Пироэлектрическая ИК радиометрия высокотемпературных процессов в ближней зоне тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.03, кандидат физико-математических наук Хрулев, Алексей Евгеньевич

• Хрулев, Алексей Евгеньевич
• кандидат физико-математических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Хрулев, Алексей Евгеньевич

ВВЕДЕНИЕ.

1 ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИК ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ В БЛИЖНЕЙ ЗОНЕ.

1.1 Направленные свойства двухзеркальной оптической системы в ближней зоне.

Обоснование рассмотрения в ближней зоне.

Используемые критерии качества.

Условия приближения системы сферических зеркал к системе

Кассегрена.!.

Направленные свойства системы двух сферических зеркал.

Критерий минимума коэффициента рассеяния.

Влияние дифракции на коэффициент рассеяния.

1.2 Эффективность диафрагмированного оптического датчика.

Понятие диафрагмированной оптической системы.

Моделирование диафрагмированной оптической системы.

Квазиоптимальное положение диафрагм.

Учет влияния дифракции в диафрагмированной оптической системе.

Расчет диафрагмированной оптической системы.

Случай незеркального отражения.

1.3 Выводы.

2 ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ ИЗМЕРЯЕМЫХ МОЩНОСТЕЙ.

2.1 Особенности режимов работы пироэлектрических приемников излучения.

Пироэлектрические приемники излучения.

Предельно достижимые характеристики приемника.

Влияние спектральной чувствительности приемника на характеристики системы.

2.2 Флуктуационные погрешности механической модуляции ИК излучения.

Сравнение различных типов модуляторов.

Погрешность, обусловленная флуктуациями фазы периодов модуляции.

2.3 Выводы.

3 МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ И ОБРАБОТКИ СИГНАЛА ПРИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПИРОМЕТРИИ.

3.1 Компенсация дрейфа температуры диафрагмированного оптического датчика.

Оценка влияния дрейфа температуры одноканальной оптической системы на погрешность измерения.

Подобие основной и компенсационной оптических систем.

Нагрев оптической системы излучением объекта измерения. 83 Моделирование процессов теплопередачи в оптической системе

Свойства некоторых вариантов диафрагмированных оптических систем.

3.2 Измерение температуры вне точки нагрева.

Схема экспериментальной установки.

Численное моделирование процесса теплопроводности.

Обобщение результатов на широкий класс систем.

Сравнение различных вариантов бесконтактного измерения температуры.

3.3 Определение истинной температуры излучателя.

Преобразование отклика приемника в температуру объекта измерения.

3.4 Экспериментальные данные.

Экспериментальная установка.

Калибровочные характеристики.

Ошибки позиционирования.

3.5 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Пироэлектрическая ИК радиометрия высокотемпературных процессов в ближней зоне»

Для контроля технологических процессов широко используются различные методы измерений параметров, характеризующих как динамику процессов, так и их качество. Широкое применение нашли акустические, оптические и температурные и др. способы контроля параметров различных объектов и систем. Учитывая, что большинство физических и химических процессов сопровождаются изменением собственной температуры объекта, одним из наиболее используемых является контроль температурных режимов [1].

При решении ряда научно-технических и производственных задач [2] (контроль технологических режимов, дефектоскопия, регистрация тепловых аномалий и т.д.) требуется производить измерение температуры различных объектов преимущественно бесконтактными методами. Способы, основанные на бесконтактной передаче информации от закрепленного на объекте контактного датчика [3] имеют ограниченную область применения и не получили широкого распространения. Это связано с особенностями контактного измерения температуры: инвазивность метода, влияние качества контакта, сложности при йзмерении температуры движущихся объектов и т.д. Наиболее часто задача бесконтактной термометрии решается путем применения инфракрасных (ИК) радиометров, измеряющих интенсивность собственного теплового излучения объектов.

Сфера применения ИК радиометров постоянно расширяется, при этом повышаются требования, предъявляемые к точности, чувствительности, пространственной разрешающей способности, быстродействию и динамическому диапазону ИК радиометров. Кроме того, возникает необходимость применения ИК радиометров в сложных внешних условиях: вакуум, высокая либо низкая температура, запыленность и т.д.

Область применения типичного радиометра для контроля технологических процессов можно сформулировать следующим образом: измерение широкого диапазона температур объекта с небольших расстояний (порядка 10"1 ч- 101 метров) в сложных внешних условиях. Таким образом, необходимо решать задачу эффективного измерения мощности ИК излучения объекта, расположенного в ближней зоне оптической системы радиометра, в широком динамическом диапазоне мощности как информативного, так и мешающего излучения. Радиометр должен обеспечивать:

• высокую пространственную разрешающую способность на малых расстояниях;

• широкий динамический диапазон входных ИК сигналов;

• высокую точность измерения;

• достаточное для конкретной задачи быстродействие;

• независимость от внешних условий.

При разработке радиометра для высокотемпературной ИК пирометрии, удовлетворяющего указанным требованиям, возникают следующие препятствия и мешающие факторы:

• диаграмма направленности оптической системы в ближней зоне не сформирована;

• запыление, загрязнение или осаждение паров металла на оптической системе радиометра;

• прием радиометром постороннего (мешающего) ИК излучения;

• внешние механические и иные воздействия на радиометр;

• нагрев оптической системы радиометра излучением объекта при измерении высоких температур с небольших расстояний, сильные изменения температуры окружающей среды;

• особенности теплового излучения сильно нагретых объектов и т.д.

Из общей постановки задачи по разработке методики измерений и соответствующего приборного парка вытекает необходимость решения следующих частных задач:

• выбор типа оптической системы;

• обоснование метода иследования оптики;

• нахождение квазиоптимальной конфигурации оптической системы для различных практических задач;

• выбор типа приемника оптического излучения, оценка потенциальных характеристик радиометра с данным приемником;

• исследование влияния нагрева оптической системы на результат измерения;

• исследование методов компенсации нагрева оптики;

• разработка методики измерения.

Рассмотрим, как в настоящее время решаются перечисленные задачи, в частности, в существующих конструкциях ИК радиометров.

При работе в сложных внешних условиях специфические требования предъявляются, прежде всего, к оптической системе радиометра. Оптическая система обязательно в том или ином виде присутствует в любом бесконтактном измерителе температуры; она обеспечивает необходимую пространственную избирательность ИК радиометра, т.е. определяет область пространства предметов, в которой температура объектов влияет на показания радиометра. Используемые в ИК радиометрах оптические системы можно разделить на четыре типа: зеркальные, линзовые, диафрагмированные и светопроводные (в т.ч. световодные). Зеркальные и линзовые системы представляют собой набор соответственно отражающих или преломляющих поверхностей, формирующих на приемнике изображение объекта. Диафрагмированные системы представляют собой набор хорошо поглощающих излучение бленд и диафрагм, формирующих сектор визирования путем затенения части пространства. Светопроводные системы являются полостями с отражающей внутренней поверхностью.

