УДК 621.307.13

Технічні науки / 7. Трубопрокатне виробництво

 

К.т.н., доцент Маркін М.О.

Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Україна

 

ДІАПАЗОН ЛІНІЙНОСТІ БІСПЕКТРАЛЬНОГО ТЕЛЕВІЗІЙНОГО ПІРОМЕТРА

 

Для отримання матеріалів із заданими властивостями або нових матеріалів використовуються спеціальні високотемпературні технології. Такі технології становляться ефективними лише при дотриманні технологічних вимог, що, в свою чергу, неможливо без відповідних технічних засобів вимірювання. Ці засоби вимірювання повинні надавати належну точність вимірювання та мати потенціал для подальшого покращення характеристик.

Вказані вимоги задовольняє низка технічних засобів вимірювання, серед яких окремо можна виділити телевізійні засоби вимірювання (ТЗВ) температури. Такі ТЗВ умовно можна поділити на два напрямки – ТЗВ, які аналізують залежність енергетичної яскравості випромінювання об’єкта в деякому діапазоні довжин хвилі від його температури та ті, що спіставляють потоки випромінювання в кількох спектральних діапазонах (мультиспектральні). [1]

Телевізійні засоби є надзвичайно ефективним інструментом теплового неруйнівного контролю, оскільки дозволяють одночасно забезпечити найвищі серед усіх інших інформаційно-вимірювальних засобів показники щодо максимального формату виборки, мінімального часу її формування та просторового розрізнення, що робить їх незамінними в тих випадках, коли саме така сукупність показників є визначальною.

Слід відмітити, що декілька питань, важливих з точки зору вимірювання високих температур залишаються невирішеними. Одним із таких питань на сьогодні є проблема створення біспектральних ТЗВ, які потенційно мають значні переваги перед монохроматичними. Наприклад, теоретично метод біспектральної пірометрії дозволяє звільнитися від проблеми точного визначення коефіцієнту випромінювальної здатності, що відкриває нові можливості для підвищення точності вимірювання температурних режимів, а отже, для підвищення якості продукції в високих технологіях, наприклад, в електронно-променевих технологіях отримання надчистих матеріалів та матеріалів із заданими властивостями.

Але при аналізі науково-технічної літератури виявляється відсутність систематизованих даних про біспектральні телевізійні засоби вимірювання, достовірні результати їх використання в науковій чи технологічній практиці. Окремі публікації з цієї тематики не підтверджені обґрунтуванням та дослідженнями технічних характеристик, оцінкою потенційних можливостей тощо.

Таким чином, однією з найважливіших задач є проведення експериментальних досліджень з метою визначення характеристик біспектральних ТЗВ температури. До таких характеристик можна віднести світло-сигнальну та спектральну характеристики,  а також – діапазон лінійності.

Але в сучасній науково-технічній літературі практично відсутні матеріали щодо методик відповідних досліджень чи їх результатів, що підкреслює важливість сформульованих в даному розділі задач.

Зауважимо, що існуючі методики визначення аналогічних характеристик, які застосовуються в традиційній пірометрії та в моноспектральній телевізійній пірометрії, також потребують переробки та вдосконалення.

Експериментальні дослідження діапазону лінійності

Експериментальні дослідження світлосигнальної характеристики біспектрального телевізійного пірометра (БСП) з метою встановлення його діапазону лінійності проводилося шляхом дослідження світлосигнальних характеристик окремих каналів на лабораторному стенді.

Діапазон лінійності кожного каналу БСП визначався як різниця освітленостей, в межах якої виконувалось співвідношення [2]

,

де  ‑ середні значення сигналу при однаковій освітленості Ei/,

 ‑ значення з апроксимованої кривої,

s — середнє квадратичне відхилення.

За умов експерименту характеристика БСП на основі камери NOVUS NVC-530 лінійна в діапазоні змін освітленості мішені від 0,1 лк до 3,8 лк, тобто в діапазоні близько 32 дБ. [3]

Представлені експериментальні результати дослідження діапазону лінійності БСП вперше отримані в лабораторії телевізійних засобів вимірювання кафедри наукових аналітичних та екологічних приладів і систем Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут".

Для нормування світлосигнальних характеристик окремих каналів на стенді з універсальним монохроматором УМ-2 були проведені дослідження ділянки спектральної характеристики ПЗЗ-матриці, в межах якої знаходяться спектральні характеристики фільтрів.

Монохроматор в цій схемі використовується для розкладання потоку випромінювання від еталонного об’єкту на спектральні складові.

Перед тим, як приступити до вимірювання спектральної характеристики, монохроматор слід проградуювати, тобто визначити довжини хвиль, які відповідають поділкам шкали барабану. Для цього скористаємося інтерференційним світлофільтром ФИ-08, спектральні характеристики якого відомі – максимум пропускання на довжині хвилі  = 0,6326 мкм; коефіцієнт пропускання – 50%; спектральна ширина полоси по рівню 0,5 – 0,0057 мкм; спектральна ширина полоси по рівню 0,1 – 0,0109 мкм.

В ході експериментів накопичено також значний обсяг експериментального матеріалу щодо формування сигналів в телевізійних засобах іншого призначення, зокрема, в телевізійних пірометрах, які можуть бути застосовані для контролю температурних режимів в технологіях трубопрокатного виробництва, в телевізійній мікроскопії тощо.

 

Література

1.       Markin M.A. Television Pyrometry Improvement / M.A.Markin // Nauka i studia. – 2013. - NR7 (75) 2013. – P. 88-93.

2.       Гайдукевич Ю.Ч. Системы эффективного тепловизионного контроля высокотемпературных полей в производстве изделий электронной техники: Автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.27.07 / Гайдукевич Юрий Чеславович; Минск. радиотех. инст. – Минск, 1991. – 20 с.

3.       Маркін М.О. Мультиспектральні телевізійні прилади контролю високотемпературних технологій / М.О.Маркін, Г.М.Згуровський, В.А.Порєв, Є.О.Бєлорусов, І.В.Бойко // Восточно-европейский журн. передовых технологий. – 2006. – №4/2 (22). – С. 24-26.