Калибровка сканера. О применении вибрационных калибраторов

При проведении проверки правильности работы измерительного тракта (проверки калибровки) шумомеров-виброметров у пользователей могут возникнуть вопросы о том, в каких программных режимах проводить поверку калибровки и какие значения сравнивать. В связи с этим рекомендуем ознакомиться с информацией ниже.

О применении акустических калибраторов

С технической точки зрения, акустические калибраторы необходимы для проверки акустических измерительных трактов. Микрофоны, используемые в шумомерах, очень уязвимы, и даже незначительное физическое воздействие может их повредить. Причем показания могут выглядеть правдоподобно, но быть не верными. Кроме того чувствительность микрофона зависит от внешних условий и калибратор необходим для подтверждения готовности прибора к работе.

С юридической точки зрения, применение акустического калибратора предусмотрено практически всеми стандартами и методическими указаниями, содержащими методики выполнения измерений шума. Более того, применение акустического калибратора является необходимым условием оценки точности измерения шума (см. ГОСТ 12.1.050 , ГОСТ ИСО 9612 , МР 4.3.0008-10 ). Проверку калибровки акустического тракта следует проводить до и после серии измерений; допустимо проводить проверку калибровки в начале и в конце дня измерений. Изменение калибровочных поправок осуществляют метрологические лаборатории в ходе поверки СИ. Для проверки калибровки нескольких шумомеров допускается использовать один калибратор. Акустические калибраторы являются самостоятельным средством измерения, подлежат процедуре утверждения типа и поверке (при использовании в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений).

О применении вибрационных калибраторов

Портативный виброкалибратор создает вибрационное колебание известной частоты и амплитуды.

Следует различать два вида применения калибраторов:

собственно калибровку средства измерения и
проверку чувствительности (коэффициента преобразования) измерительного тракта.

Нередко в различных документах встречаются требования о проведении калибровки виброметров до и после измерений. В подавляющем большинстве случаев, однако, термин "калибровка " здесь употребляется ошибочно, так как калибровка - это особая метрологическая процедура, близкая по своему смыслу к поверке, которую могут выполнять только соответствующие метрологические лаборатории. Итогом калибровки является определение метрологических характеристик средства измерения. Путаница в терминологии возникает из-за того, что за рубежом термин "калибровка" имеет более широкое значение.

Применение калибраторов в натурных условиях обычно не затрагивает вопросы уточнения метрологических характеристик, а связано с проверкой работоспособности.

Как показывает опыт, работоспособность виброизмерительной аппаратуры можно оценить без калибратора в подавляющем большинстве случаев. Чувствительность наиболее распространенных вибропреобразователей, таких как пьезоакселерометры, например, пренебрежимо мало зависит от температуры, влажности и иных внешних условий..

Поэтому де-факто виброкалибратор необходим при тех измерениях, где его применение прямо регламентировано нормативно-технической документацией либо спецификой задачи (например, в многоканальных системах со сменными датчиками).

Отдельно стоит вопрос о необходимости применения только поверенных виброкалибраторов. На наш взгляд, поверка необходима только в тех случаях, где калибратор выступает в качестве самостоятельного средства измерений и его использование непосредственно влияет на оценку точности измерений.

О тестовом сигнале виброкалибратора

Для проверки правильности работы измерительного тракта (проверки калибровки) виброметров из серии Октава и Экофизика с помощью портативного виброкалибратора следует измерить уровень ускорения в 1/3-октавной полосе, соответствующей частоте виброкалибратора (160 Гц для АТ01m), и сравнить с фактическим уровнем калибровочного сигнала. Не имеет смысла сравнивать с уровнем сигнала калибратора корректированные уровни W d , W h , W f и проч.: в этом случае необходимо вводить дополнительные поправки на весовую функцию соответствующей коррекции, что может стать источником дополнительных ошибок.

Фактическое значение уровня сигнала калибратора указано в актуальном свидетельстве о поверке или в паспорте.

Номинальное значение уровня тестового сигнала калибраторов серии АТ01m – 10,0 м/с 2 . Величина 10,0 м/с 2 , выраженная в логарифмических единицах, равна 140,0 дБ отн. 10 -6 м/с 2 .

Дополнительно приведем перевод типовых значений тестового сигнала калибратора в дБ в единицы измерения м/с 2:

139,8 дБ отн. 10 -6 м/с 2 - 9,77 м/с 2

139,9 дБ отн. 10 -6 м/с 2 - 9,89 м/с 2

140,0 дБ отн. 10 -6 м/с 2 - 10,00 м/с 2

140,1 дБ отн. 10 -6 м/с 2 - 10,12 м/с 2

140,2 дБ отн. 10 -6 м/с 2 - 10,23 м/с 2

Самостоятельно указанное в свидетельстве значение можно перевести из дБ в м/с 2 и обратно по формулам:

где а - значение вибрационного ускорения в м/с 2 , а 0 - опорное значение виброускорения в м/с 2 , L p - измеренный уровень виброускорения в дБ (отн. a 0).

