WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 12 | 13 || 15 | 16 |   ...   | 17 |

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

-- [ Страница 14 ] --

Температура контрольного излучателя по мере кипения жидкого азота на излучающей поверхности плавно понижалась. Жидкий азот, кроме того, очищал поверхность излучателя от инея, образовавшегося на ней после предыдущего сеанса охлаждения. Охлажденный жидким азотом до некоторой температуры контрольный излучатель устанавливается вплотную к бленде. После этого непрерывно регистрировались кинетическая температура излучающей поверхности контрольного излучателя датчиком температуры и сигнал ИК-радиометра. Изменение во времени кинетической и радиащюьшой температур после сеанса охлаждения контрольного излучателя жидким азотом приведено на рис.

3.7.

До момента времени ti идет процесс выравнивания температуры в теле контрольного излучателя, так как вначале сеанса излучающая поверхность холоднее, чем область с датчиком температуры. После выравнивания температур до момента t2 радиационная и кинетическая температуры медленно увеличиваются с одинаковой скоростью. Затем радиационная температура излучающей поверхности начинает увеличиваться несколько быстрее, чем кинетическая. Это связано с тем, что излучающая поверхпость покрывается слоем инея, толщина которого непрерывно увеличивается. На рис. 3.8 приведена экспериментальная зависимость увеличения (приращения) радиационной температуры излучающей поверхности контрольного излучателя от толщины образующегося слоя инея. При толщине слоя инея на излучающей поверхности до 0,5 - 0,7 мм радиационная температура поверхности практически не увеличивается по отношению к кинематической. Затем, по мере роста слоя инея, происходит увеличение излучения.

Рис.3.7. Временная зависимость кинетической (Тк) и радиационной (Тр) температур контрольного излучателя после сеанса охлаждения его Рис,3.8, Приращение радиационной температуры AT в зависимости кратковременные сеансы охлаждения диска кипящим на его поверхности жидким азотом, понижающие каждый раз температуру диска на 15° - 30°, создают благоприятный эффект, т.к. при таком изменении температуры выравнивание кинематической и радиационной температур диска происходит достаточно быстро и на момент времени t2 (рис.3.7) толщина образовавшегося слой инея незначительна (менее 0,7 мм).

Промежуток времени ti - t2, когда излучение контрольного излучателя недостаточно искажено за счет инея, можно принять для отсчета температуры контрольного излучателя и выходного показания РПСрадиометра.

Сравнивая на едином графике зависимости, полученные различными способами градуировки ИК-радиометра (градуировка по эталонному излучателю, уравнение аппроксимации и градуировка по контрольному излучателю), можно сделать следующий вывод (рис.3.9).

Рис.3.9. График градуировки ИК-термометра.

- по тающему льду дистиллирова1щой воды и спектральным характеристикам оптической системы; д - по контрольному излучателю, охлажденному жидким азотом; + - по модели черного тела.

Полученные двумя способами результаты градуировки по тающему льду и контрольному излучателю удовлетворительно соответствуют друг другу и являются равнозначными по точности.

Для исключения элемента случайности совпадения рассмотренных результатов градуировки дополнительно исследуем действие модели низкотемпературного черного тела в виде полостного излучателя, действующего в интервале температур 200 - 300°К.

Модель низкотемпературного черного тела.

Схема модели черного тела изображена на рис.3.10. Термованна наполнена этиловым спиртом 8, который охлаждается с помощью твердой углекислоты до температуры порядка 200°К. Температура спирта в термованне контролируется платиновым термометром 9 с точностью О,Г.

Равномерное температурное поле во всем объеме термованны создается интенсивным перемешива1шем спирта специальным электромиксером 5. В термованну вмонтирована коническая полость 4, изготовленная из листового алюминия, излучающая поверхность которой зачернена электрохимическим способом. Для того, чтобы поверхность конического излучателя не покрывалась конденсатом, впереди конического излучателя расположен герметичный щшиндр 2, который имеет окна прозрачности из тонкого полиэтилена. На окна прозрачности наклеены платиновые пленочные термометры сопротивления 6, с помощью которых измеряется температура этих окон. Коническая полость и цилиндр наполнены газообразным сухим азотом. Термованна помещена в теплоизолирующий корпус из пенопласта. Охлажденный этиловый спирт в термованне может подогреваться с помощью электронагревателя (на схеме не показан) и, таким образом, может создаваться любая температура этилового спирта в интервале от 200°К до 300°К.

1 - окна из полиэтиленовой пленки; 2 - герметичный "черный" цилиндр; 3 термованна; 4 - коническая полость; 5 - электромиксер; 6 - платиновые пленочные термометры сопротивления; 7 - патрубки; 8 - спирт; 9 платиновый термометр сопротивления.

Температурное поле в объеме термованны исследуется с помощью специального дифференциального термометра. Электрическая схема такого термометра представлена на рис. 3.11.

В качестве чувствительных элементов в схеме использованы терморезисторы ЩТ). Терморезисторы предварительно проградуированы по температуре. Измерительный ток в терморезисторах не превосходит порога допустимой рассеиваемой мощности.

Рис.3.11. Функциональная электрическая схема дифференциального Измерение разности температур дифференциальным термометром осуществляется следующим образом. Датчики помещаются в термованну и с помощью потенциометра ги по нуль-гальванометру Г мостовая схема балансируется. Затем один датчик перемещается в другую точку объема термованны, и вновь балансируется схема. После этого определяется разность показаний калиброванного потенциометра ги и вычисляется разпость сопротивлений датчиков, помещенных в разные точки исследуемого объема:





где RT определяется по температуре Т спирта в термованте и графику градуировки датчиков температуры.

