$lB5] AND 128 = 128" wordt voldaan indien PB7 van poort 2B (dec.

128 = 10000000) hoog is. Hiermee wordt aangegeven dat de poort klaar is om data te ontvangen. Als

aan bovenstaande voorwaarde is voldaan, wordt het adres van poort 2C voorzien van de waarde die

overeenkomt met het uit te lezen kanaal. De toevoeging $10 is hier achterwege gelaten (= data hold),

omdat nu de momentane waarden, die op het adres van poort 2A en 2B staan, weI behouden dienen te

blijven. De waarden die op de adressen $IB4 en $IB5 staan worden nu ingelezen als variabele A en B,

behorend bij poort 2A en 2B. Hiema wordt de "data HOLD" weer opgeheven door aan het adres van

poort 2C, $10 toe te voegen. Omdat de binaire code behorend bij de gemeten temperatuur is ingelezen,

kan de omzetting naar de "werkelijke" temperatuur worden gemaakt. Dit gebeurt door de volgende

relatie:

10 *(B and 11110000) + (Band 00001111) + 0.1 *(A and 11110000) + 0.01 *(A and 00001111)16 16

Omdat de Newport-temperatuurmeter de waarde in BCD (Binary Coded Decimals) vorm aanbiedt

wordt de eerste en derde term van bovenstaande relatie gedeeld door 16. Door deze schrijfwijze zijn de

4 minst significante bits, kwa grootte orde gelijk aan de 4 meest significante bits. Om nu de juiste

waarde te verkrijgen moeten elke 4 bits met een bepaalde factor, afhankelijk van het meetinstrument,

worden vermenigvuldigd. Op het eind wordt voor elke temperatuursensor gecorrigeerd, omdat deze

allemaal een systematische afwijking (zie [1], bIz 40) vertonen t.o.v. het door het NMI gekalibreerde

PTlOO element. De correctiefactor 0.11 is een systematische afwijking die geldt voor de momenteel

aangesloten Newport temperatuurmeter.

t(8pagina 72

Analyse van de blok -en wigrcfractometer

BIJLAGEX

HPLASER.PAS

Bijlage X

Deze unit verzorgt aIle handling tussen de laser en de bijbehorende PC-kaart(en). Bij de huidige

opstelling zijn 2 kaarten gei'nstalleerd, namelijk voor de SLAVE en de MASTER, die worden gebruikt

voor de uitlezing van respectievelijk de blok -en wigrefractometer. De externe receiver krijgt als

basisadres (= kaartadres) $104 en de interne receiver, $200. Het werkelijke adres van elk register

wordt bepaald door de sommatie van het basisadres en het adres van het betreffende read/write

register, dus PORT["kaartadres" + "read/write register"].

Indien complicaties optreden met het uitlezen van

het lasersysteem, is het mogelijk om op de

kaart zelfte kijken wat het probleem is.

Op deze kaart zijn 5 LED's aangebracht die

een indicatie geven van het soort probleem,

de STATUS INDICATORS.

o

o

GREEN indicators show normal operation.

~ MS

OSl

[] AS

052

Ughts to indicate Measurement Signal isbeing received with adequate strength.

Ughts to indicate Reference Signal isbeing received with adequate strength.

RED indicators show abnormal or undersired operation.

t(8

III ML

053

[II RL

054

1_ OVL

055

Ughts to indicate Measurement Signalloss of lock has occurred.

Ughts to indicate Reference Sig'1alloss of lock has occurred.

Ughts to indicate Q,unter overllow has occurred.

pagina 73

= $0000;= $0001;

= $0002;= $0003;

= $0400;= $0401;~ S0402;= $0403;= S0800;= $1000;

= $1800;= S1801;= S1802;= S1803;~ SIFEA;= SIFEB;

= S2000;= S2001;

= S2002;= S2003;

= S2800;~ S2801;= S3000;= S3001;= S3002;

= S3003;=SI04;

= S200;


unit hplaser;interfaceuses OpDos;const {Read-registers}

Flag = $0000;Status = $0800;ADC Read = $1000;Positi-;;nO = $1800;Position I = $1801;Position2 = $1802;Position3 = $1803;AqB_Statusl = $2000;AqB_Status2 = $2001;AqB_CountO = $2002;AqB_Count! = $2003;Accumulated PositionO = $2800;Accumulated- Positionl = $2801;Accumulated=Position2 = $2802;Accumulated]osition3 = $2803;{Write-registers}Axis_ResetOverflow_ResetInterrupt_ResetRLOL_ResetGAl_ResetGAI]gmGA2_ResetGA2]gmCommandADC_StartOffsetOOffset!Offset2Offset3ClipmaskOClipmasklConttollConttol2AqB_Mod_VaWAqB_Mod_VallConttol3Control4TimerOTimerlTimer2Timer_ControlExt_ReceiverInt_Receiver

procedure InitLaser(KaartAdres:integer);

procedure ResetLaser(KaartAdres:integer);

procedure LaserMeting(KaartAdres:integer; var M:Longint);

procedure ExtendedLaserMeting(KaartAdres:integer; var M:Real);

implementationprocedure IniILaser(KaartAdres:integer);begin

while (PORTIKaartAdres+Status) and 2)=0 do; {Wachten op warm-up laser}{Resetten registers na warm-up}PORTIKaartAdres+Overflow_Reset):=$0I; PORT[KaartAdres+Overflow_Reset):=SOO;PORT[KaartAdres+Interrupt_Reset]:=$OI; PORT[KaartAdres+lnterrupt_Reset):=SOO;PORT[KaartAdres+RLOL_Reset):=SOI; PORT[KaartAdres+RLOL_Reset):=SOO;PORT[KaartAdres+ClipmaskO]:=SOO; PORT[KaartAdres+Clipmaskl):=SOO;PORT[KaartAdres+Command]:=SEI; {Instellen interrupts en initiele telwaarde}

end;

procedure ResetLaser(KaartAdres:integer);begin

{Resetten van telwaarde: aile telregisters O}PORT[KaartAdres+Axis_Reset):=SO I; PORT[KaartAdres+Axis_Reset):=SOO;PORT[KaartAdres+Overflow_Reset):=SOI; PORT[KaartAdres+Overflow_Reset]:=$OO;PORT[KaartAdres+Interrupt_Reset) :=SO I; PORT[KaartAdres+Interrupt_Reset]:=$OO;PORTIKaartAdres+RLOL_Reset):=SOI; PORT[KaartAdres+RLOL_Reset):=SOO;

end;

procedure LaserMeling(KaartAdres:integer; var M:Longint);var IPVO, IPVI, IPV2, IPV3 : Byte;begin

PORT[KaartAdres+ConttoI2]:=S08; (Laseooeting activeren}{ PORT[Slave+ControI2]:=S08; {Laseoooting activeren}while (PORT[KaartAdres+AqB_Status2) and S08)=1 do; (Wachten op einde meting}

tLB

Bijlage X

pagina 74


( while (PORT[Slave+AqB_Status2] and S08)=1 do; (Wachten op einde meting)IPVO:=PORT[KaartAdres+PositionO];IPV I :=PORT[KaartAdres+PositionI];IPV2:=PORT[KaartAdres+Position2];IPV3:=PORT[KaartAdres+Position3];if (IPV3<>S7F) then M:=IPV0+256"IPV 1+65536"IPV2+16777216"IPV3else M:=(IPVO-SFF-SO1)+256"(IPV I-SFF)+65536"(IPV2-SFF)+16777216"(IPV3-S7F);

end;

procedure ExtendedLaserMeting(KaartAdres:integer; var M:Real);var IPVO, IPV I, IPV2, IPV3 : Byte;

APVO, APVI, APV2, APV3 : Byte;IPV,APV : Longint;

begin{Gewenste extended resolutie instellen; hier: W}PORT[KaartAdres+Timer_Control]:=S32;PORT[KaartAdres+TimerO]:=S60;PORT[KaartAdres+TimerO]:=S03;{Extended resolutie uitschakelen)PORT[KaartAdres+ControI41:=SOO;{Gewone meting doen)PORT[KaartAdres+ControI2]:=S08;while (PORT[KaartAdres+AqB_Status2] and S08)=1 do; (Wachten op einde meting)IPVO:=PORT[KaartAdres+PositionO];IPVI:=PORT[KaartAdres+Positionl];IPV2:=PORT[KaartAdres+Position2];IPV3:=PORT[KaartAdres+Position3];(IPV schrijven naar offset-registers)PORT[KaartAdres+OffsetO]:=IPVO;PORT[KaartAdres+Offsetl]:=IPVI;PORT[KaartAdres+Offset2]:~IPV2;