Зеркальные и линзовые оптические системы наиболее распространены, другие оптические системы используются сравнительно редко. Зеркальные оптические системы обладают рядом преимуществ по сравнению с линзами: полное отсутствие хроматических аберраций, широкий рабочий спектральный диапазон, более высокая механическая прочность [4, 5]. По этим причинам (особенно важны спектральные характеристики) применение зеркальных систем представляется наиболее оправданным [6] для ИК радиометров.

В силу того, что инфракрасный диапазон длин волн находится на «стыке» радио- и оптического диапазона, в расчете ИК оптических систем есть определенная специфика.

С одной стороны, для расчета могут быть использованы методы геометрической оптики, с другой стороны, необходимо учитывать дифракционные эффекты. Соотношение размеров оптической системы и длины волны принимаемого излучения таково, что диаграмма направленности формируется на относительно больших расстояниях (порядка сотен метров). В то же время в большинстве случаев (преимущественно в технических, химических, биологических и медицинских применениях радиометров) объект измерения находится на расстоянии от единиц сантиметров до десятка метров, т.е. в зоне геометрической оптики (отметим, что в случае сильно удаленного объекта возникает задача учета затухания ИК излучения в атмосфере [7, 8]). Тип используемого приемника также накладывает определенные ограничения на метод расчета оптических систем. Как правило, в ИК радиометрах используются приемники оптического излучения, и, в частности, тепловые приемники излучения. Данные типы приемников являются протяженными (линейные размеры много больше длины волны) и нечувствительными к фазе излучения (чувствительны только к суммарной мощности, падающей на приемник). Исключением являются только антенные тепловые приемники излучения (АТП) [9], которые близки по параметрам к дипольным антеннам радиодиапазона.

Таким образом, методы, применяемые для расчета направленных свойств антенн радиодиапазона, в силу указанных причин в общем случае не годятся для расчета зеркальных ИК систем.

Рассмотрим чисто оптические методы расчета. Широкое применение в оптике получили метод аберрационных коэффициентов и метод построения хода лучей.

При расчете методом аберрационных коэффициентов [10] свойства системы улучшаются путем минимизации аберрационных коэффициентов (поскольку меньшие аберрации соответствуют лучшей системе), при этом выбирается некоторое компромисное решение, т.к. одновременно минимизировать все типы аберраций не удается.

Расчет оптических систем через коэффициенты аберрации широко применяется в оптике для систем, строящих изображение, однако для ИК радиометра аберрации не являются определяющим фактором. Параметром, характеризующим направленные свойства оптической системы радиометра, и непосредственно влияющим на погрешность измерения, является коэффициент рассеяния [11], поэтому целесообразно оценивать направленные свойства системы по рассеянию и угловой апертуре. При этом аберрации могут быть пересчитаны в рассеяние, но на практике это неудобно.

Метод построения хода лучей (трассировки лучей) используется для окончательной «доводки» систем и получения достоверных сведений об их характеристиках. Метод базируется на простых принципах аналитической геометрии; он известен более века, однако ранее, до появления ЭВМ, использовались различные вариации метода построения хода лучей, позволяющие упростить расчеты и не требующие тригонометрических преобразований (расчет по Смиту, формулы Федера и т.д. [4]). С появлением современных ЭВМ появилась возможность использовать наиболее общий и мощный метод - расчет хода лучей с помощью формул аналитической геометрии, позволяющий моделировать любые оптические системы в приближении ГО. Математические и физические аспекты метода построения хода лучей описаны в ряде книг по оптике (напр. [4, 10]; в [12] - только краткое описание для случая идеальной оптической системы). Особенности программной реализации метода трассировки и используемые при этом математические модели изложены в [13].

Метод трассировки представляется наиболее адекватным для расчета ИК систем с протяженными тепловыми приемниками, т.к. именно этот метод позволяет моделировать систему с нечувствительным к фазе приемником в зоне ГО.

Рассмотрим типы зеркальных оптических систем, которые могут быть применены в ИК радиометрах. Известно, что наилучшими характеристиками обладают оптические системы, построенные на основе поверхностей специальной формы: параболоид, гиперболоид, эллипсоид, а также зеркала и коректирующие пластинки более сложной формы [10, 14, 15]. Однако значительное число рубликаций посвящено оптическим системам на сферических поверхностях. Во-первых, это связано с тем, что изготовление центрально-симметричной или осесимметричной поверхности (таковыми являются соответственно сфера и круговой цилиндр) намного проще, чем любой другой; в простейшем случае сферическое зеркало может быть изготовлено без каких-либо станков [16]. Во-вторых, сферическое зеркало обеспечивает гораздо меньшие внеосевые аберрации по сравнению с другими типами зеркал.

На практике также наблюдается преимущественное использование поверхностей сферической формы, т.к. недостатки сферических систем могут быть в значительной мере уменьшены. В работе [17] указывается на возможность достижения высоких характеристик при применении системы двух сферических зеркал (для лидара космического базирования), но при этом желательно применение корректора; отмечается также большая устойчивость сферической оптики к различным сдвигам (заметим, что в лидаре аналогичного назначения [18] была использована система параболоид+гиперболоид).

В ИК радиометрах также целесообразно использование сферических зеркал, т.к. при этом можно достичь практически приемлемых характеристик. В силу конструктивных особенностей радиометров (большие размеры модулятора и приемника) наиболее естественно использование двухзеркальной конфигурации типа системы Кассегрена.

Случай оптической системы, состоящей из двух сферических зеркал, считается в оптике наиболее простым. В [5] рассмотрен расчет оптической системы из двух сферических зеркал на основе коэффициентов Зейделя [10] (коэффициентов аберраций 3-го порядка). Указано, что выгодно иметь длинные системы, т.е. с меньшим значением параметра H=2h/d, где 2h -диаметр входного зрачка, d - длина системы (расстояние между полюсами зеркал). Однако, как указано выше, определить из аберрационных свойств рассеяние системы затруднительно. Кроме того, положительные характеристики системы, рассчитанной методом аберрационных коэффициентов, могут оказаться избыточными для оптической системы радиометра.

В работе [19] рассмотрены некоторые особенности излучения сферических однозеркальных антенн, в том числе лучевая структура и ширина ДН. Рассмотрение проводится методом эйконала. Также оценивается квазиоптимальное смещение облучателя из фокальной области зеркала, уменьшающее среднюю по апертуре зеркала фазовую ошибку, что позволяет улучшить вид ДН. Авторы уделяют основное внимание виду ДН в области главного лепестка, не рассматривая при этом рассеяние.

В [20] рассмотрен подход к описанию способа построения двухзеркальных оптических систем, в которых излучение многократно отражается от главного сферического зеркала; на основе подхода получены обобщенные параметрические уравнения для построения анаберационных корректоров в таких системах. Рассматривается ГО-приближение случая точечного источника, предложенный подход несколько более «аналитический», чем ориентированная на численный расчет трассировка. Авторы указывают, что благодаря многократному отражению можно использовать «глубокие» зеркала, что улучшает энергетические характеристики систем. Отметим, что в случае, когда основная траектория лучей испытывает многократные отражения, неизбежно ужесточаются требования к точности обработки отражающей поверхности. Использованное в работе приближение точечного источника не может адекватно описать реальных протяженных приемников.