Разность температур AT ъ измеряемых точках объема термованны определяется по значению ARj и чувствительности датчиков при температуре Т. При интенсивном перемешивании спирта в термованне разности температур в различных точках объема не превышают 0,03°.

Температура излучающей поверхности конической полости модели черного тела практически равна температуре спирта в термованне.

коэффициент излучения материала поверхности нолости. Эффективное значение коэффициента излучения вычислено по известному уравнению Гуффе [107] и составляет 0,998.

Яркость нормально направленного излучения рассматриваемой модели черного тела определяется по измеренным значениям температур спирта и полиэтиленовых пленок методом приближенного интегрирования с учетом спектральных характеристик направленного пропускания и излучения полиэтиленовых пленок и расчетному значению коэффициента излучения конической полости.

где Ei(Xi) - спектральный коэффициеет излучения конической полости;

Xi(Xi) - спектральный коэффициент нормально направленного пропускания полиэтиленовой пленки; 2(Xi ) -спектральный коэффициент рюрмально направленного излучения полиэтиленовой пленки; г(Хи Т) - спектральная плотность излучения; 7/, Т2, Тз - температуры спирта и полиэтиленовых пленок соответственно; т-п- интервал интегрирования.

температуру модели черного тела из интегрального уравнения:

Результаты градуировки ИК-радиометра по излучению модели низкотемнературного черного тела нанесены на график градуировки ИКрадиометра по излучению тающего льда дистиллированной воды и контрольному излучателю (рис.3.9).

удовлетворительно соответствует двум предыдущим и является равнозначным по точности.

В результате проведенных исследований и последующего анализа графика градуировки ИК-радиометра можно сделать следующий вывод:

тающий лед дистиллированной воды в "окне прозрачности" 8-14 мкм, при условии применения специальной бленды для защиты от излучения фона, может применяться в качестве радиометрического эталона.

Глава 4. Разработка фотографических методов оиределения некоторых параметров разорванной облачности 4.1. Фотографический метод определения высоты метеообъекта Высота нижней границы облака является одной из основных оптических характеристик облачности, которая измеряется дистанционным методом. Соответствующая обработка этого параметра позволяет получить такие характеристики, как водность и водозанас облака.

Существуют несколько способов измерения высоты облаков:

радиолокационный, акустический, световой. Однако для первого способа требуется дорогостоящая аппаратура, для других - сложная и громоздкая приемопередающая система. Существует и фотографический метод определения высоты облачности с горизонтальным расположением фотокамер, но он дает существенные погрешности. Методики измерений высоты облаков отмечениыми способами достаточно подробно рассмотрены в различных работах.

Рассмотрим новый метод, имеющий ряд преимуществ перед существующими: простота процесса измерения, компактность, относительная дешевизна аппаратуры, высокая точность определения высоты облака. Однако, имеется и существенный недостаток - этот способ применим только при разорванной облачности (при высокой контрастности объекта и фона).

Две одинаковые (по основным параметрам) цифровые фотокамеры (видеокамеры), направлешше в зепит, располагаются на разной высоте L по одной вертикали (рис.4.1).

Рис. 4.1. Схема фотографического метода определения 2со - угол поля зрения фотокамеры;

2(о'- угол, под которым виден объект (облако) нижней фотокамерой, чей размер 2R полностью перекрывает угол поля зрения верхней камеры;

Я - высота облака (нижней границы).

Исходя из'геометрических соображений:

Решая уравнение (4.1) и (4.2) относительно L, получим:

С другой стороны диагональ кадра D (полного снимка) фотокамеры связана с ее углом поля зрения следующим соотношением:

где d - расстояние от главной плоскости объектива фотокамеры до матрицы (плоскости изображения).

Сравним кадры синхронной съемки двух фотокамер (рис. 4.2) Рис. 4.2. Кадры синхронной съемки двух фотокамер.

Размер изображения объекта (облака) по диагонали на верхнем кадре АВ получен для угла 2(о, а размер изображения того же объекта по диагонали на нижнем кадре А„ 5„ - для угла 2со'.

Поскольку расстояние d для двух кадров одно и то же (формула 4.4), будет справедливо выражение:

где D - диагональ полного кадра;

а- разность размеров изображения объекта по диагонали {a = AB-A^Bj.

Подставив выражение (4.5) в формулу (4.3), получаем:

Точность юмерения высоты АЯ будет зависеть от минимальной величины Да.

Аа^1„- зависит от предельного увеличения кадра (снимка), т.е. от размера пикселя изображения.

Предельное увеличение полного снимка (100%-ного) в Adobe Photoshop 5.0 равно 1600 %, а 100% - ный снимок увеличен относительно кадра по диагонали (Окадра = 50 мм) в 14,111... раз.

Общее увеличение изображения составляет lispib".

Оценим погрешность юмерения высоты нижней границы облака АЯ/Я в зависимости от Я.

Реально измеренная высота нижней границы облака Я равна:

разрешение Да= 1 мм).

При L = 10 м; 15 м; 20 м и максимальном увеличении относительная погрешность ДЯ/Я определения высоты облака будет составлять (D =11288,8 мм):

Сравним представленный метод с другим, когда две одинаковые (по относительно друг друга. Рассмотрим случай, когда углы сканирования обеих фотокамер различны (рис, 4.3).

О/ и «2 - углы сканирования, выбираются для каждой заданной высоты.

Я - высота облака (нижней границы), расстояние, на котором расположены фотокамеры друг Lотносительно друга.

Исходя из геометрических соображений:

Решая уравнения (4.9) и (4.10) получим:



Pages:     | 1 |   ...   | 12 | 13 || 15 | 16 |   ...   | 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.