WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |   ...   | 17 |

Величко, александр павлович разработка ик­радиометрического комплекса, обеспечивающего дистанционный контроль и исследование облаков и прозрачности атмосферы москва

-- [ Страница 10 ] --

На основе кинематического расчета был разработан и изготовлен сканирующий узел, позволяющий зондировать метеообъект в пределах 38° и с угловой скоростью со = 0,1117 рад/с. "Нулевое" положение зеркала относительно оптической оси ИК-радиометра составляет угол 45°, качание зеркала относительно этого положения - ±9,5°. К оси качания зеркала через простую кинематическую пару, удваивающую угол качания, подключен датчик углов, выполненный на основе однооборотного потенциометра. Электрический сигнал с датчика, величина и знак которого меняются пропорционально углу поворота зеркала, поступает в блок обработки выходных параметров синхронно с величиной радиационного излучения метеообъекта, измеренной ИК-радиометром под этим углом.

Платформа сканирующей ИК-установки может быть выставлена горизонтально с помоодью юстировочного механизма, либо по определенному углу места (в зависимости от местонахождения метеообъекта), перемещая один ее край относительно другого по градуировочной кривой. Общ^ш вид макета сканирующей ИК-установки представлен на рис. 2.12.

Рис. 2.12. Общий вид сканирующей ИК-установки.

Блок обработки измеренных данных ИК-радиометра позволяет получить в среде Microsoft Excel температуно-временную и угловую развертку каждой серии измерений, а также запись измеренных значений в текстовом формате. Пример серии измерений показан на рис. 2.13, 2.14.

Рис. 2.13. Пример записи чистого неба при приземной температуре провести с использованием пакета компьютерных программ Matcad и в результате получить поверхностную температурную диаграмму метеообъекта в угловых координатах и тепловую карту этого объекта с цветовой градацией температуры. На рис. 2.15, 2.16 представлены соответственно поверхностная температурная диаграмма и тепловая карта серии измерений, первоначальный вид которой представлен на рис. 2.14.

Рис. 2.15. ЗБ-диаграмма распределения температуры нижней границы облака (пространственно-временная развертка).

Рис. 2.16. 20-диаграмма распределения температуры нижней границы облака (пространственно-временная развертка).

2.3. Метод измерения плотности оптически полупрозрачных облаков Основными недостатками метода Вильсона для определения коэффициента пропускания полупрозрачного облака, рассмотренного в первой главе, являются: 1) теоретический расчет интенсивности излучения Солнца при различных моделях атмосферы; 2) необходимость последовательного наведения измерительной ИК-установки на Солнце, закрытое полупрозрачным облаком, потом на это же облако (или его фрагмент) без Солнца. Первый недостаток вносит ощутимые погрешности при измерениях полупрозрачных облаков в реальной атмосфере, а второй требует, естественно, проведения таких операций вручную, что сказывается в первую очередь на оперативности зондирования и требует постоянного участия и внимания обслуживающего персонала.

предлагаемый в данной работе, позволяет избежать отмеченных недостатков, но с другой стороны появляется погрешность в измерении излучения высокотемпературного источника.

Суть метода заключается в постоянном (автоматическом) слежении за высокотемпературным источником (Солнцем), периодически перекрываемом полупрозрачными облаками. В этом случае реальное состояние атмосферы (прозрачность) учитывается в каждом цикле измерений. Для этого необходимо разработать следящую систему за перемещением Солнца, причем точность наведения и сопровождения Солнца должны обеспечивать погрешность измерения прозрачности облака значительно ниже, чем при методе Вильсона.

Однако измеряемый температурный диапазон Ж-радиометрическим способом ограничен. В лучшем случае современные ИК-радиометры промышленного исполнения измеряют температуру в интервале от - 50°С до + 500°С, в то время как радиационная температура Солнца составляет несколько тысяч градусов Кельвина, а температура облаков верхнего яруса И Ч С О О неба составляет порядка -70°К. В связи с этим была разработана методика расширения измеряемого температурного диапазона с применением при измерениях полиэтиленовой пленки, «прозрачной» на рабочем участке спектра (подробно эта методика для низких температур описана в пункте 2.1).