Задача синтеза, направленная на создание при помощи двух зеркал наперед заданного распределения амплитуды и фазы поля в раскрыве антенны, рассматривается в [14]. Решение проведено методами ГО без учета дифракции. Показано, что решение задачи существует в двумерном случае, а в трехмерном случае оно может и не существовать. Решение задачи синтеза важно, но для простых оптических систем синтезированные отражающие поверхности могут оказаться слишком дорогими для изготовления. В диссертации для зеркальных систем рассматривается в основном задача анализа, направленная на изучение свойств заданной неоптимальной системы, состоящей из двух сферических зеркал и не имеющей корректоров.

В [21] рассматриваются общие вопросы проектирования сферических двухзеркальных антенн. Вопросы, связанные с обеспечением неискаженного качания ДН сферической двухзеркальной системы типа системы Кассегрена, рассматриваются в [15]. Подразумевается, что для качания ДН производится перемещение малого зеракала. Также приводятся данные о необходимой точности устаноски отдельных элементов системы. Результаты данных работ ориентированы на антенны радио диапазона и не учитывают всей специфики ИК систем.

В работе [22] изложен метод расчета бокового излучения зеркальных антенн (близкий к методам геометрической теории дифракции [23]), а также указан ряд недостатков прежних работ по теории зеркальных антенн. В работе в основном рассматривается дифракция на зеркале, формирующая боковое излучение. В [24] также рассматривается дифракция, но на краях вторичного зеркала двухзеркальной системы типа Кассегрена, а также влияние дифракции на распределение поля в раскрыве главного зеркала. Однако, как будет указано ниже, в случае радиометра со слабонаправленным приемником существенную роль играет дифракция на диафрагме приемника или на отверстии в большом зеркале. В указанных работах данный эффект не рассматривается, тем не менее он может быть с успехом рассмотрен с помощью геометрической теории дифракции [23].

В итоге, возникает необходимость решения следующей задачи: исследование свойств в ближней зоне двухзеркальной сферической оптической системы типа системы Кассегрена с протяженным тепловым приемником. При этом необходимо рассмотреть направленные свойства, рассеяние и влияние дифракции. Свойства систем целесообразно определять путем моделирования методом трассировки, дифракционные эффекты могут быть рассмотрены методами геометрической теории дифракции.

Диафрагмированные оптические системы, как показывает практика, находят достаточно широкое применение в реализациях радиометров [25, 26, 27, 28, 29, 30]. Диафрагмированную оптическую систему следует рассматривать как вынужденную альтернативу другим оптическим системам в тех случаях, когда использование последних невозможно из-за внешних воздействий (пыль, испарение металла и т.п.). Главным недостатком такой системы является малое относительное отверстие и, следовательно, меньший (по сравнению с другими оптическими системами) отклик на выходе приемника. Тем не менее, диафрагмированная система в ряде случаев обеспечивает удовлетворительные характеристики при гораздо меньшей стоимости, чем зеркальные или линзовые системы.

Как показывает анализ литературных источников, подробное рассмотрение свойств диафрагмированных оптических систем ранее не проводилось. Диафрагмированные оптические системы, как правило, упоминаются в литературе чисто декларативно, без рассмотрения каких-либо свойств этих оптических систем. Очевидно, что для идеальной диафрагмированной системы сектор визирования может быть получен простым геометрическим построением исходя из апертуры приемника, входного окна системы и ее длины. Видимо, данный упрощенный подход к расчету используется в подавляющем большинстве практических реализаций диафрагмированных систем. В то же время рассеяние реальной диафрагмированной оптической системы определяется внутренними переотражениями и является сложной функцией множества параметров системы.

Датчик инфракрасного излучения, описанный в [25], комплектуется насадками с 7 сменными диафрагмами, позволяющими дискретно регулировать угол обзора через 20°. Максимальный угол обзора датчика составляет 150°. Аналогичная система [26] обеспечивает сектор визирования диаметром 20 мм на расстоянии 40 мм, т.е. угол визирования достаточно велик. В приборе, описанном в [27], применена аналогичная диафрагмированная оптическая система, для которой заявлено разрешение по телесному углу /3=7.85- 10"3-т-0.125 ср. Роль оптической системы выполняет круглое окно в корпусе, на которое насаживается нужная диафрагма для достижения необходимого угла визирования. Очевидно, подобные характеристики приводятся исходя из рассмотрения идеальной модели оптической системы, что вполне оправдано в случае столь простых систем.

В [28] описаны радиационные пирометры, один из которых имеет оптический блок, построенный на основе камеры-обскуры со сменными диафрагмами. Фактически, диафрагмированная оптическая система является камерой-обскурой, однако в дальнейшем будем использовать определение «диафрагмированная оптическая система», чтобы подчеркнуть устройство и функциональную принадлежность системы. Следует отметить, что система, описанная в [28] используется в неоптимальной конфигурации, т.к. модулятор расположен между оптической системой и приемником, причем каких-либо объяснений в защиту данной конфигурации не приведено. Также не рассматриваются дополнительные погрешности, появление которых в системе с подобной конфигурацией неизбежно.

Некоторые данные о свойствах диафрагмированных оптических систем приведены в [29], где описывается система, применяемая для фотометрии. Указывается, что «хорошо задиафрагмированная трубка значительной длины» обеспечивает погрешность измерения не более 0.2%. Однако никаких данных о размерах этой трубки не приводится; неизвестно также, получены ли эти данные теоретически или экспериментально.

Таким образом, как и в случае зеркальных систем, возникает необходимость исследования свойств диафрагмированной оптической системы с протяженным тепловым приемником в ближней зоне. При этом необходимо оценить рассеяние, влияние дифракции, а также решить задачу синтеза квазиоптимальной системы. Свойства систем целесообразно определять путем моделирования методом трассировки, модифицированным под специфику задачи. Дифракционные эффекты могут быть рассмотрены методами геометрической теории дифракции.

Для рассмотрения прохождения излучения через диафрагмированную оптическую систему необходимо использовать адекватные модели. Попытка рассмотрения с использованием методов радиодиапазона длин волн может быть сделана на основании результатов работы [31]. В работе проведено рассмотрение механизма отражения излучения от шероховатой поверхности. Получено выражение для эквивалентного отражения путем дифракции на клиновидных гребнях. Результаты данной работы могут быть использованы при исследовании прохождения излучения через диафрагмированные оптические системы, при этом в качестве клиновидных гребней выступают диафрагмы. Однако применение данных формул к рассматриваемым в диссертации системам дает крайне малые дифракционные поправки. Таким образом, при изучении диафрагмированных оптических систем необходимо применение оптических методов.

Методы трассировки, применяемые для анализа свойств диафрагмированных оптических систем, несколько сложнее, чем в случае зеркальных систем, т.к. необходимо учитывать поглощение излучения и зеркально-диффузное отражение. Про метод трассировки, используемый как для моделирования зеркальной, так и диафрагмированной оптики, сказано выше.

