Резонансный метод бесконтактного анализа оптических спектров и его техническая реализация для решения задач контроля процессов горения

• Автор: Ваганов, Михаил Александрович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 152 с. : ил.

Содержание
Введение

1 Спектральные измерения в оптическом диапазоне для решения

задач контроля процессов горения

1.1 Оптические методы контроля процессов горения

1.1.1 Фотографические методы

1.1.2 Теневые и интерференционные методы

1.1.3 Контроль процесса горения путем измерение скорости потока газа

1.1.4 Контроль процесса горения путем измерения температуры

1.1.5 Спектроскопические методы контроля процессов горения

1.2 Принципы получения спектроскопической информации

в оптическом диапазоне
1.3 Методы анализа спектра в оптическом диапазоне и основные типы оптических спектральных приборов, выполняющие контактный анализ спектра
1.4 Сравнительный анализ спектральных приборов оптического диапазона
1.5 Оптические спектральные приборы бесконтактного анализа
спектра
1.6 Принципы построения спектральных приборов, выполняющих бесконтактный анализ спектра оптического
излучения резонансным методом
1.7 Аналитические методы спектрометрии
1.8 Выводы
2. Элементы теории линейных систем и теории сигналов в задачах аппаратурного гармонического анализа
2.1 Постановка задачи
2.2 Радиооптический подход
2.3 Модель анализируемого оптического сигнала
2.4 Интеграл суперпозиции для спектрального прибора

2.5 Переменные во времени спектры
2.6 Выводы
3. Резонансный метод бесконтактного параллельного анализа оптических спектров
3.1 Многоканальный резонаторный спектрометр оптического диапазона
3.2 Теоретический анализ работы резонаторной системы многоканального спектрометра оптического диапазона
3.3 Анализ энергетического спектра оптических сигналов многоканальным резонаторным спектрометром
3.3.1 Анализ энергетического спектра оптического сигнала
3.3.2 Методы оценки энергетического спектра оптического сигнала
3.4 Выводы
4 Результаты экспериментального исследования
4.1 Аппаратурная реализация прибора контроля в форме многоканального спектрометра оптического диапазона
4.2 Результаты экспериментального исследования лабораторного макета многоканального резонаторного спектрометра
оптического диапазона
4.3 Области возможного применения многоканального
резонаторного спектрометра оптического диапазона
4.3.1 Многоканальный спектрометр для решения задач контроля процессов горения
4.3.2 Многоканальный спектрометр для решения задач контроля технологических процессов
4.4 Выводы 132 Приложение А. Номенклатура интерференционных узкополосных оптических фильтров видимого диапазона, выпускаемых фирмой
Omega Optical, Inc
Заключение
Список использованных источников

Введение
Актуальность темы. Процессы горения, встречающиеся в природе и в технике, весьма многообразны. Они широко используются в различных сферах: в двигателях внутреннего сгорания, ракетных двигателях, на тепловых электростанциях, в военном деле [1]. Методы экспериментального исследования процессов горения создавались в неразрывной связи с развитием теории горения. На различных стадиях развития представлений об этих процессах соотношение между теорией и экспериментом менялось, однако всегда ощущался недостаток экспериментальных данных [2]. Поэтому создание и развитие методов контроля и оптимизации процессов горения является одной из актуальных задач научных и прикладных исследований. Наибольшее распространение в практике нашли оптические методы контроля, отвечающие необходимости изучения быстропротекающих процессов горения. К таковым следует отнести фотографические методы в разных вариантах (скоростная и сверхскоростная фотография), теневые, интерференционные, спектроскопические и методы измерения температуры пламени или скорости потока газа, возникающего при горении [2].
К числу наиболее информативных оптических методов контроля относятся спектроскопические, где прибором контроля является спектрометр, который исследует электромагнитное излучение как сигнал, несущий спектроскопическую информацию об объекте, т.е. о процессе горения. Основные преимущества спектроскопических методов состоят в следующем [2]:
• не вносят возмущений в исследуемую среду и не вызывают изменения ее физических и химических свойств;
• обладают большой чувствительностью;
• позволяют осуществлять контроль в реальном времени;

Искажение волнового фронта анализируемого излучения, вызванного конечными размерами щели, приводит к существенным погрешностям спектральных измерений.
1.5 Оптические спектральные приборы бесконтактного анализа спектра
Оптические спектральные приборы, проводящие бесконтактный анализ спектра оптических сигналов, строятся по такому же принципу, что и спектральные приборы для контактного анализа спектра. Единственным отличием является применение линии передачи анализируемого сигнала -носителя спектроскопической информации на заданное расстояние от источника оптического излучения, т.е. очага горения. В качестве линии передачи оптического сигнала используется одномодовые или многомодовые оптические волокна.
Одной из первых работ, где приводятся результаты разработки оптического спектрального прибора реализующего бесконтактный принцип получения спектроскопической информации, является диссертация [5]. В качестве диспергирующего элемента в этом спектральном приборе используется акустооптический перестраиваемый фильтр [5].
В настоящее время существует ряд портативных спектрометров с применением оптического волокна в качестве линии передачи анализируемого оптического сигнала. Эти оптические спектрометры в основном выпускаются зарубежными фирмами [24, 25, 26].
Портативные спектрометры являются дифракционными спектральными приборами, и в качестве диспергирующего элемента используются дифракционные решетки, либо диспергирующая система, состоящая из дифракционных решеток и/или призм.
В таблице 1 приведены некоторые технические характеристики приборов, реализующих бесконтактный метод анализа спектра оптических