Предложена и разработана экспериментальная установка для проведения натурных измерений, структурная схема которой представлена на рис.2.17.

Рис. 2.17. Структурная схема следящей ИК-фотометрической установки Автоматическое слежение за Солнцем обеспечивается специальным каналом, состоящим из оптической схемы, четырехэлементного приемного узла оптического юлучения (видимый и ближний ИК-диапазоны), электронного блока и системы приводов.

Оптическая схема следящего канала представлена на рис. 2.18.

Рис. 2.18. Оптическая схема следящего канала.

Основными элементами оптической схемы являются объектив 2, формирующего изображение Солнца, четырехгранная пирамидка 3 с диффузным отражением (для равномерного распределения интенсивности излучения в пучках лучей, падающих на чувствительные площадки ПИ) и четырех приемников излучения (фотодиоды ФД-27К), расположенных в плоскости изображения объектива 2 под углом 90° друг к другу.

В электронном блоке (рис. 2.19) каждая противоположная пара фотодиодов соединена в мостовую схему, обеспечивающую слежение за смещением изображения Солнца в вертикальной или горизонтальной плоскостях. При смещении изображения Солнца в любой из плоскостей соответствующая мостовая схема вырабатывает разностный электрический двигатель через привод осуществляет в данной плоскости направленное смещение следящей системы (согласно знаку разностного сигнала) до выравнивания освещенности на соответствующей паре фотоприемников.





mi-m ФЛ-2Я m-VOI \Z} W Рис. 2.19, Электрическая функциональная схема следящего канала.

направленности ИК-радиометра, вызывающим изменение измеряемой радиационной температуры на 0,5% (значительно меньше погрешности, получаемой при использовании метода Вильсона). Для этого была измерена температурная диаграмма Солнца методом, изложенном в п. 2.2.

Анализ этой диаграммы показал, что требуемое минимальное изменение температуры вызывает смещение Солнца на 15 угловых минут (т.е.

полдиска Солнца при диаграмме направленности, равной 1,6°).

В соответствие с этим электрическая схема была рассчитана таким образом, чтобы при минимальном смещении Солнца (15') величина напряжения на двигателе достигала пускового значения.

Кинематическая схема приводов для коррекции системы по азимуту и углу места представлена на рис. 2.20.

НвтО! шЛедения Iteimximm пжккт Рис. 2.20. Кинематическая схема приводов следящей системы.

После отработки выходных параметров отдельных узлов следящего канала и макета установки в целом была собрана экспериментальная следящая система, общий вид которой представлен на рис. 2.21.

На рис. 2.22 представлен экспериментальный график радиационной автоматическом слежении в течерше 6 секунд, когда Солнце было закрыто полупрозрачным облаком переменной плотности в течение 4,35 сек.

По методам измерений, изложенным в п.п. 2.1 и 2.2, ИКрадиометром регистрируется радиационная температура, вычисляемая по величине ИК-излучения в рабочем спектральном диапазоне, попадающего во входной зрачок радиометра. Но для расчета основных характеристик необходимо знать температуру непосредственно нижней границы облака.

Для ее определения необходимо предпринять следующие щаги:

(поверхностной диаграммы), полученной при очередной серии измерений, выбрать участок с максимальной температурой, постоянной в пределах мгновенного угла поля зрения ИК-радиометра.

2. Из формулы (2.3) найти плотность потока излучения в измеряемом спектральном диапазоне от нижней границы облака:

где ЩЛ1)г,м. - плотность потока излучения чистого неба (фона) в измеряемом спектральном диапазоне; т(АХ)атм - коэффициент пропускания атмосферы в данном спектральном диапазоне; R(AX)omp - плотность потока излучения подстилающей поверхности (земли) и восходящего потока подоблачного слоя атмосферы, переотраженного вниз нижней границей измеряемого облака.

(поглощательная) способность Е(АХ) нижней границы стремится к единице, т.е. в этом случае альбедо нижней границы: Аиг -^0 и R(AX)omp~ 0. В иных случаях R(AX)omp оценивается по эмпирическим данным в среднем 5-7 % от собственного излучения облака [66].

