Повышение термостабильности оптико-электронных приборов фотометрического и бесконтактного теплового контроля

• Автор: Шкаев, Александр Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 202 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КАК УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ
1.1 Методы и средства оптико-электронного контроля
1.2 Аналитическое обоснование возможностей создания термостабильных оптико-электронных приборов контроля
1.3 Исследования возможностей применения
приемников оптического излучения
1.4 Обоснование возможностей использования
источников оптического излучения
1.5 Выводы
ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СТАБИЛЬНОГО
ПРИЕМНИКА ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
2.1 Исследование основных характеристик фотодиодов
2.2 Разработка стабильных приемников оптического излучения
2.2.1 Разработка термостабильного фотоприемника
на основе фотодиода
2.2.2 Термостатированный приемник
2.3 Математическая модель термокомпенсации
основных параметров фотодиодов
2.4 Разработка фотодиодного преобразователя
2.5 Экспериментальные исследования характеристик разработанного фотопреобразователя на основе фотодиода
2.6 Исследование основных характеристик фоторезисторов
2.7 Выводы
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СТАБИЛЬНОГО
ИСТОЧНИКА ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
3.1 Исследование основных характеристик ламп накаливания

3.2 Разработка стабильного источника излучения
на основе лампы накаливания
3.3 Исследование стабильного источника излучения
3.4 Исследование схемы источника излучения как САР
3.5 Оценка устойчивости к дестабилизирующим факторам системы автоматического регулирования
3.6 Выводы
ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ
ПРИБОРОВ
4.1 Разработка и применение датчика контроля
за иылегазовыбросами
4.2 Разработка и применение фотометров
4.2.1 Разработка и применение фотометра для измерения концентрации примесей в жидких средах
4.2.2 Разработка анализатора моторных
и гидравлических масел
4.3 Разработка и применение приборов
бесконтактного контроля температуры
4.3.1 Эталонный источник излучения для пирометра
4.3.20итико-электронный прибор бесконтактного контроля
температуры
4.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Электрические схемы и конструкции
фотометрических устройств
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Акты внедрения результатов работы

ВВЕДЕНИЕ
Высокая информационность оптико-электронных средств создает основу для широкого применения этого типа устройств при решении ряда практических задач контроля технологических процессов. К их числу относятся задачи контроля геометрических параметров изделий различного назначения, качественного и количественного фотометрического анализа состава жидких и газообразных веществ, структуры материалов. Широко применяются методы оптического контроля для задач дефектоскопии и бесконтактного контроля температуры [1-3].
На сегодняшний день отечественными и зарубежными производителями предлагается большое количество различных средств оптического контроля [1-21].
Как показывает проведенный анализ, в технологическом контроле в различных отраслях промышленности существует целый ряд процессов, в которых целесообразно применение оптико-электронных средств контроля. К таким задачам, прежде всего, относятся контроль количественного содержания различных примесей в жидкостях, пирометрия, контроль за пылегазовыбросами, для целей экологического мониторинга. Особенно актуальной является задача контроля за пылегазовыбросами предприятий. В настоящее время контроль за содержанием пылегазовыбросов ведется, в основном, методами аспирационного отбора проб из газоходов с последующими лабораторными весовыми анализами в течение нескольких часов. При этом результаты анализов могут различаться на 50 % в одном замере, а их протяженность во времени не позволяет оперативно получать информацию о качестве работы пылегазоочистиого оборудования в темпе технологического процесса. Обзор отечественной и зарубежной технической информации показал, что разработка простых и функционально надежных устройств оптико-электронного неразрушающего контроля, встроенных в технологические процессы, работоспособных при изменении температуры

1 - напыленный СёБ (295 К); 2 - ФСК-М1 (С<К при 295 К); 3 - ФСД (СсШе при 295 К); 4 - монокристалл р-типа из йе: Аи при 77 К; 5 - ФСА (РЬ8 при 295 К); 6 - РЬве (295 К); 7 - монокристалл п-типа из ЛпАэ при 295 К; 8 - монокристалл из 1п8Ь при 295 К; 9 - Се: Нё (30 К); 10 - Се: 2ш БЪ (53 К); 11 - Се: Сб (4,2 К); 12 - ве: Си (4,2 К); 13 - Се: Ъа (4,2 К).
Фотодиоды - полупроводниковые приборы, основанные на внутреннем фотоэффекте, использующие одностороннюю проводимость р-п - перехода, при освещении которого генерируется ЭДС (фотогальванический режим) или изменяется значение обратного тока от внешнего источника питания (фотодиодный режим) [7, 8, 33, 34].
Спектральные характеристики фотодиодов представлены на рис. 1.11.

.,мкм

V, см-Гц'^- Вт’
Рис. 1.11 Спектральные характеристики ФД: (а) охлаждаемых из 1п8Ь; неохлаждаемых: (б) из 1пАэ; (в) СаАэ, БІ и Се.