2015-04-17
1499
Основной характеристикой температурного поля служит величина локального температурного перепада. Координаты места перепада, его рельеф и величина (в градусах) являются функцией большого количества факторов. Измерение контактными методами распределения температуры по поверхности объекта с малыми температурными перепадами может внести существенное искажение температурного поля.
В табл. 2.6 [4] перечислены некоторые дистанционные системы для получения тепловых изображений. Наибольший практический интерес представляют тепловизоры и ИК-радиометры с оптико-механическим сканированием.
Тепловизором называется система с оптико-механической или электронной разверткой, предназначенная для регистрации теплового излучения объектов и визуализации его в виде двухмерных термограмм. По совокупности таких параметров, как температурное и пространственное разрешение, контрастность изображения, частота кадров и число элементов в кадре, тепловизоры с оптико-механической разверткой не имеют себе равных среди других систем тепловидения.
|
|
|
В приборах этого типа сканирование происходит перемещением объекта относительно неподвижного детектора излучения либо изменением направления оптической оси объектива с помощью системы вращающихся или колеблющихся зеркал.
Структурная тепловизора с оптико-механическим сканированием (рас. 2.3) включает приемную оптическую систему 1; детектор ИК-излучения 2; сканирующую систем 3, обеспечивающую последовательный просмотр объекта по заданному закону; усилитель 4; систему развертки и синхронизации 5; кинескоп 6.
Принцип действия тепловизора заключается в просмотре поверхности объекта по заданному закону движения узким оптическим лучом с угловым размером δ, сформированным системой объектив-приемник. Обзор происходит в пределах угла поля зрения (углы α и β) за время τ, которое принято называть временем кадра. Угол δ вносит название мгновенного угла поля зрения.
На рис. 2.4 (где 1 - кулачок; 2 - двигатель кадровой развертки; 3 - лампа; 4 - модулятор; 5 - фотодиод; 6 - формирователь кадрового импульса; 7 - синхроимпульс кадра; 8 - сосуд Дьюара; 9 -предварительный усилитель; 10 - приемник; 11 - формирователь строчных импульсов; 12, 20 - синхроимпульсы строчные; 13 - фотодиод; 14 - зеркало; 15 - лампа; 16 - вращающийся барабан; 17 - приемная камера;18 - сферическое зеркало; 19 - фокусировочный двигатель) показана оптическая схема тепловизора. Кадровая развертка осуществляется качающимся плоским зеркалом, строчная - вращающимся зеркальным барабаном. Используется зеркальный сферический объектив.
Узел строчной развертки обеспечивает поучение 1600 строк в секунду с помощью барабана с восьмью гранями, вращающимися с частотой 12000 мин-1. В узле предусматривается блок синхронизации, состоящий из лампочки, отражающего зеркала и фотодиода. Поток света от лампочки падает на грань зеркального барабана, что соответствует началу строки, отраженный сигнал попадает на зеркало и фотодиод. С фотодиода сигнал поступает на формирователь синхроимпульсов. Фотоприемник крепится на кронштейне, изолированном от строчной развертки и имеющем юстировочные перемещения.
|
|
|
Рядом с фотоприемником крепится предусилитель. На тыльной стороне оправы крепления большого зеркала располагаются формирователи строчных и кадровых синхроимпульсов. Приемная камера и блок индикатора соединены между собой кабелем. Приемная камера имеет визир-дальномер для наводки ее на исследуемый объект и для фокусировки объектива.
Тепловизор позволяет выделить на тепловом изображении объекта области одинаковых температур с помощью изотерм, высвечивающих на кинескопе. В нижней части кадра формируется серая шкала, которая используется для измерения температуры. При этом яркость отдельных участков изображения объекта сравнивается с яркостью элементов шкалыдля которой при калибровке прибора определяют температурный перепад, соответствующий переходу от белого к черноват.
Верхний предел диапазона измеряемых температур в тепловизоре может быть повышен путем выбора соответствующего светофильтра. Тепловизоры обычно имеют черно-белые или цветные видеомониторы и устройство аналоговой (выделение изотерм, обращение контраста, представление в псевдоцветах, термопрофильное квазиобъемное представление теплового поля и т.п.) и цифровой обработки изображения. Некоторые типы тепловизоров, например АГА-680, комплектуются термо-стробоскопическими приставками, позволяющими получать тепловое изображение вращающихся и колеблющихся объектов.
Термограммы регистрируют с помощью фотокамер, аналоговых видеомагнитофонов. В последнее время широко применяют тепловизионные системы с блоками цифровой памяти, работающие в комплексе мини-ЭВМ. Магнитная запись является надежным способом хранения данных для их последующего анализа. С помощью тепловизионной системы можно хранить информацию несколькими способами. Оператор может записывать изображение по своему усмотрению или может задавать определенные интервалы для автоматической записи.
