WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 10 | 11 || 13 | 14 |   ...   | 17 |

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

-- [ Страница 12 ] --

аппроксимирована экспонентой:

где А - характеристика, обратно пропорциональная величине энергии, необходимой для перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости; Т- температура полупроводника (°К).

В ИК-радиометре в цепь питания болометра включено нагрузочное сопротивление R^ (рис.3.2), которое одновременно выполняет роль сопротивления фильтра нижних частот. При определенной рабочей температуре на вольамперной характеристике можно подобрать рабочую точку и наклон нагрузочной прямой таким образом, что в некотором рабочем интервале (порядка 10° - 20°) статистическая вольтваттная чувствительность будет близка к постоянной (рис.3.4.). Для этого необходимо выполнение условия:

Из этого условия можно найти оптимальную величину сопротивления нагрузки:

экспериментально, используя уравнение аппроксимации. В динамическом диапазоне комплексное сопротивление нагрузки значительно ниже Я„ опт.Для рассматриваемого измерительного устройства динамическая вольтваттная чувствительность:

где Е - напряжение источника питания; G - сопротивление теплообмена болометра; R(T) - сопротивление чувствительного элемента болометра при температуре Т; со - частота модуляции радиациошюго потока; т постоянная времени болометра.

устройства зависит от температуры болометра и от частоты модуляции. В конструкциях некоторых ИК-радиометров термостабилизация болометра часто отсутствует.

Оценку зависимости динамической вольтваттной чувствительности радиометра от частоты модуляции можно получить из последней зависимости. Выполнив дифференцирование и упростив, получим;

Разделив левую и правую части уравнения на р(а)), получим выражение относительной ошибки, вызванной изменением частоты модуляции:

зависимости от частоты модуляции представлены в таблице 3.1.

Выходные показания ИК-радиометра по излучению источника по- 84, стоянной яркости метра, % Стабильность частоты модуляции в исследуемом ИК-радиометре была улучшена синхронизацией модулятора камертонным генератором.

Кроме того, болометр был помещен в специальный термостат, температура в котором автоматически поддерживалась на уровне 35°С с точностью до 0,Г.

После включения в схему радиометра камертонного генератора и термостатирования болометра стабильность ИК-радиометра значительно возросла: среднеквадратичная погрешность составила 242 мкВт/см -стер, (рис.3.1.в).

На завершающем этапе была исследовано влияние оптической системы на стабильность работы радиометра.

В оптической схеме радиометра на приемник воздействует помимо излучения исследуемого объекта и опорного излучателя излучение и взаимное переотражение излучения деталей оптической схемы. Общее энергетическое уравнение ИК-радиометра с учетом оптической системы можно записать в виде:

где и - напряжение на входе синхронного детектора электронного усилителя; К[р(Х,ю,Т,1)] - комплексный коэффициент передачи приемника излучения совместно с электроршым усилителем; p(X,co,T,i) - динамическая вольтваттная чувствительность приемника излучения; Ао, rjp, & характеристики оптической системы ИК-радиометра: площадь входного зрачка, коэффициент полезного действия, мгновеьшый пространственный угол зрения; Е„ - интегральное значение облученности приемника излучения опорным излучателем в спектральном диапазоне АХ; EL.интегральное значение облученности приемника излучения i - ой деталью измерительного канала; Ео.и. - то же для канала опорного излучателя.

Полная компенсация излучения деталей оптической системы возникает лишь тогда, когда разность сумм "засветок" в приведенном уравнении будет равна 0. Реально, в условиях эксплуатации, ИКтермометр подвергается случайному воздействию температуры. Это приводит к тому, что каждая деталь оптической системы характеризуется собственным температурным полем вдоль ее излучающей поверхности, которое непрерывно меняется, т.к. оптическая система стремится войти в термодинамическое равновесие с окружающими излучателями, температура которых непрерывно изменяется.

Благодаря внешнему воздействию температуры составляющая излучения оптической системы имеет случайный характер и не может быть учтена с помощью калибровки ИК-термометра по эталошюму излучателю.

Для оценки ошибки ИК-радиометра, вызванной излучением деталей оптической системы, последняя была помещена в термостат, температура в котором поддерживалась автоматически с точностью ±2° на уровне 32°С.

термостатированным приемником излучения, камертонным генератором и стабильным электронным усилителем показали, что измерения таким метеорологических условий. Среднеквадратичная погрешность составила 22 мкВт/м^ -стер.

усовершенствованиям, среднеквадратичную ошибку ИК-радиометра удалось понизить с 1087 мкВт/см^ -стер, до 22 мкВт/см^ -стер., что составило 0,4% шкалы прибора.

Результаты поэтапных исследований ИК-радиометра, проведенные при различных метеорологических условиях, приведены на рис.3.1 (а - г).

Рис.3.1. Результаты исследований стабильности ИК-радиометра:

а) - первоначальные результаты многократной градуировки;

б) - после замены электронного усилителя стабильным усилителем;

в) - после термостабилизации болометра и стабилизации частоты модуляции;

г) - после термостабилизации оптической системы.

Рис.3.2. Схема измерительного устройства ИК-радиометра.

3.3. Температурная характеристика приемника излучения.

Рис.3.4. Вольтамперные характеристики приемника ИК-радиометра.

В ИК-термометрах благодаря модулятору на приемник излучения попеременно с частотой со направляется либо измеряемый поток, либо поток опорного излучения. В результате ИК-термометр регистрирует разность потоков:





где Фоб - поток излучения от объекта на входном зрачке оптической системы; Фои. - поток излучения опорного излучателя.

Для реализации измерений с высокой точностью излучение онорного излучателя должно быть высокостабильным независимо от внеиишх факторов. Это является основным требованием к опорному излучателю.

