WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 16 |

Резонансный метод бесконтактного анализа оптических спектров и его техническая реализация для решения задач контроля процессов горения

-- [ Страница 1 ] --

Ф ЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННО Е АВТОНОМНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖ ДЕНИ Е

ВЫСШ ЕГО ПРОФ ЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУ ДАРСТВ ЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

АЭРО КОСМИЧЕСКОГО П РИБОРОСТРО ЕНИЯ»

На правах рукописи

Ваганов Михаил Александрович Резонансный метод бесконтактного анализа оптических спектров и его техническая реализация для решения задач контроля процессов горения 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 О. Д. Москалец Санкт-Петербург Содержание Введение 1 Спектральные измерения в оптическом диапазоне для решения задач контроля процессов горения 1.1 Оптические методы контроля процессов горения 1.1.1 Фотографические методы 1.1.2 Теневые и интерференционные методы 1.1.3 Контроль процесса горения путем измерение скорости потока газа 1.1.4 Контроль процесса горения путем измерения температуры 1.1.5 Спектроскопические методы контроля процессов горения 1.2 Принципы получения спектроскопической информации в оптическом диапазоне 1.3 Методы анализа спектра в оптическом диапазоне и основные типы оптических спектральных приборов, выполняющие контактный анализ спектра 1.4 Сравнительный анализ спектральных приборов оптического диапазона 1.5 Оптические спектральные приборы бесконтактного анализа спектра 1.6 Принципы построения спектральных приборов, выполняющих бесконтактный анализ спектра оптического излучения резонансным методом 1.7 Аналитические методы спектрометрии 1.8 Выводы 2. Элементы теории линейных систем и теории сигналов в задачах аппаратурного гармонического анализа 2.1 Постановка задачи 2.2 Радиооптический подход 2.3 Модель анализируемого оптического сигнала 2.4 Интеграл суперпозиции для спектрального прибора 2.5 Переменные во времени спектры 2.6 Выводы 3. Резонансный метод бесконтактного параллельного анализа оптических спектров 3.1 Многоканальный резонаторный спектрометр оптического диапазона 3.2 Теоретический анализ работы резонаторной системы многоканального спектрометра оптического диапазона 3.3 Анализ энергетического спектра оптических сигналов многоканальным резонаторным спектрометром 3.3.1 Анализ энергетического спектра оптического сигнала 3.3.2 Методы оценки энергетического спектра оптического сигнала 3.4 Выводы 4 Результаты экспериментального исследования 4.1 Аппаратурная реализация прибора контроля в форме многоканального спектрометра оптического диапазона 4.2 Результаты экспериментального исследования лабораторного макета многоканального резонаторного спектрометра оптического диапазона 4.3 Области возможного применения многоканального резонаторного спектрометра оптического диапазона 4.3.1 Многоканальный спектрометр для решения задач контроля процессов горения 4.3.2 Многоканальный спектрометр для решения задач контроля технологических процессов 4.4 Выводы Приложение А. Номенклатура интерференционных узкополосных оптических фильтров видимого диапазона, выпускаемых фирмой Omega Optical, Inc Заключение Актуальность темы. Процессы горения, встречающиеся в природе и в технике, весьма многообразны. Они широко используются в различных сферах: в двигателях внутреннего сгорания, ракетных двигателях, на тепловых электростанциях, в военном деле [1]. Методы экспериментального исследования процессов горения создавались в неразрывной связи с развитием теории горения. На различных стадиях развития представлений об этих процессах соотношение между теорией и экспериментом менялось, однако всегда ощущался недостаток экспериментальных данных [2].

Поэтому создание и развитие методов контроля и оптимизации процессов горения является одной из актуальных задач научных и прикладных исследований. Наибольшее распространение в практике нашли оптические методы контроля, отвечающие необходимости изучения быстропротекающих процессов горения. К таковым следует отнести фотографические методы в разных вариантах (скоростная и сверхскоростная фотография), теневые, интерференционные, спектроскопические и методы измерения температуры пламени или скорости потока газа, возникающего при горении [2].

