WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |   ...   | 17 |

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

-- [ Страница 9 ] --

Ограниченность измеряемого температурного диапазона ИКрадиометров (ИК-термометров) различного назначения обусловлена несколькими причинами. Ограничение в области низких температур объясняется отсутствием в этом диапазоне стабильных эталонных черных тел, по излучеьшю которых можно было бы произвести калибровку радиометра; в области высоких температур ограничение накладывается приемником излучения.

Применение современных ИК-радиометров для измерения объектов в более широком температурном диапазоне возможно, если использовать дополнительный объект (среду) с известной температурой (например, температура окружающей среды), прозрачный в рабочем спектральном диапазоне и перекрывающий угол поля зрения объектива радиометра. При измерении низкотемпературного тела это будет дополнительно излучающий объект, а при измерении высокотемпературного тела поглощающий. Причем интенсивность излучения (поглощения) будет зависеть от оптической толщины этого объекта (среды). Таким образом, варьируя оптической толщиной дополнительного объекта, можно получить общую температуру (исследуемое тело + дополнительный объект), значение которой попадает в измеряемый температурный интервал радиометра. Зная вклад дополнительного объекта фиксированной толщины, легко определить истинную температуру исследуемого тела.

Поскольку необходимость расширения температурного диапазона возникла при исследовании облаков и ясного неба в "окне прозрачности" атмосферы ( 8 - 1 4 мкм), то наиболее подходящим материалом для дополнительного объекта может служить пищевая полиэтиленовая пленка определенной толщины (например, 10 мкм), при десяти слоях имеющая спектральный коэффициент пропускания в данном диапазоне длин волн т Рис. 2.4. Спектральный коэффициент пропускания Применяя различное количество слоев пленки, можно варьировать интенсивностью излучения (температурой), регистрируемой ИКрадиометром.

Прозрачность пленки в данном спектральном диапазоне была изучена с помощью инфракрасного спектрофотометра ИКС - 29, предназначенного для регистрации спектров поглощения и отражения различных веществ и измерения коэффициентов пропускания в диапазоне от 2,38 до 25 мкм.

Для определения вклада, вносимого полиэтиленовыми пленками в излуче1ше, принимаемое РЖ-радиометром, был проведен следующий лабораторный эксперимент (рис. 2.5). Полиэтиленовая пленка в один слой наклеивалась на специальные квадратные рамки, устанавливаемые в кассете. При этом особое внимание уделялось процедуре наклеивания, поскольку малейшее натяжение пленки приводит к изменению ее толщины. На оптической скамье устанавливался РПС-термометр фирмы Raytek, программное обеспечение которого позволяет определить непосредственно температуру исследуемого объекта. Перед объективом термометра располагается кассета с пленками. В качестве макета исследуемого объекта используется дистиллированная вода в прозрачном контейнере (выполнен из той же полиэтиленовой пленки), так как при зондирова1гаи атмосферы в "окне прозрачности" основным поглощающим (излучающим) компонентом являются пары воды Н2О, облака, как исследуемый объект, имеют также водную структуру с спектральным коэффищ1ентом излучения = 0,93. Контейнер изготавливается такого размера, чтобы он гарантировано заполнял угол поля зрения ИКтермометра на определенном расстоянии (от 1 м до 4 м).

Рис.2.5 Структурная схема эксперимента.

температуры, близкой к 0°С (до перехода в другое агрегатное состояние), а затем помещался на экспериментальную установку. Измерения температуры воды ИК-термометром проводились сериями с определенной периодичностью (через 5°С) по мере ее нагревания до комнатной температуры. Одна серия измерений проводилась за время относительной температурной стабильности объекта (AT ~ О, Г) с последовательным увеличением слоев пленки от О до 5.

Аналогично проводились измерения в интервале температур, превышающем температуру окружающей среды. Дистиллированная вода предварительно нагревалась, и по мере ее охлаждения также проводились периодические измерения. Однако степень нагрева воды ограничивалась механическими свойствами пленки (до +50°С).

Поскольку целью проводимого эксперимента было расширение измеряемого температурного интервала в сторону низких температур, то в качестве измеряемого объекта необходима среда, аналогичная по основным оптическим параметрам водной, не изменяющая своих характеристик в низкотемпературной области (вода при 0°С изменяет свое агрегатное состояние). За основной экспериментальный компонент был взят этиловый спирт (температура замерзания порядка -115°С).

ИК-термометр наводили на боковую поверхность емкости, находящейся на расстоянии 1 м и производили измерения ее температуры сначала без пленки, затем с одним слоем пленки, потом с двумя слоями и так до пяти слоев пленки. Затем емкость ставили от ИК-термометра на расстоянии 2, 3, 4 м и производили измерения температуры емкости со спиртом в том же порядке. Расстояния до измеряемого объекта изменялись для оценки степени влияния этого объекта на температуру пленки. Было установлено, что при дистанции 2 м от объекта температура пленки в естественных условиях соответствует температуре окружающей среды независимо от температуры объекта. По мере естественного нагревания спирта до комнатной температуры измерения производили с такой же определенной периодичностью, как и с контейнером с водой. Для получения высоких температур емкость со спиртом нагревали с помощью горячей воды, в которую ее помещали на некоторое время. Измерения проводилась в максимально широком температурном диапазоне от -27 °С до +45 "С (при низких температурах во время измерений необходимо постоянно удалять образующийся слоя инея с контролируемой поверхности).





Результаты измерений были сведены в таблицы, на основании которых были построены графики зависимостей температуры спирта и воды от количества накладываемых пленок (рис. 2.6,2.7).

Рис. 2.6. График зависимостей температуры воды от количества слоев Рис. 2.7. График зависимостей температуры этилового спирта от Из Э И графиков видно, что температурные зависимости имеют практически пропорциональный характер, их угол наклона к оси абсцисс зависит только от количества слоев пленок (угол наклона температурной прямой, полученной без пленки, составляет 45°.

проведенных со спиртом и водой, графики зависршостей совместили (рис.

2.8). В области положительных температур они совпали, таким образом, оптическими свойствами в данном спектральном диапазоне.

Рис. 2.8. Совмещенный график зависимостей температур воды и спирта.

Приняв экспериментальный график этилового спирта за основной, температурные значения усреднили под пропорциональную зависимость и достроили полученные прямые до точки -70°С. Окончательный график представлен на рис. 2.9.

Для применения этого графика в экспериментальных измерениях низкотемпературных объектов (облаков верхнего яруса и чистого неба) необходимо учитывать температуру плеьжи (окружающей среды): точка пересечения прямых перемещается по «нулевой» прямой до положения, соответствующего данной температуре.

Разработанный способ расширения низкотемпературной области температурного интервала прошел тщательную проверку при проведении натурных измерений радиационной температуры нижней границы облаков различных типов и по чистому небу. Метеообъекты выбирались с температурой, измеренной без пленки, значение которой гарантированно входило в измеряемый температурный интервал ИК-радиометра. Затем полиэтиленовой пленки. Результаты очень хорошо согласовывались с экспериментальным графиком: абсолютная погрешность не превышала 0,2°С. При ИК-радиометрическом зондировании окружающей среды такая приемлема.

Рис. 2.9. Экспериментальный график коррекции температуры метеообъектов для полиэтиленовой пленки толщиной 10 мкм.

2.2, Температурное сканирование движущегося метеообъекта Для получения наиболее полной информации обо всем облаке или иного подвижного метеообъекта при дистанционном зондировании наиболее приемлем метод сканирования.

разработанную на базе того же ИК-радиометра фирмы «Raytek».

Поскольку эта установка предназначена для измерения параметров облаков (т.е. объектов, обладающих направленным движением), то их сканирование можно осуществить на неподвижной наземной ИКустановке следующими способами:

- внедрить в ее оптический тракт сканирующий элемент (плоское зеркало, либо зеркальный барабан);

- разработать сканирующий узел крепления самого ИК-радиометра.

При этом плоскость сканирования должна быть перпендикулярна направлению движения метеообъекта.

Использование качающегося плоского зеркала или подвижного узла крепления ИК-радиометра позволяет осуществить пилообразное сканирование объекта, а зеркального барабана - построчное сканирование.

Второй вариант, конечно, более предпочтителен, поскольку позволяет получить более подробную информацию об объекте. Однако при небольщих углах сканирования (20° -^ 40° - средний угловой размер облаков нижнего яруса) зеркальный барабан будет представлять собой довольно громоздкую конструкцию. Применение сканирующего ИКрадиометра возможно при определенных погодных условиях (отсутствие дождя).

Поэтому ИК-установка со сканирующим (качающимся) зеркалом с внешним зеркальным покрытием позволяет избежать отмеченных недостатков, хотя и предполагает некоторое ослабление сигнала от метеообъекта (коэффициент отражения зеркала в рабочем спектральном диапазоне составляет порядка 0,7).

функциональная схема сканирующей ИК-установки представлена на рис.2.10.

Рис.2,10. Функциональная схема сканирующей ИК-установки.

исходных параметрах.

Угловая скорость сканирования ИК - системы должна обеспечить получение наиболее полной информации о движущемся объекте: с одной стороны получение максимального количества точек при каждом проходе, с другой стороны - как можно большее число проходов. Предпочтение одному условию влечет за собой уменьшение другого. Для компенсации рассчитывалась, исходя из быстродействия (постоянная времени приемника) и угла поля зрения ИК-радиометра:

где со - угловая скорость сканирования;

2W- угол поля зрения ИК-радиометра (равен 1,6°);

т - быстродействие приемника (равно 250 мс).

Угол сканирования принимаем равным 9 = 40° (примерно в этот угловой диапазон впишется любое отдельное облако на фоне чистого неба).

Число проходов при зондировании в этом случае зависит от высоты метеообъекта и скорости его движения: чем ниже находится объект и чем выше его линейная скорость перемещения, тем меньшее число проходов удается осуществить. Так, при зондировании облака нижнего яруса высотой Н=1000м, имеющего угловые размеры а = 20° и скорость V = 10м/с, количество проходов п будет равно:

где tcK. - время одного прохода (/„ = ^'^ ').

Отсюда п = 5,64, т.е. при низко расположенном облаке, обладающем достаточно высокой скорости (сильный ветер) получаем число проходов сканирования более 5 (свыше 140 точек, из которых 70 приходится на данное облако). Этого, конечно, мало, но, с одной стороны, неселективные приемники РЖ-излучения, применяемые в данном рабочем спектральном диапазоне, имеют большую инерщюнность, с другой - в примере использованы максимально невыгодные для измерения параметры метеообъекта.

разработанного сканирующего узла.

Рис. 2.11. Кинематическая схема сканирующего узла.



Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |   ...   | 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.