Пироэлектрическая ИК радиометрия локальных температурных неоднородностей в широком диапазоне излучаемых мощностей

• Автор: Афанасьев, Александр Вячеславович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 163 с. : ил.

1 ГЛАВА I. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЙ ИК РАДИОМЕТР ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЛОКАЛЬНЫХ ТЕПЛОВЫХ ПОЛЕЙ
1.1 Влияние условий измерен ия на оптико-электронную систему
РАДИОМЕТРА
1.2 Структура микропроцессорного ИК радиометра
1.3 Технические характеристики
1.4 Выводы
2 ГЛАВА II. ИК РАДИОМЕТРИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ТОЧЕЧНОМ НАГРЕВЕ МАТЕРИАЛОВ
2.1 Излучательная способность материалов при нагреве
2.2 Метод “смещенного” измерителя
2.3 Экспериментальная ИК радиометрия при точечном нагреве
материалов в условиях вакуума
2.4 О некоторых возможностях расширения динамического
диапазона ИК РАДИОМЕТРА
2.5 Автоматизированная калибровка ИК радиометра
2.6 Выводы
3 ГЛАВА III. ИСТОЧНИКИ АППАРАТУРНЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ ДИАФРАГМИРОВАННОГО ИК РАДИОМЕТРА
3.1 Оценка реальной чувствительности пироэлектрического
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ В МОДУЛЯЦИОННОМ РАДИОМЕТРЕ
3.2 ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ ПОГРЕШНОСТИ ДИАФРАГМИРОВАННОГО
МОДУЛЯЦИОННОГО ИК РАДИОМЕТРА
3.2.1 Погрешности, обусловленные нагревом оптической системы излучением объекта измерения
3.2.2 Погрешности, обусловленные неравномерностью скорости вращения обтюратора
3.3 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Экспериментальная установка для термической обработки металлов электронным пучком
ПРИЛОЖЕНИЕ II
Комплект ИК радиометров для измерения локальных температурных неоднородностей в широком диапазоне излучаемых мощностей
ПРИЛОЖЕНИЕ III
Программное обеспечение: алгоритмы работы
ЛИТЕРАТУРА

Список сокращений:
АЧТ - абсолютно черное тело;
АЦП - аналого-цифровой преобразователь;
БУИ - блок управления и индикации;
ГО - геометрическая оптика;
ДН - диаграмма направленности;
ИК - инфракрасный;
ИЭИ - источник эталонного излучения;
ПМ - пироэлектрический модуль;
ПЛИ - пироэлектрический приемник излучения;
ТПИ - тепловой приемник излучения;
П-регулятор - пропорциональный регулятор;
ПИ-регулятор - пропорционально-интегральный регулятор; ПИД-регулятор - пропорционально-интегралыю-дифференциальный регулятор;
ПК - персональный компьютер;
ПО - программное обеспечение;
СД - светодиод;
ФД - фотодиод;
ФНЧ - фильтр низкой частоты;
ЦАП -цифро-аналоговый преобразователь;
ШИМ - широтно-импульсный модулятор;
ЭДС - электронно-движущая сила;
ЭЛС - электронно-лучевая сварка;
ЭЛТЦО - электронно-лучевая термоциклическая обработка.

Для контроля физических и технологических процессов широко используются радиофизические методы измерений параметров, характеризующих как динамику процессов, так и их качество. Широкое применение нашли акустические, оптические, температурные и другие способы контроля параметров различных объектов и систем. Учитывая, что большинство физических и химических процессов сопровождаются изменением собственной температуры объекта, одним из наиболее используемых является контроль температурных режимов [1].
При решении ряда научных и технических задач [2] (радиоастрономия и физический эксперимент, контроль технологических режимов, дефектоскопия, и т.д.) требуется производить измерение температуры различных объектов преимущественно бесконтактными методами. Способы, основанные на бесконтактной передаче информации от закрепленного на объекте контактного датчика [3], имеют ограниченную область применения и не получили широкого распространения. Это связано с особенностями контактного измерения температуры: инвазивность метода, влияние качества контакта, сложности при измерении температуры движущихся объектов и т.д. Наиболее часто задача бесконтактной термометрии решается путем применения инфракрасных (ИК) радиометров, измеряющих интенсивность собственного теплового излучения объектов.
Сфера применения ИК радиометров постоянно расширяется, при этом повышаются требования, предъявляемые к точности, чувствительности, пространственной разрешающей способности, быстродействию, динамическому диапазону ИК радиометров.
Измерение высоких температур материалов в условиях глубокого вакуума (до 10'5 мм рт.ст.) происходит в сложных внешних условиях: мощный плазменный пучок в области нагрева, сопровождаемый рентгеновским излучением; испарение металла и необходимость сохранения высокого вакуума. Эти условия требуют существенного усложнения

зачеканенная в поверхность объекта (необходима только для калибровки). Отметим, что наклон оси зрения радиометра относительно нормали к поверхности объекта в соответствии с законом Ламберта не влияет на результат измерения.
область напыления
Рис. 2.4 При смещенном измерении уменьшается осаждение металла на стекле ИК-ввода.
Дополнительное преимущество метода смещенного измерителя заключается в защите стекла ИК-ввода от напыления при электроннолучевой обработке металла в вакууме. Основное назначение диафрагмированной системы - затенение оптического излучения, приходящего извне области визирования. Из Рис. 2.4 видно, что диафрагмированная оптическая система аналогичным образом задерживает и поток частиц расплавленного вещества (поскольку молекулы движутся по прямолинейным траекториям). Таким образом, диафрагмированная оптическая система с меньшим коэффициентом рассеяния вне главного лепестка в оптическом диапазоне также лучше подавляет напыление на стекло. Используя данный эффект, можно полностью отказаться от различных активных методов [48], [49] борьбы с напылением.
При измерении температуры вне точки нагрева погрешности, обусловленные описанными мешающими факторами уменьшаются (в различной степени), однако возможно появление дополнительных погрешностей, обусловленных косвенным характером измерения.