WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 11 | 12 || 14 | 15 |   ...   | 17 |

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

-- [ Страница 13 ] --

3.2, Методы градуировки ИК-радиометрической аппаратуры коэффищ1ентов преобразования, т.е. множителей, позволяющих энергетической яркости абсолютно черного тела, приведенного ко входу радиометра. Результаты градуировки обычно оформляются в виде графиков или таблиц, где в качестве независимого переменного принимается температура абсолютно черного тела.

Градуировку ИК-радиометров, предназначенных для работы на борту искусственных спутников, обычно осуществляют в вакуумной камере. В некоторых работах приводится описание способов градуировки ИК-радиометров с использованием моделей черного тела. На самом деле, градуировку в специальной вакуумной камеры необходимо проводить только для таких радиометров, приемник излучения которых не герметизирован и находится в открытом пространстве. Если эти радиометры градуировать в условиях воздушной среды, то помимо теплообмена между приемником и визируемой поверхностью черного тела возникает конвективный теплообмен и теплообмен между приемником и термодинамической системой за счет теплопроводности воздушной среды, что не позволяет получить надежные результаты градуировки.

ИК-радиометры и спектрорадиометры метеорологических спутников в большинстве случаев конструктивно выполнены таким образом, что их приемник размещен в герметизированном отсеке достаточно большого объема, который заполнен инертным газом при постоянном давлении.

Радиационный теплообмен герметизированного приемника с визируемой поверхностью осуществляется через одномерный ИК-фильтр.

Ко1тективный теплообмен внутри герметизированного отсека и теплообмен за счет теплопроводности газовой среды являются квазистационарными, независимо от внешних условий. Для таких конструкций ИК-радиометров точность измерения практически не зависит от того, в воздушной ли среде или в вакууме проводятся измерения.

В задаче градуировки ИК-термометров в целях уменьшения погрешности градуировки температура черной излучающей поверхности применяемых градуировочных излучателей или моделей черного тела должна быть близкой к радиационным температурам объектов наблюдения, в частности, поверхности Земли и ее атмосферы (130 - 330°К).

Проектирование моделей черного тела с температурой излучающей поверхности ниже 300°К сопряжено со значительными трудностями.

Например, если холодная излучающая поверхность соприкасается с теплым воздухом, то на поверхности конденсируется водяной пар, и образуется слой конденсата, который имеет более высокую температуру, чем излучающая поверхность. Это, пожалуй, является главной причиной того, что до настоящего времени практически отсутствуют модели черных тел в виде протяженных излучателей достаточно больщой площади с температурой излучающей поверхности ниже 273°К, способные функционировать в атмосфере.

При исследовании стабильности ИК-радиометра нужно изготовить ряд градуировочных излучателей, а также специальную спектрорадиометрическую установку повышенной стабильности, благодаря чему оказалось возможным разработать и применить специальную методику градуировки и исследовать погрешности градуировки ИК-радиометра как в области положительных, так и отрицательных температур.

Градуировка ИК-радиометра по эталонному излучателю.

В качестве эталонного излучателя для градуировки используется тающий лед дистиллированной воды, который заготовлялся в виде пластин с гладкой поверхностью. Пластина тающего льда при градуировке устанавливается вертикально, перпендикулярно оптической оси радиометра. При таком положении пластины образующаяся талая вода непрерывно стекает с поверхности пластины. Благодаря этому излучающая поверхность тающего льда имеет стабильную температуру 0°С независимо от атмосферного давления.

Между поверхностью тающего льда и объективом ИК-радиометра была установлена бленда цилиндрической формы, изготовленная из дюралюминия. Ее стенки имели толщину 12 мм. Наружная новерхность бленды защищена антирадиащ^онным покрытием, внутренняя поверхность специально обработана механическим и электрохимическим способом аналогично поверхности опорного излучателя (рис. 3.6). Коэффициент черноты внутренней поверхности по результатам измерений составил 0,9987. Благодаря высокой теплопроводности корпуса температура внутренней излучающей поверхности бленды практически однородна вдоль этой поверхности.

градуировке по излучению тающего льда дистиллировашюй воды определяется зависимостью:

где Апдел^Щ - п - показания шкалы ИК-радиометра; К - коэффициент передачи радиометра; aj,(X) - спектральная характеристика излучательной способности тающего льда дистиллированной воды, вычисленная по уравнениям Френеля.

Если известны спектральные характеристики элемешгов оптической облученностью приемника излучением тающего льда и эквивалентной температурой Тжв. приведенного ко входному зрачку оптической системы радиометра черного тела:

составляющей облученности приемника Р1К-радиометра потоком излучения от визируемой поверх1юсти и температурой черного тела на температурной шкалы:

В первом случае предполагается, что на входпом зрачке оптической системы паходится неотражающее тело, излучение которого отсутствует.

Тогда на приемник воздействует модулированное излучение опорного излучателя, и показания шкалы ИК-радиометра будет определяться зависимостью:

Второй случай соответствует условиям градуировки ИК-радиометра по нормальному излучению поверхности тающего льда дистиллированной воды.

В третьем случае температура опорного излучателя, эквивалентного черному телу, равна температуре черного тела, помещенного во входном зрачке оптической системы. При таком условии переменная составляющая модулированного излучения равна нулю, что соответствует случаю, когда приемник закрыт непрозрачным экраном, находящимся при той же постоянной температуре, что и приемник. Согласно первому уравнению показания шкалы в третьем случае:





что удобно принимать за начало шкалы ИК-радиометра.

