CC BY
92
Ларкин Евгений Васильевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, elarkin@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Глебович Станислав Александрович, асп., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
EVALUATION OF THE TECHNICAL CONDITION OF BELLOWS PIPE COMPENSATORS
WITHOUT DECOMMISSIONING
E.V. Larkin, S.A. Glebovich
Abstract: Let acoustic emission devices and systems used to monitor and diagnose various industrial facilities: the main and technological pipelines, tanks, pressure vessels, capacitive, column, reactor equipment, petroleum storage tanks, lifting equipment, etc.
Key words: akuctiko emiccionny-control; acoustic emission devices; ocevye cilfon-nye kompencatory; bellows compensator.
Larkin Eugene Vasilyevich, doctor of technical science, professor, head of chair, elarkin@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Glebovich Stanislav Aleksandrovich, postgraduate, stivgl@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.833
ПРИЕМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ПРИБОРОВ
Е.В. Филиппова, Т. А. Акименко
Излагаются критерии качества и эффективность работы приемника теплового излучения при формировании модели теплового изображения.
Ключевые слова: тепловизионная система, приемник теплового излучения, потери, качество сигнала, модель теплового изображения, лучистый поток.
Тепловизионный прибор (ТП) представляет собой аппаратно-программный комплекс, осуществляющий двумерное преобразование теплового излучения в диапазоне длин волн 3...5 или 8...14 мкм от объекта и местности или фона в видимое изображение с представлением соответствующего двумерного образа температурного распределения наблюдаемых объектов на экране видеоконтрольного устройства (ВКУ). ТП обладает рядом достоинств и присущих ему возможностей: обнаружение удаленных теплоизлучающих объектов независимо от уровня естественной освещенности при любых, практически, погодных условиях. Однако тепловизионные приборы не лишены недостатков.
203
Задача тепловизионной системы наблюдения заключается в создании модели теплового изображения (МТИ), максимально точно представляющей тепловое изображение наблюдаемой картины.
Собственно тепловизоры представляют собой достаточно сложные информационно-измерительные системы, от параметров которых зависит качество получаемой информации, поэтому требования к тепловизионным системам являются важным фактором создания специальных средств контроля фотоприемных устройств в инфракрасной области спектра.
В тепловизионных системах регистрация и преобразование теплового излучения в электрический сигнал осуществляется специальным приемником (рис. 1), являющимся обязательным и основным элементом системы. Этот приемник является преобразователем энергии излучения в какую-либо другую, удобную для регистрации форму, например, в электрический ток, изменение проводимости, емкости, или иных свойств приемника. По принципу приемники и преобразователи инфракрасного излучения разделяются на 3 основные группы: тепловые, фотонные и фотохимические.
Приемник, воспроизводящий изображение, может быть: одноэлементным, линейным (поэтому для получения полной МТИ в состав информационных систем указанного типа вводят привод механического сканирования) или матричным (точечные одноэлементные приемники, сгруппированные в двумерную мозаику или матрицу).
Рис. 1. Классификация приемников оптического излучения
204
Приемником-преобразователем оптического сигнала /д(У, Т), который является также и дискретизирующим элементом, вносятся искажения. Здесь, наряду с обычными в подобных случаях погрешностями дискретизации, возникают погрешности, связанные с конечными размерами дис-кретизирующих элементов, нелинейностью статической передаточной характеристики, неравномерностью статической передаточной характеристики по длине приемника-преобразователя и т.п. При механическом сканировании в непрерывном, а не старт-стопном режиме возникают потери, в виде «смаза» изображения.
Дополнительный уровень потерь /А(У, Т) возникает за счет динамики процессов, протекающих в операционном усилителе, который используется для согласования слаботочного выхода приемника-преобразователя оптического излучения с низкоомным входом аналого-цифрового преобразователя. Ухудшение пространственно-частотных характеристик сигнала возникают по той координате, по которой осуществляется сканирование. Кроме того, за счет нелинейной передаточной характеристики усилителя могут возникать искажения в передаче градаций серого и цветопередаче.
Качество формируемого сигнала в значительной мере определяется освещенностью плоскости расположения чувствительных элементов приемника теплового излучения. Для оценки неравномерности уровня энергетической освещенности чувствительных ячеек по площади приемника теплового излучения необходимо определить энергетическую освещенность ячейки приемника теплового излучения Ек - (рис. 2).
Рис. 2. Энергетическая освещенность чувствительной ячейки приемника теплового излучения
Лучистый поток РО, пришедший из точки к во входной зрачок объектива, рассчитывается по зависимости (1). Лучистый поток РО, с учетом потерь в объективе определяется в виде
Ро = КоРо , (1)
где ко - коэффициент пропускания оптической системы, 0 < ко < 1.
205
Энергетическая освещенность определяется зависимостью
Обозначим
Ек ' _Кор ■ (2)
ко _ У;
где к0 - кратность объектива.
Лучистый поток ФО может быть выражен через энергетическую освещенность входного зрачка объектива Езр
Ро =ро2 Езр , где о^ - радиус входного зрачка объектива.
С учетом кратности объектива энергетическая освещенность
2 2
Е , _ ро ВБКо _ подВКо (3)
Ь^Б' Ь к0
С учетом того, что отношение диаметра входного зрачка 2 о к фокусному расстоянию, называется относительным отверстием объектива, получаем
Е _ Ек'Ко ( 2о ] .
к ( Г
V * )
411 + к0
(4)
2о
где Ко - коэффициент пропускания объектива, 0 £ Ко £ 1; — - относительное отверстие объектива; кО - кратность объектива.
Освещенности ячеек чувствительного элемента обратно пропорциональны квадратам расстояний, которые, в свою очередь, пропорциональны косинусу угла ф, под которым наблюдается ячейка Б1. Площадь выходного зрачка наклонена к исходной площади под углом ф, так же, как и элемент. Следовательно, энергетическая освещенность чувствительного элемента в точке, удаленной от главной оптической оси, определяется по зависимости:
Е1 _ Ео сов4 ф, (5)
где Е0 - энергетическая освещенность в центре; Е1 - энергетическая освещенность на периферии.
Очевидно, что при тестировании оптических систем тепловизионных приборов следует учитывать возможную неравномерность уровня энергетической освещенности чувствительных ячеек приемника излучения, которая может достигать 10^15 % по площади входных окон чувствительного прибора.
Список литературы
1. Госсорг Ж. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение: Пер. с франц. М.: Мир, 1988. 416 с.
2. Ллойд Дж. Системы тепловидения: пер. а англ. М.: Мир, 1978.
414 с.
3. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Инфракрасные системы «смотрящего» типа. М.: Логос, 2004. 444 с.
4. Филиппова Е.В. Оценка качества тепловизионной системы. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 9. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 309 с.
5. Филиппова Е.В. Общая структура тепловизора и вариенты их классификации. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 11. Ч. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 592 с.
Филиппова Екатерина Вячеславовна, лаборант, kisskiri a hk.ru Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Акименко Татьяна Алексеевна, канд. техн. наук, доц., tcintan72amail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
RECEIVERS OF RADIA TION OF THERMAL DEVICES E. V. Filippova, T.A. Akimenko
The quality criteria and the efficiency of the operation of the thermal radiation receiver are formulated in the formation of the thermal image model.
Key words: thermal imaging system, a receiver of thermal radiation, losses,signal quality, thermal image model, radiant flux.
Filippova Ekaterina Vyacheslavovna, laboratory assistant, kisskina hk.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Akimenko Tatiana Alekseevna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