3. Для вычисления Я{АХ)изм определить интегральную плотность измеряемого излучения:

где Тизм - радиационная температура, измеренная ИК-радиометром; о- постоянная Стефана-Больцмана; s - интегральный коэффициент излучения нижней границы облака.

4. Рассчитать плотность излучения R(AX)U3M ДЛЯ спектрального интервала 8,0 - 14,0 мкм с использованием безмерных коэффициентов (табл. 1 Прилож. 1):

где Л^^ = —— (закон Вина).

5. Аналогично определить плотность потока излучения чистого неба в этом же спектральном диапазоне (радиационная температура чистого неба определяется по той же температурно-временной диаграмме).

6. Определить коэффициент пропускания атмосферы Хатм(^^) по следующей методике:

а). Определить коэффициент Гя^о(АЯ), зависящий от содержания паров воды в подоблачном слое атмосферы:

- известную высоту подоблачного слоя Hj,j. разбить на п-ое количество подслоев, считая, что в каждом из них относительная влажность постоянная (большее количество подслоев дает более точный результат);

- по средней высотной точке подслоя определить относительное содержание водяного пара в каждом подслое (табл. 2, Прилож. 1) в зависимости от приземной относительной влажности;

- определить толщину слоя осажденной воды для каждого подслоя, учитывая зенитный угол зондирования в [32]:

где Tjj^- температура воздуха /-го подслоя (°К); /,- относительная влажность /-Г0 подслоя; е,- упругость насыщающих паров (Па) для Г^ температуры воздуха; Я,- средняя толщина /-го подслоя; упругость насыщающих паров в зависимости от температуры воздуха можно определить по табл. 3 Приложения 1 [32];

- определить общую толщину осаждешюй воды подоблачного слоя:

- П таблице спектральных коэффициентов пропускания излучения парами воды для количества осажденной воды (см. приложение 1, табл. 4) с учетом интерполяции определить приближенно спектральные коэффициенты пропускания подоблачного слоя в рабочем диапазоне 8- мкм через определенный спектральный шаг (для более точного результата необходимо взять значения спектральных коэффициентов пропускания с наименьшим шагом);

- определить коэффициент пропускания Тл^о{АЛ)ддя всего рабочего спектрального диапазона как среднее значение спектрального коэффициента пропускания в данном диапазоне;

б). Определить коэффициент ГсоДАА), зависящий от концентрации углекислого газа в подоблачном слое:

- зная высоту нижней границы облака Hj,j., разбить ее на п-ное количество подслоев (как и в предыдущем пункте);

- по средней высотной точке для каждого подслоя определить поправочный коэффициент ki^^ по таблице 5 Приложения 1 [32];

- определить эквивалентную толщину каждого поглощающего подслоя по формуле:

- по известной эквивалентной толщине поглощающего подслоя атмосферы определяем спектральные коэффициенты пропускания излучения углекислым газом с таким же спектральным шагом, как и в пункте а) (Прилож. 1, табл. 6);

-определить спектральные коэффициенты пропускания излучения углекислым газом всего подоблачпого слоя:

- определить коэффициент пропускания ГсоДАЯ) для всего рабочего спектрального диапазона как среднее значение спектрального коэффициента пропускания в данном диапазоне;



Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |   ...   | 17 |
 


Похожие работы:

« Пастухов Юрий Викторович ИНФОРМАЦИОННО – ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПРОМЫШЛЕННОЙ КОРРОЗИИ С ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ НА ОСНОВЕ ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (в машиностроении) Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель – докт. техн. наук, профессор Муха Ю. П. Волгоград - 2014 2 Оглавление Введение.... 5 Глава 1. Современное состояние ...»

« Фесько Юрий Александрович РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ ФОРМЫ ОБЪЕКТОВ 05.11.07 – Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – кандидат технических наук, профессор Тымкул Василий Михайлович Новосибирск – 2014 2 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение 1 Аналитический обзор научно-технической и патентной литературы по оптическим и оптико-электронным ...»

« ЛАРИН АЛЕКСЕЙ АНДРЕЕВИЧ СПОСОБЫ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ Специальность: 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель -кандидат технических наук, старший научный сотрудник Бакулин В.Н. Научный консультант - кандидат технических наук, доцент Резниченко В.И. Москва 2013 2 Содержание ...»








 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.