В результате градуировка РЖ-радиометра по излучению тающего льда дистиллированной воды позволяет онределить коэффициент преобразования Ко, устанавливающий связь между делениями шкалы радиометра и облученностью приемника черным телом, помещеш1ым во входном зрачке оптической системы, если известны спектральные характеристики ее элементов (нормального пропускания полиэтиленовой пленки TifX); поглощения приемника излучения sfX); нормального пропускания одномерного фильтра Т2(Х); нормального отражения полиэтиленовой YUIQHKHP(X)).

Вычислив облученности приемника радиометра при температурах Том. и Гэяа, определяется разность облученностей, которая составила мкВт/см^ при температурах черного тела во входном зрачке РЖрадиометра То.и.= 310°К и Тэкв,= 272,7°К. Так как спектральная характеристика поглощения приемника излучения в интервале длин волн - 14 мкм не имеет экстремумов, а рабочий спектральный диапазон ИКрадиометра составляет 8 - 1 4 мкм, то найденная разность облученностей приемника излучения пропорциональна разности переменных составляющих выходных напряжений этого приемника.

Градуировка и поверка ИК-радиометра проводилась многократно по излучению тающего льда дистиллированной воды. Пластинка льда, заготовленная в холодильной камере, устанавливается вертикально вплотную к бленде. Первоначально лед холоднее 0°С. Постепенно нагреваясь, через несколько минут лед приобретает температуру таяния, которая сохраняется стабильной продолжительное время, до окончания процесса таяния.

После того, как наступило таяние льда, производятся отсчеты:

первоначально закрывается приемник излучения непрозрачной заслонкой и фиксируется показание ИК-термометра По, затем заслонка открывается и снимается сигнал от поверхности тающего льда щ. Отсчеты повторяются несколько раз. После обработки результатов градуировки определяется цена деления шкалы ИК-радиометра в единицах облученности приемника:

Затем результаты градуировки по излучению тающего льда аппроксимируются выражением:

где An = По - п (п -показания шкалы радиометра); р(Х) - спектральная характеристика отражения поверхностей.

В ингервале температур 70°К - 320°К была получена, согласно последней формуле, кривая аппроксимации (рис.3.1). В последующих экспериментах, при градуировке ИК-радиометра другими способами, было установлено, что результаты градуировки удовлетворительно согласуются с кривой аппроксимации.

Расчет погрешности градуировки ИК-радиометра по эталонному Применявшийся метод градуировки ИК-радиометра по эталонному излучателю с аппроксимацией результатов градуировки требует всесторонней оценки погрешностей, связанных с погрешностями измерения спектральных характеристик элементов оптической системы радиометра и погрешностью измерения рабочей температуры бленды.

Формула градуировки РЖ-радиометра выглядит следующим образом:

где АЕ - разность облученностей приемника ИК-радиометра опорным излучателем и визируемой поверхностью льда; АЯ - эффективное значение интервала интегрирования.

Диснерсия ошибки определяется по формуле:

Будем считать среднеквадратичную ошибку измерения спектральных характеристик а^ известной.

где Е,„=\ Тогда Относительное значение ошибки:

Дисперсия относительной ошибки:

Аналогично Величиной дисперсии за счет ошибки измерения температуры бленды можно пренебречь, т.к. спектральная характеристика отражения льда дистиллированной воды в спектральном диапазоне 8-14, мкм меньше 1%.

Исходя из выражений (3.16; 3.20.- 3.22):

Из выражения (3.23) следует, что дисперсия относительной градуировки ИК-радиометра пропорциональна дисперсии относительной ошибки измерения спектральной характеристики его оптической системы.

Градуировка ИК-радиометра по контрольному излучателю.

Сравнение результатов градуировок по контрольному и эталонному Метод градуировки ИК-радиометра по излучению тающего льда дистиллированной воды был разработан после окончания исследований стабильности радиометра и реконструкции отдельных элементов функциональной схемы. Первоначально при поэтапных исследованиях стабильности элементов функциональной схемы РЖ-радиометра для сконструированный контрольный излучатель, который работал только при положительных температурах. После разработки метода градуировки по излучению тающего льда с целью сравнения результатов проводилась градуировка по контрольному излучателю с применением жидкого азота в области отрицательных температур.

Устройство контрольного излучателя идентично конструкции опорного излучателя (рис. 3.6). Разница состоит лишь в том, что термостабилизируется, и ей можно задавать различную температуру с охлаждения жидким азотом.

тончайшей пленкой гидрофобного вещества, которое способствует удалению конденсата в виде инея при охлаждении этой поверхности жидким азотом. Тонкий слой гидрофобного покрытия образуется после однократного смачивания поверхности контрольного излучателя однопроцентным раствором технического вазелина в чистом бензине. При проверке на спектрометрической установке отражения поверхности контрольного излучателя установлено, что спектральная излучательная способность поверхности после обработки ее раствором не изменилась.

аналогично пластине льда - вплотную к бленде.

температуры излучающей поверхности контрольного излучателя регистрировались по платиновому термометру, входящего в конструкцию контрольного излучателя, и ИК-радиометром.

В области отрицательных температур, когда применяется жидкий азот, градуировка проводится по специальной методике. Для охлаждения поверхности контрольного излучателя ее смачивали жидким азотом.



Pages:     | 1 |   ...   | 11 | 12 || 14 | 15 |   ...   | 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.