где L а - уровень ускорения вибрации в дБ (отн. a 0), а - измеренное значение вибрационного ускорения в м/с 2 , а 0 - опорное значение виброускорения (в м/с 2).

Как правильно использовать виброкалибратор для проверки прибора?

Вопрос : В нашей лаборатории есть виброметр Экофизика и виброкалибратор КВ-160. Как правильно использовать виброкалибратор для проверки прибора? Как часто и насколько обязательно это делать?

Ответ

Чтобы понять, нужно ли проводить проверку калибровки виброметра, следует обратится к нормативному документу, которым руководствуется лаборатория при измерениях вибрации.

Если при измерениях вибрации руководствоваться аттестованными методиками, разработанными нашим объединением, то требование о проведении калибровки виброметров является рекомендуемым. Общая проверка работоспособности и правильности настройки прибора при этом обязательна.

Проверка калибровки – это проверка измерительного тракта. Её проводят до и после серии измерений, что бы убедиться в правильности работы прибора во время измерений.

Для проверки калибровки приборов Октава и Экофизика нужно:

Подключить акселерометр к прибору, включить его и зайти в режим измерения. Не следует заходить в сервисные режимы для настройки прибора – «Автокалибровка», «Калибровка», «Диспетчер датчиков» и т.п;
Запустить измерения, нажать клавишу меню и выбрать окно График (Спектр-Да и т.п.) ;
- при работе с однокомпонентными датчиками:
а) закрепить датчик на калибраторе с помощью шпильки или мастики;

г) включить калибратор, выждать 10-20 секунд, сравнить показания с уровнем, выдаваемым калибратором по свидетельству. Если разница не превышает допустимой, проверка калибровки считается успешной.
При работе с трёхкомпонентными датчиками:
а) закрепить датчик на калибратор таким образом,чтобы проверяемая ось датчика была направлена вдоль рабочей оси калибратора,
б) выбрать отображение третьоктавного спектра и усреднение 5 сек (либо Slow);
в) на приборе, установить курсор на полосу частот, которая наиболее близка к частоте работы калибратора, обычно это 160 Гц;
г) включить калибратор, выждать 10-20 секунд, сравнить показания с уровнем, выдаваемым калибратором по свидетельству. Если разница не превышает допустимой, калибровка считается пройденной.
д) повторить пункты а-г для остальных осей вибродатчика.

При работе с приборами Октава и Экофизика проверка калибровки считается пройдённой, если измеренное значение совпадает с уровнем калибратора в пределах ±0,5 дБ. Это допускаемое отклонение указано в методике выполнения прямых однократных измерений. Для большинства приборов Октава и Экофизика эта методика содержится в приложении к руководству по эксплуатации МИ ПКФ-12-006, а для остальных - непосредственно в руководстве по эксплуатации.

Точность в параметрах, которые осуществляются путем измерений являются основополагающими. Нет смысла в функционировании любых средств измерений, если их работа выполняется неточно и присутствуют значительные погрешности. Для того, чтобы производить контроль и вовремя реагировать на неточность в работе соответствующих приборов, были изобретены операции поверки и калибровки.

Сущность процедуры поверки

Поверкой называют совокупность определенных операций, которые выполняют органы Государственной метрологической службы (ГМС). Данное действие может быть выполнено иными уполномоченными организациями, которые имеют разрешительную документацию. Цель поверки-это прежде всего, определение и подтверждение полного соответствия средств используемых для измерений, согласно установленным техническим нормам.

После определяется, существует ли последующая пригодность на использование того или иного средства измерения. Процедура распространяется на все средства, которые имеют законодательно утвержденный тип, в случае выпуска с серийного производства, после длительного периода работы, или в случае ремонта. Обязательной сверке подвергаются приборы, которые имеют применение в сфере Государственного регулирования обеспечения единства измерений.

На территории Российской Федерации существует несколько типов поверок:

Первичная, которая характерна для средств измерения, которые были выпущены или подверглись ремонтным работам на территории России.
Периодическая, которая происходит в определенное время регламентированное законодательной базой государства.
Внеочередная, которая может быть применена в результате порчи пломбы, потере документов подтверждающих предыдущую поверку.
Инспекционная.
Экспертная, проводится в результате событий которые подразумевают наличие независимой и срочной оценки пригодности, для решения спорных ситуаций и конфликтов.