Для расчета собственного и отраженного излучения тел используются различные оптические модели тел. Наиболее часто применяются диффузная [32] и зеркально-диффузная модели; более сложные модели [33] используются сравнительно редко.

В [34] дается ссылка на источник, в котором описан метод расчета оптических устройств типа световодов и полостей, моделирующих абсолютно черное тело (АЧТ) с учетом истинной индикатрисы рассеяния, зависящей от направления падения излучения. Индикатриса рассеяния представлена, согласно модели эффективной зеркальности [35], в виде суперпозиции косинусной и зеркальной составляющих. Мы будем использовать упрощенный подход к моделированию многократного отражения: отдельно рассматриваются случаи зеркальной и косинусной индикатрисы рассеяния, однако рассмотрение комбинированного случая не представляет особых сложностей. Для рассмотрения диффузного отражения используем метод Монте-Карло (метод статистического моделирования). В работах [36], [37] проведено обобщение и развитие аналогичного метода статистического моделирования - «метода случайных лучевых траекторий» (MCJIT), предназначенный для анализа распространения волн в средах с крупномасштабными случайными неоднородностями показателя преломления.

Существует большой класс оптических систем, близких к системам диафрагмированной оптики конструктивно, но в корне отличающихся принципом функционирования. Это так называемые светопроводные системы. Назначение светопровода в том, чтобы без потерь доставить излучение от объекта измерения к приемнику излучения. Большой обзор светопроводных инфракрасных радиометров приведен в [38]. В обзоре описаны конструкции и характеристики инфракрасных радиометров с волоконными световодами [39], диэлектрическими светопроводами, зеркальными полыми цилиндрическими и коническими светопроводами, а также ИК радиометры с полусферическими отражательными рефлекторами, которые находят широкое применение в исследованиях тепловых полей и при измерениях температур поверхностей объектов. В [38] также показаны условия применения светопроводных ИК радиометров, а также их преимущества и недостатки. На основе проведенного анализа дана классификация конструкций рассмотренных приборов и показаны нерешенные проблемы. Всем светопроводным радиометрам свойственен один недостаток: они не являются в полной мере дистанционными измерителями, т.к. входное окно светопровода должно находиться практически в контакте с поверхностью объекта измерения.

Из всех типов приемников излучения будем рассматривать пироэлектрические приемники излучения (НИИ), которые являются подмножеством тепловых приемников излучения (ТПИ). Теория пироэлектричества, пироэлектрические материалы, их свойства и особенности, а также принципы применения в качестве приемников излучения, подробно описаны в ряде книг [40, 41, 42, 43], в этих книгах также приведена обширная библиография. Из общих и обзорных материалов можно также отметить статью [44], содержащую обзор работ по ПЛИ, опубликованных в отечественной литературе; также в статье обсужден механизм быстродействия пироэлектрических приемников и дано описание пироэлектрических линеек и матриц.

Интегральной характеристикой НИИ, определяющей предельную чувствительность радиометра, является обнаружительная способность D , которая, как правило, нормируется для конкретных моделей приемников. Зная обнаружительную способность приемника, геометрические размеры оптической системы и некоторые другие характеристики радиометра, можно вычислить его предельное температурное разрешение. Для уточнения предельного температурного разрешения необходимо определить, как на него влияют вид спектральной характеристики пропускания оптического фильтра приемника и флуктуации фазы периодов модуляции.

При высокотемпературной пирометрии имеют место различные эффекты, снижающие точность измерений. К таким эффектам, в частности, относятся нагрев радиометра тепловым излучением объекта измерения и зависимость коэффициента излучения объекта от температуры. Кроме того, при высокой температуре объекта и низком давлении возможно распыление нагретого вещества, что приводит к загрязнению оптических систем радиометров и, как следствие, к увеличению погрешности измерений. Загрязнение может происходить также из-за пыли, содержащейся в атмосфере.

В ситуации, когда излучение оптической системы радиометра не промодулировано, флуктуации температуры оптической системы не приводят к негативным последствиям (например, при расположении модулятора между оптикой и объектом или при лазерной микромодуляции [45]). В остальных ситуациях проблема нагрева радиометра актуальна, причем актуальна для всех типов оптических систем. Меняющаяся мощность теплового излучения оптической системы приводит к изменениям отклика радиометра, т.е. имеет место погрешность измерения.

Нагрев радиометра и, в частности, его оптической системы тепловым излучением объекта проявляется преимущественно при близко расположенном объекте измерения, при этом имеет место ярко выраженный случай использования оптической системы в зоне геометрической оптики. В общем случае флуктуации температуры оптической системы могуть происходить не только от нагрева тепловым излучением объекта, но и в результате изменения температуры окружающей среды.

В некоторых конструкциях радиометров [27, 28] нагрев оптики никак не учитывается, несмотря на высокие заявленные верхние пределы измеряемых температур. В других случаях используются различные приемы для устранения негативного влияния нагрева оптики: в системе, описанной в [46], применяется термостабилизация оптической головки радиометра (не следует путать термостабилизацию оптической системы и термостабилизацию опорного излучателя, которая применяется очень часто). В [47] описана система, в которой излучение диафрагмированной оптической системы минимизируется за счет охлаждения диафрагмы. И термостабилизация, и охлаждаемая диафрагма относительно сложны в реализации, поэтому вопрос о системе компенсации или учета нагрева оптической системы остается открытым.

Для устранения направленного потока молекул нагретого вещества, вызывающего загрязнение оптики, применяются различные системы крыльчаток. Так, в [48] используется система вращающихся лопастных колес, которая размещается между расплавленной массой и пирометром.

Вследствие конечной скорости движения молекул, при приеме ИК-излучения от исследуемого объекта молекулы расплавленного материала остаются на лопастях, а зеркало, установленное после данного фильтра, свободно от нежелательного запыления. В подобной системе вращающиеся лопасти могут также служить модулятором, однако при этом возникает проблема измерения температуры лопастей.

Другой подход борьбы с загрязнением оптики заключается не в предотвращении, а в компенсации загрязнений. В [49] предлагается компенсировать погрешность, возникающую вследствие изменения оптических свойств входного окна (напр., в результате загрязнения). Для этого используется опорный источник, излучение которого проходит по двум каналам (через входное окно и минуя его). На основе сравнения интенсивности излучения в этих каналах вычисляется поправочный коэффициент к отклику пирометра. Очевидно, таким способом можно скомпенсировать затухание ИК-излучения во входном окне; в то же время собственное излучение окна не учитывается. Вследствие этого данный способ компенсации годится для случая, когда интенсивность излучения объекта много больше, чем интенсивность излучения загрязненного окна.

Зависимость коэффициента излучения объекта от его температуры, свойственная некоторым веществам, приводит к тому, что полная мощность теплового излучения объекта зависит от его температуры сложным образом [50], что затрудняет бесконтактные измерения. Известно кардинальное решение проблемы: использование многоспектральных (и, в частности, биспектральных) методов бесконтактного измерения температуры [51, 52]. Сложность многоспектральных систем, как правило, существенно превосходит сложность односпектральных. Потенциальное температурное разрешение многоспектральных систем хуже [53], чем одно- и двухспектральных. Кроме того, в работе [54] указывается, что многоспектральные системы пригодны для получения точных результатов только в ограниченном классе задач и очень требовательны к точности настройки. В частности, отмечено, что ошибки аппроксимации функции s(A) порядка 0.1% могут привести к погрешности измерения в десятки процентов. Таким образом, актуален вопрос о разработке методов, позволяющих производить измерения односпектральным пирометром. Однако в случае односпектрального измерения также имеют место принципиальные проблемы, в частности, не существует способа определения температуры при неоднозначной зависимости температуры от мощности излучения.

Из сказанного следует, что достаточно актуальной является задача уменьшения погрешностей, возникающих вследствие ряда негативных эффектов при ИК измерениях: нагрев радиометра тепловым излучением объекта измерения, запыление и загрязнение оптики радиометра, зависимость коэффициента излучения объекта от температуры. Необходимо находить новые технические решения, позволяющие снизить указанные погрешности без существенного увеличения стоимости радиометра.

Цель и задачи работы

Целью работы является исследование методов и особенностей ИК пирометрии высокотемпературных процессов в ближней зоне.

Задачи работы:

- Изучение направленных свойств двухзеркальной и диафрагмированной оптических систем ИК пирометров в зоне ГО.

- Исследование особенностей оптико-электронного преобразования ИК сигналов модуляционным пироэлектрическим приемником в широком диапазоне мощностей падающего излучения.

- Разработка экспериментальной установки и методики высокотемпературной ближнепольной пирометрии.

Методы исследования

Трассировка лучей (метод «формул аналитической геометрии»).

Статистическое моделирование (Монте-Карло).

Методы статистической радиофизики.

Методы геометрической теории дифракции.

Математическое моделирование теплопроводности на основе численного решения ОДУ и УЧП.

Научная новизна

- Исследованы (с учетом эффектов переотражения и затенения) характеристики направленности и рассеяния в ближней зоне двухзеркальной сферической оптической системы с протяженным приемником.

- Определены необходимые и достаточные условия, обеспечивающие требуемые направленные свойства диафрагмированного ИК датчика.

- Оценено влияние флуктуаций фазы при механической модуляции на погрешность измерения.

- Изучено влияние нагрева оптической системы на погрешность измерения. Предложена конструкция диафрагмированного измерителя, позволяющего частично компенсировать данную погрешность.

- Оценена дифракционная погрешность двухзеркального и диафрагмированного оптических датчиков при ИК радиометрии в ближней зоне.

- Предложен и исследован метод «смещенного измерителя» для высокотемпературной ИК пирометрии, определены погрешности, свойственные этому методу.

Теоретическая и практическая значимость работы

Теоретические результаты работы могут быть применены при проектировании диафрагмированных и сферических двухзеркальных оптических систем, что позволит определить необходимую конфигурацию системы, оценить ее направленные свойства и коэффициент рассеяния, а также влияние дифракции. Полученные данные о процессах теплопроводности в оптических системах определенного вида позволяют создавать эффективные системы компенсации дрейфа температуры таких систем. Для системы «смещенного измерителя» найдена методическая погрешность и время переходного процесса, что позволит достичь более высоких показателей в данной системе по сравнению со случаем системы, рассчитанной по экспериментальным данным. Результаты экспериментальных исследований показали, что предложенный метод «смещенного измерителя» позволяет эффективно производить контроль процессов высокотемпературной сварки.

Вклад автора

Личное участие автора в полученных результатах следующее:

- Адаптировал метод трассировки лучей для исследования оптических систем методами статистического моделирования, запрограммировал данные методы и провел исследования свойств оптических систем.

- Получил данные о свойствах диафрагмированных и зеркальных оптических систем на множестве их параметров. Определил ряд практически полезных закономерностей, присущих свойствам указанных систем. Предложил нормирование угловой апертуры для ИК радиометров по заданному рассеянию вне главного лепестка ДН и получил свойства ряда оптических систем с учетом данного критерия.

- Оценил порядок поправок, вносимых наиболее значимыми дифракционными эффектами в диафрагмированных и зеркальных оптических системах.

- Исследовал влияние температурных дрейфов оптических систем, имеющих значение при определенных условиях. Обосновал применение и оценил эффективность одного из методов компенсации дрейфов.

- На основе проведенного математического моделирования процесса теплопроводности в объекте измерения обосновал возможность использования метода «смещенного измерения» температуры.

- Предложил простую аппроксимацию характеристики «температура объекта - отклик» реального теплового приемника излучения, рассчитал характеристику приемника и произвел сравнение с экспериментальными данными.

Апробация результатов работы и публикации

По результатам работы опубликованы 5 статей в рецензируемых центральных журналах; опубликованы тезисы пяти докладов в Трудах научных конференций по радиофизике в ИНГУ; получено свидетельство Роспатента на полезную модель.

Результаты исследований доложены на конференциях по радиофизике в ННГУ (1998 г., 1999 г., 2000 г., 2001 г., 2002 г.) и на международной конференции «Second international symposium of trans Black sea region on applied electromagnetism. 27-29 June 2000 Xanthi, Greece». Участие в 2 научно-технических отчетах.

На защиту выносятся следующие результаты:

- Характеристики направленности и рассеяния в ближней зоне оптической системы из двух сферических зеркал с протяженным приемником. Условия, при которых замена системы Кассегрена на пару сферических зеркал практически не ухудшает свойств системы «оптика + приемник».

- Синтез конфигурации диафрагмированной оптической системы для достижения заданных характеристик направленности.

- Оценка влияния дифракции на пространственную избирательность в ближней зоне для диафрагмированной и двухзеркальной оптических системах со слабонаправленным приемником.

- Способ компенсации погрешности, обусловленной нагревом диафрагмированной оптической системы, с помощью компенсационного канала.

- Метод «смещенного измерителя», способ калибровки и пересчета отклика радиометра в физическую температуру объекта.

Список сокращений

АЧТ - абсолютно черное тело

ГО - геометрическая оптика

ДН - диаграмма направленности

ИК - инфракрасный

КИ - коэффициент использования

ОДУ - обыкновенное дифференциальное уравнение

ПЛИ - пироэлектрический приемник излучения

ТГС - триглицинсульфат

ТПИ - тепловой приемник излучения

УЧП - уравнение в частных производных

Заключение диссертации по теме «Радиофизика», Хрулев, Алексей Евгеньевич

3.5 Выводы

1). В одноканальном ИК радиометре, при расположении модулятора между оптической системой и приемником, дрейф температуры оптической системы приводит к значительной погрешности измерения. Использование компенсационного канала позволяет значительно уменьшить указанную погрешность.

2). Введение специальных отверстий в компенсационном канале диафрагмированной оптики позволяет уменьшить погрешность, имеющую место в результате нагрева оптической системы излучением объекта измерения.

3). Различные конструктивные варианты компенсационного канала обеспечивают различную степень компенсации погрешности и устойчивости к вариациям параметров. На примере ряда реализаций компенсационного канала произведена оценка достигаемого качества компенсации.

4). Измерение температуры вне точки нагрева с последующим определением температуры точки нагрева (по соответствующей калибровочной характеристике) позволяет уменьшить погрешность, обусловленную сильным изменением коэффициента излучения материала и ИК излучением паров металла. Вместе с тем ужесточаются требования на точность позиционирования поля зрения пирометра.

5). При измерении температуры вне точки нагрева необходима пауза порядка десятков секунд от момента установления мощности нагрева до момента снятия показаний. Длительность паузы зависит от физических свойств металла.

6). Зависимость отклика приемника от температуры объекта измерения может быть найдена из вида окна спектральной чувствительности приемника. При температурах до сотен градусов данная зависимость аппроксимируется степенной функцией вида Т06, где ««3.3, при этом наблюдается хорошее согласование расчета с экспериментом.

7). Предложена методика пересчета отклика радиометра в температуру объекта измерения с использованием одной табулированной функции для прямого и обратного преобразования, пригодная для применения в цифровой системе. В случае меняющейся температуры эталонного излучателя данная методика позволяет избежать ряда проблем, практически неустранимых в аналоговой системе.

8). Отклик пироэлектрического радиометра является функцией многих параметров, характеризующих излучательные свойства объекта, направленные свойства оптической системы, а также пространственное распределение температуры по поверхности объекта.

9). Для калибровки пирометра и проведения измерений целесообразно смещение точки нагрева на ширину геометрооптической диаграммы направленности. Такой подход позволяет получить методическую погрешность не более 50-^100°С (в зависимости от позиционирования пирометра), уменьшить влияние изменения коэффициента излучения материала при температурах плавления, а также сделать менее строгими требования к динамическому диапазону пирометра.

10). Минимизация погрешности соответствия радиационной температуры Тп и физической температуры Т0 достигается при позиционировании пирометра в точку измерения, совпадающую с точкой калибровки. При ошибке позиционирования порядка нескольких миллиметров и более погрешность может выйти за пределы практически допустимой.

Заключение

Проведенные исследования позволяют сделать ряд выводов и предложений по реализации ИК радиометров.

В области ИК оптических систем:

1) При выборе уровня для определения ширины углового распределения мощности оптической системы необходимо учитывать допустимый коэффициент рассеяния вне главного лепестка этого распределения. Это особенно важно для оптических систем ИК радиометров, т.к. для них прием фонового излучения увеличивает погрешность измерения.

2) Применение системы двух сферических зеркал оправдано для случая простых оптических систем, когда к ширине углового распределения мощности предъявляются умеренные требования.

3) Если размер теплового приемника L' больше определенного значения, то система двух сферических зеркал эквивалентна (в смысле ширины углового распределения мощности) системе Кассегрена с тем же приемником. Данное пороговое значение L' обусловлено преимущественным влиянием протяженности приемника на уширение углового распределения мощности.

4) Используя несколько приемников, можно создать многолучевую ДН в системе двух сферических зеркал. При этом если центры сфер совпадают, то ДН для этих приемников будут иметь практически одинаковую форму и разные направления главного максимума.

5) Коэффициент рассеяния вне главного лепестка ДН диафрагмированной оптической системы существенно зависит от расположения внутренних диафрагм. Наибольшее значение рассеяния имеет место при эквидистантном расположении диафрагм. В работе получены квазиоптимальные координаты диафрагм, позволяющие получить значительный выигрыш по рассеянию (до несколько порядков).

6) Показано, что на практике число внутренних диафрагм может не превышать трех; использование большего числа диафрагм не гарантирует уменьшения рассеяния.

7) Наилучшие характеристики направленности достигаются при диффузном отражении излучения внутренней поверхностью диафрагмированной оптической системы.

8) Величина дифракционной погрешности оптико-электронного преобразователя с диафрагмированной оптической системой зависит не только от ее конструкции, но и в значительной степени от градиента температурного поля объекта и может достигать нескольких процентов.

9) Для уменьшения дифракционной погрешности без изменения параметров диафрагмированного датчика целесообразно смещать оптическую ось датчика ИК пирометра относительно точки нагрева.

В области пироэлектрического оптико-электронного преобразования ИК излучения:

1) Предельное температурное разрешение типичного реального ППИ с ограниченной полосой спектральной чувствительности хуже, чем у приемника полного излучения. Тем не менее, с ростом температуры разрешение улучшается, выходя на примерно постоянный уровень при высоких температурах.

2) В случае нецентрированного прямоугольного сигнала с приемника радиометра флуктуации фазы фронтов модулирующего меандара увеличивают дисперсию выходного сигнала радиометра. Подобная ситуация может иметь место при микропроцессорной обработке сигнала, когда сигнал приводится к знакопостоянному виду.

3) Получены статистические характеристики выходного сигнала модуляционного радиометра при флуктуациях длительности полупериодов модуляции. Показано, что при нецентрированном прямоугольном сигнале для минимизации дисперсии отклика модуляционного радиометра следует обеспечивать максимальное время корреляции длительности полупериодов модуляции, т.е. желательно применять механический модулятор с большим моментом инерции.

В области методики измерения и обработки сигнала:

1) В одноканальном ИК радиометре, при расположении модулятора между оптической системой и приемником, дрейф температуры оптической системы приводит к значительной погрешности измерения. Использование компенсационного канала позволяет значительно уменьшить указанную погрешность.

2) Предложено использование специальных отверстий в компенсационном канале диафрагмированной оптики для уменьшения погрешности, имеющей место в результате нагрева оптической системы излучением объекта измерения.

3) Различные конструктивные варианты компенсационного канала обеспечивают различную степень компенсации погрешности и устойчивости к вариациям параметров. На примере ряда реализаций компенсационного канала произведена оценка достигаемого качества компенсации.

4) Предложено измерение температуры вне точки нагрева с последующим определением температуры точки нагрева (по соответствующей калибровочной характеристике), что позволяет уменьшить погрешность, обусловленную сильным изменением коэффициента излучения материала и ИК излучением паров металла. Вместе с тем ужесточаются требования на точность позиционирования поля зрения пирометра.

5) Показано, что при измерении температуры вне точки нагрева необходима пауза порядка десятков секунд от момента установления мощности нагрева до момента снятия показаний. Длительность паузы зависит от физических свойств металла.

6) Зависимость отклика приемника от температуры объекта измерения может быть найдена из вида окна спектральной чувствительности приемника. При температурах до сотен градусов данная зависимость аппроксимируется степенной функцией вида где а^З.З, при этом наблюдается хорошее согласование расчета с экспериментом.

7) Предложена методика пересчета отклика радиометра в температуру объекта измерения с использованием одной табулированной функции для прямого и обратного преобразования, пригодная для применения в цифровой системе. В случае меняющейся температуры эталонного излучателя данная методика позволяет избежать ряда проблем, практически неустранимых в аналоговой системе.

8) Для калибровки пирометра и проведения измерений целесообразно смещение точки нагрева на ширину геометрооптической диаграммы направленности. Такой подход позволяет получить методическую погрешность не более 50-И00°С (в зависимости от позиционирования пирометра), уменьшить влияние изменения коэффициента излучения материала при температурах плавления, а также сделать менее строгими требования к динамическому диапазону пирометра.

9) Минимизация погрешности соответствия радиационной температуры Тп и физической температуры Т0 достигается при позиционировании пирометра в точку измерения, совпадающую с точкой калибровки. При ошибке позиционирования порядка нескольких миллиметров и более погрешность может выйти за пределы практически допустимой.

Диссертация выполнена на основании научных исследований, проведенных по тематике госбюджетных научно-исследовательских работ кафедры радиотехники, научной программы «интеграция», а также по договорам с научно-исследовательским конструкторским институтом энерготехники (г. Москва). Результаты работы внедрены на Чепецком механическом заводе (г. Глазов), в Вятском госуниверситете.

Целесообразны дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования по адаптации разработанных методик и технических решений в задачах экспериментальной радиофизики и высокотемпературных технологиях.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Хрулев, Алексей Евгеньевич, 2002 год

1. Линевег Ф. Измерение температур в технике. Справочник. - Москва «Металлургия», 1980.

2. Белозеров А.Ф., Омелаев А.И., Филиппов B.J1. Современные направления применения ИК радиометров и тепловизоров в научных исследованиях и технике. // Оптический журнал, 1998, №6, с.16.

3. Васин Н.Н. Система измерения температуры вращающихся объектов. // Приборы и техника эксперимента, 1996, №5, с. 167.

4. Слюсарев Г.Г. Методы расчета оптических систем. Л.: Машиностроение, 1969.

5. Слюсарев Г.Г. Расчет оптических систем. Л.: Машиностроение, 1975.

6. Омелаев А.И., Филиппов В.Л. Информационные системы и устройства ИК-диапазона. // Оптический Вестник, 1994, №7-8, с.З.

7. Скобло B.C. К оценке дальности действия тепловизионных систем. // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2001. Т.44, №1, с. 47.

8. Макаров А.С., Филиппов В.Л. Ослабление ИК излучения в атмосфере при наличии осадков // Оптический журнал, 1996, №11, с.ЗЗ.

9. Леонов В.Н., Хребтов И.А. Антенные тепловые приемники излучения (обзор) // Приборы и техника эксперимента, 1993, №4, с. 11.

10. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. -М.: Наука, 1973.

11. Кисляков А.Г., Разин В.А., Цейтлин Н.М. Введение в радиоастрономию. Часть II. Техника радиоастрономии. Учебник для вузов. Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского университета. М.: ФИЗМАТЛИТ, 1996. С.23.

12. Прикладная оптика: Учеб. пособие для приборостроительных специальностей вузов / Под общ. ред. Н.П. Заказнова. М.: Машиностроение, 1988. - 312 с.

13. Боресков А.В., Зайцев А.А., Шишкин Е.В. Начала компьютерной графики. -М.: «Диалог-МИФИ», 1993. 138с.

14. Кинбер Б.Е. О двухзеркальных антеннах // Радиотехника и электроника, 1962, №6, с.973.

15. Барах Л.Д., Вавилова И.В. Сферические двухзеркальные антенны // Радиотехника и электроника, 1961, №7, с.1146.

16. Будагов Ю.А., Йорданов А.Б., Литов Л.Б., Харопеев Ю.Н. Фокусирующие зеркала с основой из быстротвердеющей пены. // Приборы и техника эксперимента, 1987, №3, с.211.

17. Подоба В.И., Лебедева Г.И., Еськов Д.Н. Особенности приемного оптического телескопа для лидара космического базирования. //

18. Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2002. Т.45, №2, с.28.

19. Ramos-Izquiedro L., Bufton J.L., Hayes P. Optical system design and integration of the Mars Observer Laser Altimeter // Applied Optics. 1994. Vol. 33 №3. p. 314.

20. Кинбер Б.Е., Лобкова JI.M., Савочкин А.А. Об особенностях излучения сферических двухзеркальных антенн // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. 1991. Т.34, №2. С. 173.

21. Мельников Г.С., Попов А.С. Двухзеркальные оптические системы с многократным отражением от главного сферического зеркала. // Оптический журнал, 1999, том 66, №7, с.90.

22. Геруни П.М. Вопросы расчета сферических двухзеркальных антенн. // Радиотехника и электроника, 1964, № 1, с.З.

23. Кинбер Б.Е. О боковом излучении зеркальных антенн // Радиотехника и электроника. 1961, №4, с. 545-558.

24. Боровиков В.А., Кинбер Б.Е. Геометрическая теория дифракции. — М.: Связь, 1978.

25. Саломонович А.Е., Соболева Н.С. К расчету двухзеркального радиотелескопа // Радиотехника и электроника. 1959, №5, с. 799.

26. Захарченко В.А., Шмойлов А.В. Приемник инфракрасного излучения // Приборы и техника эксперимента, 1979, №3, с.220.

27. Шахут A.M., Лутовский В.М., Никитин Н.Н. Датчик теплового излучения. //Приборы и техника эксперимента, 1995, №6, с.179.

28. Исмаилов М.М., Петренко А.А., Астафьев А.А., Петренко А.Г. Инфракрасный радиометр для определения тепловых профилей и индикации разности температур. // Приборы и техника эксперимента, 1994, №4, с. 196.

29. Мухин Ю.Д., Подъячев С.П., Цукерман В.Г., Чубаков П.А. Радиационные пирометры для дистанционного измерения и контроля температуры РАПАН-1 и РАПАН-2 // Приборы и техника эксперимента, 1997, №5, с.161.

30. Шерр С. Электронные дисплеи: Пер. с англ. М.: Мир,1982.

31. Афанасьев А.В., Лебедев B.C., Орлов И.Я., Хрулев А.Е. Инфракрасный пирометр для контроля температуры материалов в вакуумных установках // Приборы и техника эксперимента, 2001, №2, с.155-158.

32. Логвинов Ю.Ф., Педенко Ю.А., Разсказовский В.Б. Дифракционная модель многолучевого распространения над неровной поверхностью при малых углах скольжения // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. 1996. №5. С.547.

33. Криксунов Л.З. Справочник по основам инфракрасной техники. М.: Советское радио, 1978. - 400 с.

34. Илларионов В.Ф., Каргопольцев В.А., Корнилов А.Б., Маклашкин С.В., Широких А.В., Шустов А.В. Оптическая модель тела сложной формы. // Оптический журнал, 1999, №7, с.81.

35. Глобус М.Е. Расчет оптических устройств, использующих многократно отраженные световые потоки (кр. содерж. депонированной статьи: ВИНИТИ №3324-80 деп., 28 стр. с иллюстрациями) // Приборы и техника эксперимента, 1981, №1, с. 190.

36. Глобус М.Е. // Журнал прикладной спектроскопии, 1972, 16, вып. 5, 888.

37. Бочаров А.А. Влияние межзвездного рассеяния на среднюю форму импульса и видимые угловые размеры пульсара: метод случайных «лучевых» траекторий // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. 1988. Т.31, №10. С.1151.

38. Бочаров А.А. Моделирование пространственного спектра неоднородностей при численном анализе распространения волн в случайно-неоднородных средах // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. 1990. Т.ЗЗ, №7. С.884.

39. Авдошин Е.С. Светопроводные инфракрасные радиометры (обзор) // Приборы и техника эксперимента, 1988, №2, с.5.

40. Авдошин Е.С. Волоконный инфракрасный радиометр. // Приборы и техника эксперимента, 1989, №4, с. 189.

41. Косоротов В.Ф., Кременчугский JI.C., Самойлов В.Б. Пироэлектрический эффект и его практические применения. Киев: Наук, думка, 1989. -224с.

42. Кременчугский Л.С. Сегнетоэлектрические приемники излучения. -Киев: Наук, думка, 1971. -234с.

43. Новик В.К., Гаврилова Н.Д., Фельдман Н.Б. Пироэлектрические преобразователи. М: Советское радио, 1979.

44. Кременчугский JI.C., Ройцина О.В. Пироэлектрические приемники излучения. Киев: Наук, думка, 1979. - 381с.

45. Панкратов Н.А. Пироэлектрические приемники излучения. // Оптический журнал. 1995, №12, с. 12.

46. Сидорюк О.Е. Пирометрия в условиях интенсивного фонового излучения. // Приборы и техника эксперимента, 1995, №4, с.201.

47. Гуменюк Г.А., Сивков Н.И., Шитик А.В. Термостабилизированная оптическая головка инфракрасного радиометра. // Приборы и техника эксперимента, 1977, №4, с.238.

48. Миловидов B.JI. Низкофоновая инфракрасная камера с переносом изображения // Приборы и техника эксперимента, 1996, №1, с.115.

49. Neuhaus D. Patent 5076707 US. Dec. 31, 1991. МКИ G01J5/00; МКИ GO IK 1/00.

50. Krause R, Pfeiffer Т., Horvath V. Patent 4435093 US. Mar. 6, 1984.

51. Порев В.А. Телевизионный пирометр // Приборы и техника эксперимента, 2002, №1, с. 150.

52. Широбоков A.M., Щупак Ю.А., Чуйкин В.М. Обработка тепловизионных изображений, получаемых многоспектральным тепловизором «Терма-2». // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2002. Т.45, №2, с. 17.

53. Букатый В.И., Перфильев В.О. Автоматизированный цветовой пирометр для измерения высоких температур при лазерном нагреве. // Приборы и техника эксперимента, 2001, №1, с. 160.

54. Chrzanowski К., Bielecki Z., Szulim М. Comparison of temperature resolution of single-band, dual-band and multiband infrared systems // Applied Optics. 1999. Vol. 38 №13. p. 2820.

55. Chrzanowski K., Szulim M. Error of temperature measurement with multiband infrared systems//Applied Optics. 1999. Vol. 38 №10. p. 1998.

56. Hand-held digital temperature measuring instrument. US patent № 4634294 Jan. 6. 1987.

57. Федянович В.И., Дутиков М.Д. Синтез малогабаритной антенны со сферической полупрозрачной поверхностью. // Радиотехника и электроника. 1995, №12. С. 1822.

58. Орлов И .Я., Хрулев А.Е. Направленные свойства сферической двухзеркальной системы с протяженным инфракрасным приемником //Известия высших учебных заведений. Радиофизика. 2002. T.XLV, №4, с.297.

59. Хрулев А.Е. Оптимизация параметров сферической оптической системы методом трассировки лучей // В кн.: Тр. 4-й научн. конф. по радиофизике. 5 мая 2000 г. /Ред. А.В.Якимов. Н.Новгород: ТАЛАМ, 2000, с.186.

60. Геометрическая оптика. Термины, определения и буквенные обозначения. ГОСТ 7427-76.

61. Орлов И.Я., Хрулев А.Е. Моделирование диафрагмальной оптической системы методом прямой трассировки лучей // В кн.: Тр. 3-й научн. конф. по радиофизике. 7 мая 1999 г. /Ред. А.В.Якимов. -Н.Новгород: ННГУ, 1999, с.165.

62. Орлов И .Я., Хрулев А.Е. Дифракционная погрешность диафрагмированного оптического датчика для ИК пирометрии. // Датчики и Системы, 2002, №3, с.8-11.

63. Pyroelectric and Multispectral detectors. InfraTec GmbH.

64. Панкратов H.A. Приборы на основе пироэлектрических приемников излучения. // Оптический журнал. 1996, №3, с. 13.

65. Азаров А.Д., Коваль С.С., Малков А.В., Митрофанов В.В., Трапезников М.Б. Жидкокристаллическое устройство управления оптическим излучением. // Приборы и техника эксперимента, 1981, №2, с. 190.

66. Зырянов В .Я., Сморгон C.JL, Шабанов В.Ф. Модулятор света. // Приборы и техника эксперимента, 1992, №6, с.209.

67. Сморгон С.Л., Пресняков В.В., Зырянов В.Я., Шабанов В.Ф. Устройство для поляризации и модуляции света. // Приборы и техника эксперимента, 1997, №1, с.164.

68. Данилов В.В., Серапионов Ю.Н., Сидоров А.И., Цветкова С.Н., Хребтов А.И. ЖК-модулятор для пироэлектрического радиометра // Оптический журнал, 1994, №2, с.53.

69. Пилипович В.А., Поляков В.И., Конойко А.И. Электрооптические модуляторы света. // Приборы и техника эксперимента, 1987, №1, с.182.

70. Автономов В.П., Лисунов В.В., Мацвейко А.А., Орлов А.В., Прохоров И.Е., Чекмарев A.M. Устройство оптического вентиля на основе эффекта Фарадея. // Приборы и техника эксперимента, 1989, №4,с.187.

71. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Книга первая. -М., «Сов. радио», 1974, 552с.

72. Малахов А.Н. Флуктуации в автоколебательных системах. М., «Наука», 1968.

73. Thompson Т., Westerberg Е. Patent 5326171 US. Jul. 5, 1994. МКИ G01J5/06.

74. Орлов И.Я., Хрулев А.Е. Некоторые возможности уменьшения погрешности, обусловленной нагревом диафрагмированного оптического датчика при ИК радиометрии. // Датчики и Системы, 2002, №9, с.36-40.

75. Горелик Г.С. Колебания и волны. М.: ФизМатГИЗ, 1959.

76. Температурные измерения. Справочник. Киев: Наукова думка, 1989, 703с.

77. Chernin S.M. High-temperature miniature blackbody radiation sources // Applied Optics. 1997. Vol. 36 №7. p. 1580.

78. Table of emissivity of various surfaces for infrared thermometry. /Micron Instrument Company, Inc. USA, p. 10.

79. Афанасьев А.В., Хрулев А.Е. Микропроцессрный ИК пирометр // В кн.: Тр. 4-й научн. конф. по радиофизике. 5 мая 2000 г. /Ред. А.В.Якимов. Н.Новгород: ТАЛАМ, 2000, с. 139.