Лучистость онорного излучателя:

где Вом. - лучистость опорного излучателя; Вч,т. - лучистость черного тела;

Вф - лучистость онтической системы (дана без учета спектральной характеристики); е{АЯ)- среднее значение коэффициента излучения опорного излучателя в снектральном диапазоне АХ.

Т.к. Вф является случайной величиной, то из последнего уравнения следует, что стабильность Во.и. зависит от величины Чем больше {АЛ) приближается к единице, тем выше стабильность излучения поверхности опорного излучателя.

Определим вариации плотности излучения в зависимости от вариаций температуры излучающей поверхности опорного излучателя и вариаций коэффициента излучения. Очевидно, что где R - шютность излучения поверхности опорного излучателя; г(Х,,Т) спектральная шютность излучения; АХ = Х2 - Xj - рабочий спектральный диапазон (интервал интегрирования).

значениях температуры поверхности опорного излучателя.

Рис.3.5. Вариации плотности излучения опорного излучателя при различных температурах от вариаций температуры и коэффициента При температурах опорного излучателя более 250°С вариации плотности излучения значительно возрастают, и требуется высокая точность термостабилизации излучающей поверхности опорного излучателя (порядка сотых долей градуса) и однородность температурного поля вдоль поверхности, что представляет собой сложную техническую задачу.

Схема устройства опорного излучателя, установленного при исследованиях в радиометр, изображена на рис. 3.6. Опорный излучатель изготовлен из толстого алюминиевого диска. На одной поверхности диска специальным резцом нанесены концентрические канавки клиновидной формы глубиной 0,5 мм. Среднее значение коэффициент излучения зачерненной электрохимическим способом гладкой поверхности алюминия в спектральном диапазоне 5 - 1 5 мкм составляет 0,91 - 0,93, а зачерненной поверхности, покрытой концентрическими канавками клиновидного сечения - 0,998. Т.е. коэффициент излучения такой поверхности по величине близок к излучению абсолютно черного тела и достаточно стабилен во времени.

В теле диска опорного излучателя на расстоянии 1 мм от излучающей поверхности размещен спещ1альный платиновый термометр, с помощью которого измеряется с повышенной точностью температура алюминия вблизи излучающей поверхности в центре диска. Одновременно термометр является звеном отрицательной обратной связи системы автоматического терморегулирования опорного излучателя.

На противоположной поверхности диска вырезаны концентрические пазы прямоугольной формы, в которые уложены витки обмотки электрообогревателя из медной проволоки, обеспечивающие равномерный приток тепловой энергии к рабочей поверхности диска. Опорный излучатель помещен в термоизолирующдй корпус из пенопласта и закрыт полиэтиленовым фильтром.

Рис.3.6. Схема устройства опорного излучателя.

1 - теплоизолирующий корпус; 2 - полиэтиленовая пленка; 3 - излучающая поверхность; 4 - платиновый термометр; 5 - прижимной винт; 6 нагреватель из медной проволоки; 7 - крышка.

Расчеты температурных градиентов вдоль излучающей поверхности диска и его пограничном слое показали, что градиент температуры вдоль излучающей поверхности диска меньше 0,0017см, а градиент температуры В пограничном слое диска при максимальной разности температур диска и окружающей среды в 10° составляет менее 0,0017см.

Электрообогрев опорного излучателя с целью термостабилизации излучающей поверхности осуществляется автоматически. Расход электроэнергии на обогрев опорного излучателя составляет примерно Вт/час.

В схеме автоматического термостатирования опорного излучателя предусмотрена возможность регистрации температуры поверхности диска.

Колебания температуры поверхности опорного излучателя относительно установленного уровня 310°К не превосходит 0,05°.

Устройство для термостатирования оптической системы.

Термостат оптической системы ИК-радиометра изготовлен в виде герметизированного цилиндра, в стенках которого имеются окна прозрачности из тонкой пленки полиэтилена. Термостат наполнен сухим азотом, который находится под небольшим избыточным давлением.

Компенсация излучения окна прозрачности из полиэтиленовой пленки осуществляется размещением такой же пленки в канале опорного излучателя. Термостат теплоизолирован фетром и окрашен специальной краской, защищающей термостат от нагрева прямой солнечной радиацией.

В термостате на поверхности корпуса оптической системы закреплен платшювый терморезистор, который соединен с измерительной мостовой схемой системы терморегулирования трехпроводной линией, обеспечивающей компенсацию сопротивления проводников линии.

Термометр включен в плечо оптимального моста. Напряжение разбаланса моста поступает на вход операционного усилителя, у которого дрейф нуля незначителен. При уменьшении темнературы в термостате на 0,02° от заданного уровня исполнительное устройство включает обогрев термостата. После подогрева термостата и увеличения в нем температуры на 0,02° от заданного уровня электрообогрев также автоматически выключается.

Получение высоких показателей термостатирования достигнуто конструкцией элемеьпов электрообогрева. Эти элементы выполнены из высокоомных сплавов состоит в следующем;

- больщая площадь поверхности нагревателя;

- высокая однородность температурного поля вдоль поверхности поверхности нагревателя, что гарантирует высокую техническую надежность термостата; а также позволяет использовать для термоэлектроизоляции нежаропрочные обычные материалы;

термостатируемого устройства.

Вся внутренняя поверхность термостата покрыта наклеенной одним термостатируемом объеме. Согласно результатам испытаний, температура деталей оптической системы ИК-радиометра поддерживается на заданном уровне с точностью ±1,5° независимо от внешних метеорологических условий при общем энергопотреблении термостата не более 15 Вт.



Pages:     | 1 |   ...   | 10 | 11 || 13 | 14 |   ...   | 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.