С технической точки зрения процедура проводится методом сравнения числовых показателей, которые выдает прибор со значением высокоточного средства измерения-эталона. Погрешность в результате измерений должна быть в допустимых границах.

Процедура очень похожа на поверку. Калибровка тоже включает в себя ряд последовательных действий, направлением которых является определить точные значение метрологических показателей. Конечной функцией калибровки является результат, которые разрешает или запрещает последующее использование прибора.

Процедура не имеет индивидуально разработанных схем работы, поэтому производится по параметрам поверки. Средства измерений, которые прошли процедуру калибровке, подтверждаются нанесением специального знака соответствия. Для документального подтверждения, организация, которая провела процедуру, может выдать специальный сертификат.

Органами, которые уполномочены производить процедуру, считаются:

Метрологическая государственная служба.
Научный центр метрологии.
Метрологические службы юридических лиц.

Отличие поверки от калибровки

Суть двух процедур имеет одну общую черту-это проверка измерительных средств на качество их работы и точности выдаваемых результатов. Поверка дает возможность проведения аудита соответствия к принятым стандартам и нормам. А вот калибровка, дает возможность привести средство измерений в определенные стандарты.

С точки зрения параметра обязательности, то лишь поверка-процедура строго необходимая, а калибровка-это добровольное решение . Выполнять поверку может лишь ГМС, а калибровку помимо ГМС, могут давать организации и предприятия которые не владеют аккредитацией.

Поверке могут подвергаться те средства, которые являются внесенными в список государственного реестра, которые допущены к использованию на территории России. В иной ситуации все манипуляции сводятся к проведению калибровки.
Таким образом, калибровка заменила регулярную метрологическую процедуру аттестации, и ведомственную процедуру поверки. Такие изменения повлияли на тщательность контроля и смягчили ответственность ГМС.

Откалибровать цвета на принтере не составляет труда, так как это можно сделать дистанционно без потери качества. В то же время для полноценного редактирования изображений нужно откалибровать монитор. Вот тут и начинаются проблемы, так как не в каждом городе можно заказать такую услугу. Калибровка монитора делается непосредственно у заказчика и других способов не существует.

?
.
.
.
.
.
.
.
9 - Самостоятельная проверка качества настройки цвета, яркости и контрастности на вашем мониторе.

Частенько люди жалуются, что очень трудно проверить качество самостоятельно настроенного монитора, особенно ЖК монитора. Предлагаем вам выход из сложившейся ситуации.
Выкладываем отсканированное изображение 50 и 100 рублевых купюр России. В сочетании они служат для проверки "Красноты" и "Синеватости" воспроизводимых монитором изображений. Если монитор "Синит", то 100 рублей будут иметь синеватый оттенок или белый цвет (белая часть купюр). Если монитор краснит, то изображение в 50 рублей будет иметь красноватый оттенок или белый цвет (опять же для белой части купюр).
Изображение дензнаков было отсканировано на откалиброванном прогретом сканере Epson 3200 и проверено на откалиброванных мониторах (ЖК и ЭЛТ).

Для проверки качества самостоятельной настройки монитора вам нужно скачать файл с изображением денег (1,3 Мб), открыть его в фотошопе и сверить изображение на экране монитора с настоящими деньгами при солнечном свете.

Теперь о некоторых ВАЖНЫХ нюансах.
Созданный ранее профиль для монитора должен быть установлен и ПК должен быть перезагружен после установки профиля.
Денежные купюры желательно иметь новые (чистые, не помятые и не засаленные).
Смотреть очень желательно в фотошопе на сером фоне или в любой другой Адобовской программе. Смотреть в "Windows Picture and Fax Viewer" (виндоузовский просмоторщик) НЕ РЕКОМЕНДУЕМ, так как отличия между монитором и "живыми купюрами" будут сильнее (из за белого фона монитора).
Смотреть нужно при масштабе изображения 100% .
Учитывайте источник внешнего освещения. Так днем совпадение у настроенного монитора будет максимальным, а вечером при лампе накаливания при просмотре на том же мониторе отличия будут уже гораздо сильнее - "живые купюры" будут более красными и более темными, чем на экране монитора.
Денежные купюры должны ЛЕЖАТЬ НА БЕЛОМ ЛИСТЕ (стопке из 3-4 листов бумаги), нечто вроде белой подложки. Не удивляйтесь, 100 рублевки и вживую немного "краснят", а полтинники "синят".
В результате, при сравнении днем (очень желательно солнечным днем) отсканированных купюр на экране откалиброванного монитора с "живыми деньгами" - отличий практически нет ни по яркости, ни по цветопередаче.
Владельцам ЭЛТ мониторов - отсканированное изображение будет немного размытым (нерезким). На ЖК мониторах с резкостью все в порядке.