Отдельные записанные изображения в дальнейшем можно воспроизвести и анализировать с помощью всех блоков аналоговой обработки тепловизора, а также вывести начерно-белый, цветной или профильный мониторы. При этом обеспечивается точность, присущая измерениям в реальном времени. Обычным путем можно также получать изотерму и осуществлять другие функции системы.
Заложенные в память системы термические изображения могут быть переданы компьютеру, оператор может выводить изображение на дисплей и проводить дальнейшую обработку полученных данных.
Таблица 2.2 – Дистанционные системы воспроизведения тепловых изображений (∆T –пороговый температурный перепад, f –частота кадров, λ - длина волны)
| Тип системы, преобразователи | Краткая характеристика принципа действия | Некоторые параметры |
| I. Несканирующие системы: 1. Электрооптические преобразователи 2. Эвапорографы 3. На основе инфрахроматических материалов 4. Преобразователи с краевым поглощением (эджеографы) | Действие основано на явлении внешнего фотоэффекта. Падающее на фотокатод излучение вызывает фотоэмиссию, фотоэлектроны создают изображение на катодолюминесцентном экране Рельефное осаждение паров масла на мембране, поглощающей ИК-излучение Специальные эмульсии, сенсибилизированные в ИК-области Изменение прозрачности пленок некоторых полупроводников (пленка аморфного селена) в монохроматическом свете с определенной длиной волны в зависимости от температуры | Спектральная чувствительность 0,2...2,5 мкм. Разрешающая способность: временная до 10-12с, пространственная до 50 мм-1. Коэффициент усиления яркости до 106 ∆T =0,1…0,5 К. Спектральная чувствительность 1-15 мкм. Разрешающая способность до 10 мм-1; инерционность 1…10 с. Спектральная чувствительность до 1,5 мкм. Разрешающая способность 50...80 мм-1 ∆T =10…15°С. Разрешающая способность 4 мм-1. Инерционность 0,5 с. |
| II. Системы со сканированием электронным и световым пучком: 1. Самосканирующие преобразователи с зарядовой связью 2. Тепловизоры на основе пироэлектрических видиконов 3. Термиконы | Используются фотопроводящие мишени или двумерные мозаики Тепловое излучение вызывает изменения поляризации пироэлектрического монокристалла Бегущий световой луч используется для возбуждения фотоэмиссии с тонкого фотокатода | Спектральная чувствительность до 5 мкм ∆T =0,5 К; f= 25 Гц (260 лин./кадр) ∆T =1 К; f = 25 Гц (30 лин./кадр) |
| III. Приборы с механическим сканированием 1. Сканирующие ИК-радиометры 2. Приборы м оптико-механическим сканированием | Используются точечные ИК-радиометры для составления термограмм изделий при механическом сканировании по двум координатам Сканирование осуществляется элементами (призмами, зеркалами), размещёнными внутри оптической головки. | ∆T ==0,001…0,1 К. Большая инерционность, если речь идет о составлении тепловых карт ∆T =0,05…0,2 К; f= 25Гц; диапазон температур объекта -20…+900°С (до1600°С) |
Библиографический список
|
|
|
1. Балепин В.М. Экспериментальные метода исследования напряжений и колебаний в двигателях летательных аппаратов. - М.: МАИ, 1981.
2. Милосердин Ю.В., Бара но в В.М. Высокотемпературные испытания реакторных материалов. - М.: Атомиздат, 1978.
3. Бегларян В.Х. Механические испытания приборов и аппаратов. - М.: Машиностроение, 1980.
|
|
|
4. Ваволонов В.П. Тепловые методы контроля. - М.:Радио и связь, 1984.
5.Геращенко О.А., Гордов А.Н., Л а х Б.Й.и др. Температурные измерения: Справочник. - Киев: Наукова думка, 1984.
6. Горохов Ю.Г., Неклюдов Л.Н.; Голография в приборах и устройствах. - М.: Энергия, 1974.
7. Изменения в промышленности: Справочник./Под ред. П. Профоса. -М.: Металлургия, 1980.
8. Куликовский К.Л., Купер В.Я. Методы и средства измерений. - М.: Энергоатомиздат, 1986.
9. Метода исследования тугоплавких материалов. Сборник статей МИФИ. - М.: Атомиздат, 1970.
10. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий: Справочник. - В 2-х кн./ Под ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1986.
11.Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара: Справочник. - В 2-х кн./Под ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1978.
12. Трофимов А.И. Пьезоэлектрические преобразователи статических нагрузок. - М.: Машиностроение, 1979.
13. Хофман Д. Техника измерений и обеспечение качества /Под ред. Л.М. Закса. - М.: Энергоатомиздат, 1983.