К числу наиболее информативных оптических методов контроля относятся спектроскопические, где прибором контроля является спектрометр, который исследует электромагнитное излучение как сигнал, несущий спектроскопическую информацию об объекте, т.е. о процессе горения. Основные преимущества спектроскопических методов состоят в следующем [2]:

не вносят возмущений в исследуемую среду и не вызывают изменения ее физических и химических свойств;

обладают большой чувствительностью;

позволяют осуществлять контроль в реальном времени;

применимы для исследования нестационарных, быстропротекающих явлений (таких, как горение, детонация, распространение ударных волн и т.д.), так как они не обладают малой инерционностью [2];

зачастую являются единственно возможными, например, при изучении весьма удаленных или труднодоступных объектов;

соответствующего химического элемента, о кинетической температуре излучающего газа (доплеровское уширение контура линии), о плотности возмущающих частиц (уширение из-за эффекта давления), концентрации заряженных частиц (штарковское уширение) и о концентрации излучающих частиц по интенсивности обнаруженной линии [3, 4].





Большая роль спектроскопических методов при решении задач контроля процессов горения требует дальнейшего совершенствования известных и разработки новых методов анализа спектра оптических сигналов, создания широкой номенклатуры спектральных приборов оптического диапазона, а также дальнейшей разработки теории спектральных измерений.

Существующие технические средства оптической спектроскопии, построенные по традиционному принципу, выполняют контактный анализ, при котором излучение непосредственно падает на вход спектрального прибора, и они не способны решать задачи контроля таких процессов горения, где непосредственный контакт прибора контроля с полем излучения пламени невозможен, либо нежелателен. Отсюда возникает острая потребность в приборах, позволяющих выполнять контроль процессов горения на основе бесконтактного анализа спектра оптического излучения, исключая непосредственный контакт прибора с полем излучения источника (очага горения). При бесконтактном анализе оптический сигнал падает не на вход прибора, а сначала передается на безопасное для него расстояние от очага горения, например, с помощью оптического волокна. В настоящее время существуют спектральные приборы, в которых для передачи анализируемого оптического сигнала используется одномодовые или многомодовые оптические волокна. Однако в этом случае возникает ряд трудностей, при использовании многомодового волокна происходит многомодового распространения излучения в волокне, что приводит к одномодовых волокон возникают серьезные трудности с вводом оптического излучения в волокно [6], в результате чего снижается светосила линии передачи, а, следовательно, и ухудшается чувствительность прибора.

Отсюда вытекает актуальность создания спектрометров с улучшенной чувствительностью, при сохранении или даже улучшении разрешающей способности прибора.

В диссертационной работе для решения задач контроля процессов горения разработан метод бесконтактного анализа оптических спектров, основанный на явлении резонанса в n параллельных каналах, и его техническая реализация в форме многоканального спектрометра. В разработанном приборе спектральное разложение осуществляется набором оптических резонаторов (узкополосных интерференционных оптических фильтров), настроенных на определенную частоту (длину волны). Для передачи излучений на вход спектрометра используется волоконнооптический жгут. Этот метод позволяет повысить чувствительность прибора контроля, без ухудшения его разрешающей способности.

Многоканальный резонаторный спектрометр оптического диапазона принципиально отличается от известных оптических спектральных приборов, и, следовательно, требует специального теоретического описания, спектрометрии раньше не применялся.

Разработка и исследование предлагаемого в данной диссертационной работе резонансного метода бесконтактного параллельного анализа оптических спектров и прибора контроля, реализующего этот метод, лежит в русле дальнейшего развития и совершенствования теории и практики оптической спектрометрии применительно к задачам контроля процессов горения, а также задачам контроля окружающей среды, различных веществ и материалов, что подчеркивает актуальность, проводимых в работе исследований.

диссертационной работы, являются составной частью НИР, проводимых по грантам РФФИ № 10-07-00371, № 11-07-00308 и № 13-07-00238 [7, 8, 9], а новизна разработанного спектрометра подтверждается полученным на него патентом РФ № 86734 [10].

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является повышение чувствительности контроля процессов горения на основе резонансного метода бесконтактного параллельного анализа оптических спектров.

В данной работе объектом исследования являются процессы горения, например, в двигателях внутреннего сгорания, ракетных двигателях, теплоэнергетических установках, а также пожары, в частности в корабельных отсеках, и т.п., а предметом исследования – оптические излучения, содержащие спектроскопическую информацию об этих процессах.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить задачи:

оптических спектров для решения задач контроля и обосновать его преимущества.

2. Предложить теоретический подход к анализу оптических спектров в рамках разработанного метода.

3. На основе предложенного подхода выполнить теоретическое исследование работы анализирующей части (резонаторной системы) многоканального спектрометра.

4. Дать теоретическое описание получения многоканальным спектрометром энергетического спектра, несущего информацию о состоянии контролируемого процесса горения.

5. Предложить схему построения прибора контроля, реализующего разработанный метод.

6. Разработать и создать лабораторный макет многоканального резонаторного спектрометра с передачей анализируемых сигналов по волоконно-оптическому жгуту.

оптического излучения с применением разработанного лабораторного макета.

Методы решения задач При проведении теоретического описания процесс анализа спектра оптических сигналов разрабатываемым многоканальным резонаторным спектрометром оптического диапазона целесообразно разделить на два этапа.

Сначала вычисляется комплексный спектр анализируемого оптического сигнала с помощью анализатора комплексного спектра, который входит в состав многоканального спектрометра и представляет собой его резонаторную систему. Второй этап заключается в дальнейшей обработке комплексного спектра детектирующей системой спектрометра для получения энергетического спектра, который является результатом спектрального измерения в оптическом диапазоне.



Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 16 |
 


Похожие работы:

« ГУСЬКОВ СЕРГЕЙ СЕРГЕЕВИЧ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИСТАНЦИОННОГО МАГНИТОМЕТРИЧЕСКОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ 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 Спиридович Евгений Апполинарьевич Нижний Новгород – 2014 2 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ Глава 1. ДИСТАНЦИОННЫЕ ...»

« Цыплакова Елена Германовна ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И МОНИТОРИНГА ВОЗДЕЙСТВИЯ АВТОТРАНСПОРТА НА АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ СЕВЕРНЫХ ГОРОДОВ Специальность 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук Научный консультант заслуженный деятель науки РФ, лауреат Государственной премии РФ, доктор технических наук, профессор Потапов Анатолий Иванович Санкт-Петербург – 2014 2 ОГЛАВЛЕНИЕ ...»

« ЛЮБЧИК АННА НИКОЛАЕВНА ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МАГНИТОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОДЗЕМНЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ Специальность 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель доктор геолого-минералогических наук, профессор Е.И. Крапивский САНКТ-ПЕТЕРБУРГ -2014 2 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ...»

« ПЕНКИН КОНСТАНТИН ВЛАДИМИРОВИЧ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СТАДИИ СИНТЕЗА ПРОИЗВОДСТВА ЭТАНОЛАМИНОВ И РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНЫХ СИСТЕМ КОРРЕКЦИИ ЕГО ФРАКЦИЙ НА ОСНОВЕ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ Специальность 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Сажин С.Г. Дзержинск – 2014 г. 2 Оглавление Введение Глава 1. Анализ ...»

« ПЕНКИН КОНСТАНТИН ВЛАДИМИРОВИЧ Математические модели стадии синтеза этаноламина и разработка оптимальных систем коррекции его фракций Специальность 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Сажин С.Г. Дзержинск – 2014 г. 2 Оглавление Введение Глава 1. Анализ технологического процесса синтеза этаноламинов как ...»

«Величко, Александр Павлович Разработка ИК­радиометрического комплекса, обеспечивающего дистанционный контроль и исследование облаков и прозрачности атмосферы Москва Российская государственная библиотека diss.rsl.ru 2007 Величко, Александр Павлович.    Разработка ИК­радиометрического комплекса, обеспечивающего дистанционный контроль и исследование облаков и прозрачности атмосферы [Электронный ресурс] : дис. . канд. техн. наук : 05.11.13. ­ Москва: РГБ, 2007. ­ (Из фондов Российской ...»

« 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.