В результате подстройки коэффициенты Scale ,Bias для каждого датчика будут подобраны таким образом, чтобы сигнал с датчика изменялся в диапазоне ±7 В.

По окончании подстройки кнопка Пуск примет первоначальный вид. Процедура подстройки датчиков занимает около 1 2 минут.

Калибровка сканера

Калибровочная решетка TGZ2 представляет собой набор полос высотой 107±2 нм с периодом 3.0 мкм (Рис. 8-12). Для калибровки по оси X (Y) следует расположить решетку так, чтобы ее направление периодичности совпадало с осью

Рис. 8-12. Размеры калибровочной решетки TGZ2

Калибровка заключается в получении изображения поверхности калибровочной

решетки, сравнении полученных данных о периоде и высоте решетки с эталонными и затем корректировке калибровочных коэффициентов сканера в соответствии с полученными значениями.

Если в дальнейшем предполагается проводить измерения с включенными датчиками положения, то и калибровать сканер нужно с включенными датчиками,

если предполагается проводить измерения без датчиков, то при калибровке следует выключить обратную связь по датчикам XY.

В данной работе сканер калибруется для работы с датчиками положения.

Сканирование калибровочной решетки

2. Включите обратную связь по XY ().

3. Настройте частоту генератора (окно Рез о нанс ).

4. Подведите образец к зонду:

a. Откройте окно видеокамеры кнопкой .

b. Откройте окно подвода кнопкой. Подведите образец к зонду на

расстояние около 1 мм. Для этого, наблюдая за зондом по изображению, выводимому с видеокамеры, нажмите кнопку . Остановите подвод повторным нажатием кнопки, когда на изображении появится отражение зонда.

c. Замкните цепь обратной связи ().

Лабораторная работа № 8

d. Задайте начальные значения параметров:

○ SetPoint – 80 % от амплитуды свободных колебаний зонда;

○ Gain – 0.5 – 2.

g. Если после окончания подвода возникла генерация (амплитуда колебаний Mag больше, чем ~5 % от начального сигналаMag ), уменьшитеGain до 0.5÷0.7 от значенияGain при котором генерация исчезает.

4. Для проверки калибровок по оси X отсканируйте калибровочную решетку при следующих условиях:

● При калибровке сканера по направлениям X и Y, на геометрические размеры получаемого изображения влияет высота расположения

измеряемой поверхности образца над поверхностью предметного столика сканера. Поэтому перед сканированием следует проверить правильность

задания высоты образца. Для калибровочной решетки, установленной на металлической подложке, значение параметра Выс о та образца задается равным 0,5 мм. Чтобы проверить значение заданной высоты образца

откройте окно Операции ; на вкладкеСканирование откройте дополнительную панель кнопкой(Рис. 8-13).

● Направление быстрого сканирования должно совпадать с направлением периодичности решетки с точностью до нескольких градусов. В нашем

случае направление периодичности совпадает с осью X и, таким образом, в списке Направление на панели дополнительных операций следует

выбрать, например

● в качестве регистрируемого сигнала должен быть выбран SensHeight

СЗМ НАНОЭДЬЮКАТОР II. Учебное пособие

● Сканирование осуществляется по максимальной области сканирования (устанавливается при помощи ползунка, см. Рис. 8-14).

Рис. 8-14. Установка максимального размера поля сканирования по оси X

● Для корректной обработки результатов измерений число точек сканирования по каждой из осей должно быть кратно 2 n . Желательно, чтобы число точек было равно 512×512. Чтобы задать число точек по каждой из осей, в списке выбора единиц измерений параметраРазмер , выберитет чк (Рис. 8-15).

Рис. 8-15. Выбор числа точек сканирования

4. Поверните образец на 90º. Отсканируйте калибровочную решетку при тех же

параметрах, выбрав направление сканирования вдоль оси Y (например,

ВНИМАНИЕ! При снятии измерительной головки не забудьте выключить обратную связь и отвести зонд от образца.

5. Для проверки калибровок по оси Z:

a. Установите область сканирования 20×20 мкм;

b. Уменьшите скорость сканирования до 0,5 Гц.

c. Запустите сканирование. В процессе сканирования подберите параметры сканирования таким образом, чтобы хорошо прописывался край ступенек.

Для этого можно попробовать увеличить коэффициент усиления, увеличить рабочую точку, уменьшить скорость сканирования.

d. Отсканируйте область с подобранными параметрами сканирования.

