Метод и спектральное устройство определения пространственного распределения термодинамической температуры

• Автор: Казаков, Виктор Алексеевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 170 с. : ил.

Содержание
Содержание
Введение

1. Современное состояние проблемы

1.1. Бесконтактные измерения температуры и

приближение Вина

1.2. Спектральные методы измерения температуры

1.3. Измерители температурных полей

1.4. Выводы

2. Уточненный метод спектральных отношений

2.1. Метод спектральных отношений,

базирующийся на уравнении Планка
2.2. Методическая и инструментальная
погрешности
2.3. Чувствительность метода к измеряемым
параметрам
2.4. Выводы
3. Экспериментальные исследования в видимом
диапазоне длин волн
3.1. Экспериментальная установка для регистрации
спектра собственного теплового излучения протяженных накаленных объектов
3.2. Определение температуры в точке
3.3. Использование линейной аппроксимации
спектральной зависимости коэффициента
излучения для уменьшения методической
ошибки.
3.4. Определение пространственного
температурного распределения вдоль

вольфрамовой нити накаливания
3.5. Определение температурного рельефа поверхности вольфрамовой ленты накаливания
3.6. Выводы
4. Экспериментальные исследования в дальнем ИК-диапазоне
4.1. Создание тепловизионной камеры на основе ИК-модуля для включения его в состав измерителя температурных полей
4.2. Описание экспериментальной установки для определения теплового поля поверхности для дальнего ИК-диапазона и измерения температуры движущихся объектов
4.3. Определение температурного рельефа поверхности в дальнем ИК-диапазоне
4.4. Методика определения температуры движущихся объектов
4.5. Исследование возможности расширения углового поля зрения на основе ИК-камер
4.6. Выводы Заключение
Список цитированной литературы Приложения
Введение
Актуальность темы:
Диссертационная работа посвящена вопросам, связанным с бесконтактным определением пространственного распределения термодинамической температуры при неизвестной излучательной способности и методике определения температуры перемещающихся в пространстве объектов.
С появлением тепловизоров стало возможным визуализировать и измерять пространственное распределение мощности собственного теплового излучения, исходящего от каждого элемента поверхности объекта в направлении тепловизора. Картину пространственного распределения интенсивности собственного излучения часто называют тепловой картиной или тепловым портретом объекта.
Пространственное распределение интенсивности излучения часто отождествляют с температурной картиной - температурным полем объекта. Однако в большинстве практически значимых случаев картина регистрируемого пространственного распределения интенсивности не совпадает с температурным пространственным распределением из-за влияния ряда факторов, и, в частности, из-за неоднородного распределения излучательной способности по поверхности объекта из-за неплоской формы поверхности объекта и ряда других факторов.
Опыт работы с тепловизорами показывает, что даже при эквитемпературной поверхности визуализируемого сюжета, можно наблюдать и легко различать объекты. Так, например, наблюдение с помощью тепловизора зимнего пейзажа, когда объекты имеют одинаковую температуру можно получать четкую тепловизионную картину пейзажа. В этом случае возможно наблюдение из-за различий в излучательной способности различных фрагментов и элементов сюжета.
Попытки использовать методы традиционной пирометрии для создания
оптико-электронных устройств, позволяющих визуализировать

Глава 2. Уточненный метод спектральных отношений
2.1. Метод спектральных отношений, базирующийся на уравнении Планка
Выражение для расчета температуры спектрального отношения по Планку
Для бихроматического метода спектрального отношения, используя функцию Планка, можно записать выражение:
тур£Р1Т)Мр(ур а25 (вагР (д^^) - ]-)
М(Л2,Г) КЬ.Т)М^г,Т)
Уравнение (2.1) является трансцендентным, что не позволяет получить строгое аналитическое выражение для расчета цветовой температуры. Для решения уравнения (2.1) можно использовать численный метод решения уравнений.
Обозначим через М и М2 функции: М= М(ХиТ) = е(К,Т)-МР{Х,Т) и М2=М(к2,Т) = с(/,2,Т)'Мр('к2,Т). Тогда выражение (2.1) принимает вид

Введем функцию Г(ТцР, М1( М2, Л1( Я2):
р/т м м , п м1 ,
( "Р , 2 , ( ' }
Для нахождения решения уравнения (2.1) воспользуемся методом Ньютона, обеспечивающим быструю сходимость. Рис. 2.1 поясняет последовательность процедур итерационного процесса метода Ньютона.