PORT[KaartAdres+Offset3] :=IPV3;(Inschakelen extended resolutie)PORT[KaartAdres+ControI4]:=S03;(Starten extended resolutie-meting en wachten op einde)PORT[KaartAdres+Contro13] :=SFF;while (PORT[KaartAdres+Flag] and S40)=0 do;{Inlezen accumulatieve positie-waarden}APVO:=PORT[KaartAdres+Accumulated]ositionO];APVI :=PORT[KaartAdres+Accumulated Position I];APV2:=PORT[KaartAdres+AccumuIate(Position2];APV3:=PORT[KaartAdres+AccumuIated]osition3];{Fouten detectie}if (APVO and SO 1)= I thenbegin

writeInC""" ERROR """');readln;

end;if (IPV3<>S7F) then IPV:~IPV0+256"IPVI+65536"IPV2+16777216"IPV3else IPV:=(IPVO-SFF-SO 1)+256"(IPV I-SFF)+65536"(IPV2-SFF)+16777216"(IPV3-S7F);if (APV3<>SFF) then APV:=APV0+256"APV1+65536"APV2+ 16777216"APV3else APV:=(APVO-SFF-SO1)+256"(APV I-SFF)+65536"(APV2-SFF)+16777216"(APV3-SFF);M:=IPV+(APV/864);(Extended resolutie uitschakelen)PORT[KaartAdres+ControI4] :=SOO;

end;

end.

Bijlage X

N.B. AIle read/write registers die in deze unit als constanten zijn gedefinieerd, staan met de bijbe

horende adressen vermeld in [9] (de HP-handleiding, pagina 3-6 en 3-7). In het hoofdstukOPERATING SCENARIO (bIz 3-29 tim 3-41) wordt precies aangegeven hoe een programma

voor de telpulsenuitlezing opgezet dient te worden.

* procedure InitLaser:

Deze procedure initialiseert het HP-Iasersysteem. Het duurt ongeveer 10 minuten voordat de laserkop

een stabiele Iaserbundel produceert, waarna het mogelijk is een betrouwbare meting te verrichten.Gedurende de opwarmtijd wordt het HP-Iasersysteem gei'nitialiseerd, zolang bit 2 van het read/write

status register (=REF SIG) hoog is, dus voldaan wordt aan de voorwaarde "PORT[Kaartadres +Status] and 0010 = 0". Dit Iaatste komt overeen met het niet kunnen detecteren van het

t18 pagina 75

Analyse van de hlok -en wigrefractometer Bijlage X

referentiesignaal. Als de laserkop is gestabiliseerd, worden van het status register de bits behorende bij

de functies REF SIG (Reference Signal) en MEAS SIG (Measurement Signal) hoog gemaakt. De

formele parameter "Kaartadres" bepaald welke receiver wordt ingelezen. Bij de initialisatie wordt naar

het enigste bit van de write registers, Overflow_Reset, Interrupt_Reset en RLOL(Reference Loss Of

LockLRESET, eerst een 1 (= $01) en daarna een nul (= $00) geschreven. Hierdoor worden de regis

ters behorend bij deze functies gereset. De write registers "ClipmaskO" en "Clipmaskl" worden gelijk

gemaakt aan nul, dit is noodzakelijk om een goede werking van de HP-kaarten te kunnen garanderen.

Het write register "Command" wordt gelijk aan 11100001 (= $El). Op deze manier wordt bit nul

hoog, waardoor COUNTER PRESET MODE ervoor zorgt dat de teller voor de positie op nul begint.

Ook de bits 5,6 en 7 worden hoog, dit is om de interrupts in te stellen. De keuze welke bits van de

posities 2 tim 7 hoog worden gemaakt, is afhankelijk van de situatie.

* procedure ResetLaser:

Deze procedure is overeenkomstig en heeft dezelfde functie als InitLaser, dus het resetten van aIle

waarden van de betreffende registers. Het verschil is echter dat deze procedure niet tijdens het op

warmen wordt aangeroepen, maar tussen de metingen door.

* procedure LaserMeting:

Bij het aanroepen van deze procedure wordt de meting verricht, wat overeenkomt met het inlezen van

het aantal telpulsen. Het write register "ControI2" wordt gelijk gemaakt aan $08 = 00001000, dus bit 3

wordt hoog. Dit komt overeen met het commando SW SMPL. Door naar dit bit een 1 te schrijven

wordt de lasermeting begonnen. Zolang bit 3 van het read register "AqB_Status2" hoog is, overeen

komstig met commando LSR (Laser) SMPL (Sample) IN PROCESS, wordt er gemeten. Om betrouw

bare data binnen te halen, moet er worden gewacht totdat dit bit weer laag wordt. In de volgende 4

regels worden de waarden van de read registers "IPVO, IPVl, IPV2 en IPV3" ingelezen. Deze 4

registers bevatten de 31 bits digitale waarde betreffende de laserpositie, die door het sample is ver

kregen. Bit 7 van het register "Position3" is hoog indien een fout is opgetreden. Bij de procedure

LaserMeting wordt niet gecontroleerd of dit bit hoog of laag is, dit Lt.t. de procedure ExtendedLaser

Meting waar weI wordt gekeken naar de status van het controle bit (bitl van ACCUMULATED_PO

SITIONO). Het is daarom aan te bevelen om een soortgelijke controle toe te voegen aan de beschreven

procedure. Om te kijken of de meting een positieve of negatieve waarde heeft opgeleverd, wordt eerst

gekeken of het 6" bit laag is. Dit gebeurt door "IPV3<>$7F" oftewel is IPV3 *- 01111111. Als dit het

geval is, dan is de tellerwaarde positief en kan de 31 bits laserpositie ingelezen en getransformeerd

worden tot een totale waarde "M". Deze waarde bestaat uit: "IPVO+256*IPVl+65536*IPV2+

16777216*IPV3" (28=256, 216=65536, 224=16777216), waarbij IPVO het minst significante byte en

IPV3 het meest significante 'byte' is. De laserpositie waarde is een 31 bits code die weergegeven is in

een two's complement notatie. Deze manier van coderen maakt het mogelijk om voor de computer op

eenvoudige wijze met zowel positieve als negatieve getallen te rekenen. Bij deze notatie bestaat het

eerste bit uit een tekenbit en wordt een negatief getal weergegeven door binair van het positieve getal

aIle tekens te inverteren en er een bij op te tellen, zie de tabel op de volgende bladzijde.

t(8pagina 76


tabel X.l: Two's complement notatie.

Decimaal Binair

+0 00000000

-0 00000000

+99 01100011

-99 10011101

+127 01111111

-128 10000000

Bijlage X

De binaire code maakt dus direct zichtbaar of het om een positief (eerste bit een 0) of een negatief

(eerste bit een 1) getal gaat. Mocht de tellerwaarde negatief zijn dan is niet voldaan aan de voorwaarde

IPV3<>$7F en zal M gelijk worden aan de ge"inverteerde waarde plus 1: "M:=(IPVO-$FF

$01)+256*(IPVI-$FF)+65536*(IPV2-$FF) + 16777216*(IPV3-$7F).

* procedure ExtendedLaserMeting:

Deze procedure komt in grootte mate overeen met de procedure LaserMeting, zodat het met boven

staande uitleg en de HP-handleiding [9] niet te veel problemen op mag leveren om deze source-code te

doorgronden.

t(8 pagina 77


BIJLAGEXI

Nbody.ps

Brekingsindex-waarden

Biilage XI

Meting Edlen N [-] Blokrefr. N [-] Wigrefr. N [-]

& & & &

& & & &

& & & &

& & & &

& & & &

& & & &

& & & &

& & & &

& & & &

& & & &

& & & &

& & & &

& & & &

& & & &

& & & &

& & & &

& & & &

& & & &

& & & &

& & & &

& & & &

& & & &

& & & &

& & & &

t~pagina 78


BIJLAGEXII

Edlbody.ps

E.dlen-parameters

Meting T [0C] P [mmHg] CO2 [ppm] F [Pal N [-]

& & & & & &

& & & & & &

& & & & & &

& & & & & &

& & & & & &

& & & & & &

& & & & & &

& & & & & &

& & & & & &

& & & & & &

& & & & & &

& & & & & &

& & & & & &

& & & & & &

& & & & & &

& & & & & &

& & & & & &

& & & & & &

& & & & & &

& & & & & &

& & & & & &

& & & & & &

& & & & & &

& & & & & &

t(8

Bijlage XII

pagina 79


BIJLAGE XIII

Blokbody.ps

Blok-parameters

Biilage XIII

Meting Tin [Cell Tuit [Cell Tb10k [Cell N [-]

& & & & &

& & & & &

& & & & &

& & & & &

& & & & &

& & & & &

& & & & &

& & & & &

& & & & &

& & & & &

& & & & &

& & & & &

& & & & &

& & & & &

& & & & &

& & & & &

& & & & &

& & & & &

& & & & &

& & & & &

& & & & &

& & & & &

& & & & &

& & & & &

tiB pagina 80


BIJLAGEXIV

Kalbody.ps

Kalibratie-rapport

Voor: &

Door: &

Datum: &

Kalibratie-type: &

Aantal metingen: &

Bijlage XIV

Kalibratie resultaten: Meting

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

Brekingsindex N [-]

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

Vacuumlengte L [mm]

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

Berekening vacuumlengte: - Lgem = & mm

-SL =&mm

Paraaf:

tLB pagina 81


BIJLAGEXIV

ERRATA VAN VERSLAG [1]

n-l = D ·0.104127 ·10-4·P _ (3.7209 _ 0.0343 '(12)-10-10 • F1+0.3671 2 ·T

JJ

BijlageXY

36

JJ

37

38

2Sn•1,F = 0.1· 4.20 .10-10 = 4.20.10-9

2Sn•1 =2.0.10-8

2Sn•1,F =10.3.64.10-10 =3.64.10-9

2Sn•1 = 2.0.10-8

(zie errata van biz 93)

93

2S = d(n-I)= d(n-I). 2S + d(n-I). 2S + d(n-I) .2Sn-l dK K,tot dA .lov dL L

v

JJd (

d(n-l))2 .(2S )2 +(d(n_l))2 .(2S )2 + (d(n_I))2 _(2S)22Sn•1 = (n -I) = dK K,tot dAy .lov dL L

tLB pagina 82


ERRATA VANVERSLAG [2]

BiilageXV

12 (2· S· tan(a)« L) (2· S· tan(a / 2)« L)

15 ....spanningen van 8.10-3 [N/mm2] .... :::::> ....spanningen van 3.5.10-3 [N/mm2

]. •••

(zie errata van bIz 91)

45 5) ....R,. maximaal1.2·10·3 [rad] :::::> 5) ....R,. maximaa12.2·10-3 [rad]

48

(zie errata van bIz 107)

(J' Hz = 441[N / mm2]; 0 = 0.86 [,urn];

JJ(J' Hz = 441 [N / mm2

]; 0 = 0.54 [,urn];

Cc = 8.7.106 [N / m]

Cc = 13.86 .106 [N / m]

49 .... in de indrukking van 0.06 [JIm]. ... :::::> ... .in de indrukking van 0.036 [JIm] ....

,want Cc = dFo I =13.86.106 [N / m]do e5 = 5.4·10'7

do =13.:::106 met dFo =10% x 5 =0.5 N

0.5 0.036.10-6 [m]13.86.106

= 0.036 [,urn]

raam: INVAR met a inv = 1.1 [Jlm/(mK)] :::::> raam: !NVAR MET a inv = 1.1 [Jlm/(K)]

aanslag: RVS met a RVS = 10.2 [Jlm/(mK)] :::::> aanslag: RVS met a RVS = 10.2 [JIm/(K)]

tLB pagina 83

Analyse van de blok -en wigrefractometer Biilage XV

Biz.

51 Cc = contactstij.fheid = 8.7.106 [N / m] ::::> Cc = contactstij.fheid = 13.86.106 [N / m]

CIOI

=7.6.106 [N/m]; f=525[Hz]::::> CIOI =11.3.106 [N/m]; f=639 [Hz]

....van 525 [Hz] is voldoende.... ::::> ....van 639 [Hz] is voldoende....

....eigenfrequentie van 525 [Hz].::::> ....eigenfrequentie van 639 [Hz].

67 ....contactstijfheid (Cc = 8.7.106 [N/m])... ::::> ....contactstijfheid (Cc = 13.86.106 [N/m])...

.... Dit levert: 2SSh 2 = 5.7.1O-s [m] ::::> .... Dit levert: 2SSh,2 = 3.6·1O-s [m]

2S,% = =J(3.1.1O-S)2 +2.(5.7.10-8

)2 =8.6.10-8 [m]

JJ

68

t18

2Sn Sh = Idnl· 2SSh = 5.6.10-3, 8.6.10-8 = 4.8,10-10

, dS

JJ2S =l dn l· 2S =5.6.10-3 .6.0.10-8 =3.32.10-10

n,Sh dS Sh

pagina 84

Analyse van de blok -en wigrefractometer Biilage XV

69 ....bundel een fout van 11·10,8 [-]. ... :::::> ....bundel een fout van 28.2.10-8[-]. ...

(zie errata van biz 93)

....de afwijking van 11·10'8 [-]....

....afgezwakt tot 0.02 [0C] ....

:::::> ....de afwijking van 28.2.10-8[-]. ...

:::::> ....afgezwakt tot 0.008 [0C] ....

70 dL =2Su =3.5 ·10-6 [m] 2dL = 2Su = 7.0.10-6 [m]

73

, want de werkzame lengte in vacuum wordt voor zowel de invallende

als de gereflecteerde laserbundel een afstand dL langer

Idnl -3 -6 -82Snu = - ·2Su =4.0·10 ·3.5·10 =1.4·10

, dL

UIdnl -3 -6 -82Sn u = - . 2Su = 4.0· 10 . 7.0·10 = 2.8 ·10

, dL

....nauwkeurigheid: 2Sn,wig = 4.3 .10-8[-].:::::> ....nauwkeurigheid: 2Sn,wig = 4.9.10.8[-].

n_l=D.0.104127.lO,4. p -3.6353·1O- IO ·F [-]1+0.367r2 ·T

Un-l= D·O.I04126·IO,4. p -3.6353·10- IO ·F [-]

1+0.3671.10-2 ·T

tLB

... .levert dit: 2Sn,E = 3.6·10'8 [-]. :::::> ....Ievert dit: 2Sn,E = 4.2.10.8[-].

pagina 85

Analyse van de blok -en wigrefractometer Bijlage XV

75 .... y- en z-as van resp. 7.5.10-3 [rad],

7.5.10.3 [rad] en 4.5.10-3 [rad]. ...

::::> .... y- en z-as van resp. 8.3.10-3 [rad],

8.3.10-3 [rad] en 4.9.10-3 [rad] ....

83

2Sn=~(2Sn.wigi + (2Sn,J2 + (2sn.Ei =5.6·10-8 [-]

U

n -1= D·0.104127·IQ-4· p -3.6353·IQ-IO·F [-]E.bak 1+0.367r2 1

Un _1=D.0.I04126.IQ·4. p -3.6353·IQ-IO·F [-]

E,bak 1+0.3671.10-2 1

91 Lokale spanningsvaraties zullen door de laser worden geregistreerd met een resolutie van AJ64.

Dit komt omdat lokale spanningsvariaties, bij een loodrechte weerkaatsing op de vlakke

spiegel, slechts door een laserbundel worden gedetekteerd. Dit is echter weI een heen -en

terugkomende bundel, zodat het optisch weglengteverschil wat tot 1 telpuls leidt, gelijk is aan:

a.p.D. = /.../64= 632.991354.10-9 164 = 9.9 [nm]

Het optisch weglengteverschil wat een brekingsindex van 1·10-s tot gevolg heeft bedraagt:

dn/dk=7.1·IO-s ~ dk=dn/7.1·IO's

= 1·IO-s17.1·IO-s = 0.1408

a.p.D. = ~S = 0.1408 x 9.9 = 1.39 [nmJ Ln.v.3.2·10-6 [mmJ !l!

t(8 pagina 86


91 Met deze wetenschap leidt dit tot de volgende verandering:

Biilage XV

M",,3.2·1O-6 [mm] M"" 1.39·10-6 [mm]

am de spanning in het glas te kunnnen berekenen wordt gebruik gemaakt van de weglengte

door het glas (d). Voor deze lengte is echter niet de goede waarde genomen, want deze

bedraagt 17.1 [mm] Lp.v. 15 [mm]!!! .Aangezien de laserbundel het glas 8 maal doorsnijdt is

dit verschil niet verwaarloosbaar. Voor de bepaling van de juiste weglengte en de daarbij beho

rende brekingsindexvariatie, zie onderstaande berekening.

r 14

Laserbundel-- -->

14cos35=

d14

d= =17.1 [mm]cos35

tC8

De S -en P bundel doorsnijden de wigvenster ieder 8 keer, dus de totale glaslengte is:

8 x 17.1 = 136.7 mm. t.ng = 1·10-6 dit houdt in dat de maximale brekingsindexvariatie gelijk is

aan 1.10.6• Het bijbehorende optisch weglengteverschil wordt nu:

O.P.D. = t.ng1 • dlo!

= 1·10-6· (136.7)

= 136.7 [nm]

Lokale brekingsindexinhomogeniteiten zuBen net als lokale spanningsvariaties ook met een

resolutie van 1J64 worden geregistreerd,. Het maximale aantal telpulsen wat hierdoor gege

nereerd kan worden bedraagt dus:

136.7/9.9::::: 14 telpulsen

t.n = 14 x 7.1.10-8 =98.2.10.8

pagina 87

Analyse van de hlok -en wigrefractometer Bijlage XV

91 Met de aanpassing voor het optisch weglengteverschil en de glasdikte leidt dit tot de volgende

veranderingen:

(j = ~ = 3.2 .1~-6 =9.2 .10-3 [N / mm2 ]

K·d 2.91·10- ·8·15

JJ

....spanningsvariatie van 9.2.10-3.... ==> ....spanningsvariatie van 3.5.10-3

••••

92 dn~=d·{a ·(n-l)+-g}·~T=d·W·~T [mm]

g dT

JJdng

~=d·{a ·(n -1)+-}·~T=d·W·~T [mm]g g dT

93 » ~tm = 2.82 ·10-6 [1/ K] ==> » ~tm = 2.87 ·10-6 [1/ K]

tLB

~vac = d· W:ac .~T = 8·15·1.47 ·10-6 ·0.1 = 1.76.10-5 [mm]

JJ~vac = d· W:ac .~T = 8·17.1·1.47 ·10-6 ·0.1 =2.01.10-5 [mm]

pagina 88

Analyse van de blok -en wigrefractometer BiilageXV

93

UMaIm =d· ~/m ·/!,.T =8·17.1·2.87 ·10-6 ·0.1 =3.93.10-5 [mm]

....weglengte van 3.2·10-6.... => ....weglengte van 1.39·10-6....

94

tLB

&1 = M .10-8 =3.93.10-5

.10-8 =28.2 .10-8 [_]

1.39·10-6 1.39·10-6

....bedraagt 11.10-8[-].... => ....bedraagt28.2·10·8

[-] ....

....meer dan 0.01 [0C].... => ....meer dan 0.004 [0C] ....

....de grenswaarde van 0.01 [0C].... => ....de grenswaarde van 0.004 [0C] ....

d = totale weglengte in glas =8·15 [mm]

ud = totale weglengte in glas =8·17.1 [mm]

pagina 89


BIz.

94 ....weglengteverschil van 3.2.10-6•.•• :::> ....weglengteverschil van 1.39·10-6....

~= M .1.10-8 = 1.2·10-4 .1.10-8 =37.5.10-8 [_]3.2 ·10-6 3.2 ·10-6

JJ

BiilageXY

107 »

»

a = b = 0.7937.3 3·5·0.01 = 7.36.10-5

1.88. Oil

JJa=b=0.7937. 3 3·5·0.01 =7.36.10-5

1.88 . lOll

{ }

2/38=_1_ 3·5·0.01 =8.6.10-7

0.01 1.88.1011

JJ[m]

tL8

8= (0.7937)2 {3'5'0.01}2/3 =5.4.10-7 [m]0.01 1.88.1011

pagina 90

Analyse van de blok -en wigrefractometer BijlageXV

107 0- 1 {3- Fo _0.01}213-0.01 1.88-1011

3

» Fo =6.27 -109 '02

u

t(8

5:= (0.7937)2 {3.Ro·0.01}2/3 (3) Ru » Fo=12.56-109 ·8 2 » d.~=18.84'109 ..J8

0.01 1.88.1011 u

udFo = 18.84.109

• .JS.4 .10-7 = 13.86.106 [N / m]do 6=5.4·\0-7

pagina 91

analyse van de blok- en wigrefractometer · 23 24 24 24 24 27 pagina ii. analyse van ... [pal:...

Documents