6. Сохраните сканированные изображения, полученные для проверки калибровок по осям X, Y, Z.

Лабораторная работа № 8

Проверка калибровок

1. Откройте полученные изображения в программе Scan Viewer. Для этого выделите нужные фреймы в главном окне, щелкните правой клавишей мыши и в открывшемся контекстном меню выберите команду Анализ .

2. Проведите предварительную обработку изображений (вычитание плоскости, поверхности).

3. Определите период решетки по оси X одним из способов – с помощью метода Анал из сечений или с помощью Фурье-преобразования.

● Определение периода решетки с помощью метода Анал из сечений . Выберите методСечение  Анал из сечений . Для получения более

(двойной маркер устанавливается с нажатыми клавишами ).

● Определение периода решетки при помощи преобразования Фурье.

Выберите метод Ф урье  Ф урье-анал из . В окне метода из списка в левом нижнем углу выберите отображаемую функцию, при которой рефлексы на Фурье-образе видны наиболее четко. Измерьте величины пространственных частот соответствующих максимумам. Запишите рассчитанное значение периода решетки (отображается в левом верхнем углу).

3. Аналогичным образом определите период решетки по оси Y.

4. Определите высоту решетки при помощи гистограммы.

Откройте окно модуля гистограммы, выбрав в дереве методов Статистика 

Гистог рамма . На гистограмме плотности распределения значений высоты с помощью парного маркера (устанавливается при нажатых клавишах ) измерьте расстояние между максимумами. Полученное значение равняется средней высоте выступов решетки.

5. Сравните измеренные для каждой оси значения с эталонными (для решетки

TGZ2 эталонные значения составляют: период 3 мкм, высота 107 нм). Если отличие составляет более 3–5 %, следует изменить калибровочные параметры сканера по данной оси.

Изменение калибровочных параметров

1. В программе Nanoeducator 2 откройте окно настройки датчиков (кнопка ).

В окне приведены текущие калибровочные коэффициенты по каждой из осей. Значения калибровок для работы с замкнутой обратной связью по датчикам положения приведены в строке З П .

В этой статье я хочу рассказать о проверке калибровки монитора и порекомендовать несколько программ для его настройки в домашних условиях. Сразу оговорюсь, что мониторы с матрицей типа TN мало подходят для серьезной работы с изображениями. Одной из причин является изменение цвета и яркости изображения при просмотре под углом. К тому же, на них очень трудно или практически невозможно использовать программную калибровку.

Мониторы, имеющие матрицу, сделанную по технологии IPS, лишены этого недостатка. Их можно корректно настроить без использования специальных аппаратных калибраторов (хотя, калибратором конечно проще и быстрее).

В настоящее время мониторы с матрицей IPS значительно подешевели, к примеру, мониторы с диагональю 21 дюйм можно купить за сумму в пределах 6000 рублей.

Сначала нужно проверить, как ваш монитор воспроизводит тона в градациях серого, то есть его яркость, контраст и гамму. Для этого можно использовать специальные обои RealColor. Нужно скачать обои с разрешением, соответствующим разрешению вашего монитора, открыть на весь экран и внимательно просмотреть все шкалы с расстояния обычного просмотра.

Подробные инструкции по использованию обоев прилагаются.

Более интересным является следующий тест. При хорошей настройке монитора с расстояния 60-70 см вы должны увидеть равномерный серый градиент, без посторонних цветовых оттенков. Если вы видите цветные полосы, значит ваш монитор не откалиброван.

Аналогично для следующих изображений, в идеале вы должны увидеть равномерно серый экран

Для просмотра на весь экран кликните по картинке

Теперь, когда вы немного расстроились, увидев разноцветные полосы, кружки и буквы, предлагаю исправить положение с помощью самостоятельной калибровки. Лучше всего воспользоваться платной программой Atrise Lutcurve . Программа стоит всего 25$ (чуть больше 800 рублей, в зависимости от курса доллара). К ней прилагается подробная инструкция по использованию. Помимо гаммы, с помощью этой программы можно настроить корректную цветопередачу по тестовому изображению.

Есть и бесплатная альтернатива этой программе Atrise Lutcurve. Это программа CLTest . Подробная инструкция к ней находится внутри архива в виде HTML-страницы. Дважды кликнув по ней, откройте ее в вашем браузере и следуйте пошаговым инструкциям.

Надеюсь, что данный материал поможет вам настроить монитор для конкретного отображения цветов.

Хочу предупредить, что самый лучший путь - это обратиться к специалисту для калибровки монитора, либо использовать аппаратный калибратор. Все остальное вы делаете на свой страх и риск.

Возможно, будет полезно почитать: