WWW.LIBRUS.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - собрание публикаций
 

«пирометра в широком температурном диапазоне, при выборе композиций материалов для изготовления оптических фокусирующих узлов и элементов конструкции следует учитывать ...»

Оптичні та фізико-хімічні вимірювання

В том случае, когда в техническом задании на прибор оговорена возможность эксплуатации

пирометра в широком температурном диапазоне, при выборе композиций материалов для изготовления

оптических фокусирующих узлов и элементов конструкции следует учитывать влияние на погрешность

измерения их термофизических характеристик. Приведенная в статье методика позволяет производить

необходимые расчеты для минимизации этой погрешности .

Рациональный подход к проектированию низкотемпературного радиационного пирометра позволит существенно уменьшить вклад температурной погрешности в результат измерений. В приведенных в статье исследованиях подбор материалов конструкции позволил уменьшить эту погрешность более чем в два раза .

Полученные результаты будут полезны специалистам в области оптической радиометрии и разработчикам тепловизионной техники .

Литература

1. Jamison T.H. Thermal effects in optical systems // Opt. Eng. – 1981. vol 20. – p.156-160 .

2. Поскачей А.А. Оптико-электронные системы измерения температуры./ Поскачей А.А., Чубаров Е.П. – М.: Энергоатомиздат, 1988 .

3. Кучеренко О.К. Влияние температуры на терморасфокусировку фокусирующего узла в инфракрасных системах / О.К. Кучеренко, А.В. Муравьёв, В.Н. Куцурук // Вісник НТУУ «КПІ». Серія Приладобудування. – 2010. – Вип. 40. Стор. 32-37 .

4. Кучеренко О.К. Анализ влияния температурных воздействий на оптические характеристики малогабаритних катадиоптрических оптических систем /О.К.Кучеренко, Д.Н.Лисица, А.В.Молодык и др // Артиллерийское и стрелковое вооружение. – 2010. – № 1. – Стр..26-30 .

Надійшла до редакції 24.1.2013 р .

УДК 528.7: 629.78 Л.А. МИХЕЕНКО, Т.А. ГРИШКО, Т.В. КОТЛЯРЕНКО Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт»

ДИФФУЗНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОЙ ЯРКОСТИ НА БАЗЕ

МАТРИЦЫ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ С РАССЕИВАТЕЛЕМ

В статье рассмотрены требования к излучателям для цифровых оптико – электронных систем с МПИ и  разработан новый метод расчета и анализа излучателя переменной яркости на базе матрицы светоизлучающих  диодов  с  рассеивателем,  основанного  на  учете  влияния  пространственной  структуры  матрицы  и  функции  рассеяния  точки  или  функции  рассеяния  линии  рассеивающего  элемента  и  анализ  фотометрических  характеристик такой системы.  Полученные  результаты  будут  полезны  широкому  кругу  специалистов  в  области  оптической  радиометрии и метрологии.  Ключевые слова: метрология, радиометрические измерения, цифровые оптико – электронные системы,  оптическая радиометрия, матричные приемники излучения.  The  article  describes  the  requirements  for  digital  optical  emitters  –  electronic  systems  with  multielement  radiation detectors and a new method of calculation and analysis of the radiator variable brightness based on a matrix of  lightemitting  diodes  with  a  lens,  based  on  the  account of  influence  of  the  spatial  structure  of  the  matrix and  the  point  spread  function  (PSF)  or  function  scattering  line  (LSF)  and  the  dissipation  element  analysis  of  the  photometric  characteristics of the system.  The results will be useful to a wide range of specialists in the field of optical radiometry and metrology.  Keywords:  metrology,  radiometric  measurements,  digital  optical  –  electronic,  optical  radiometry,  matrix  photodetectors .




  Введение В последнее время наблюдается быстрое развитие цифровых оптико – электронных систем (ЦОЭС) с матричными приемниками излучения (МПИ) – цифровых фотоаппаратов, цифровых видеокамер, веб – камер, специализированных цифровых камер для оптической микроскопии, астрономии, автоматических и полуавтоматических систем наблюдения и сопровождения. Однако дальнейшее совершенствование таких систем в значительной мере сдерживается недостаточным уровнем методов и средств измерения их энергетических характеристик – в первую очередь функции передачи сигнала и неравномерности оптических и электрических характеристик фоточувствительных элементов МПИ [1-3] .

Важнейшей особенностью измерения энергетических характеристик ЦОЭС с МПИ являются высокие требования к излучателю, который должен соответствовать следующим техническим требованиям [4]:

1. Излучатель должен обеспечивать освещение большого количества фоточувствительных элементов МПИ – более 2048 х 2048 при площади МПИ более 15х15 мм с неравномерностью менее 1 % – 3 %;

2. Излучатель должен обладать широким динамическим диапазоном изменения яркости – не менее 74 Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах № 1’ 2013 ISSN 2219-9365 Оптичні та фізико-хімічні вимірювання 10 – без изменения спектрального состава и степени поляризации оптического излучения;

3. Излучатель должен обладать линейностью выходной характеристики с отклонением менее 1 %- 3 %;

4. Излучатель должен обеспечивать высокое значение максимальной освещенности входного значка ЦОЭС или фоточувствительной площадки МПИ – более 5 Вт/м, что соответствует яркости излучателя не менее 10 Вт / (ср м);

5. Излучатель должен гарантировать высокую повторяемость результата измерений со средне квадратичным отклонением менее о.о5, а в отдельных случаях и возможность калибровки МПИ в абсолютных единицах по эталонному излучателю .

Как показал критический анализ, создание излучателей, в полной мере удовлетворяющих перечисленным выше требованиям, является сложной технической задачей. В частности использование ламп накаливания и галогенных ламп позволяет получить высокие яркости, но не обеспечивает выполнения требования по однородности, линейности и повторяемости ввиду их малого срока службы и постепенного выгорания нити накаливания [5]. Применение светоизлучающих диодов (СИД) обеспечивает простоту конструкции и приемлемые фотометрические характеристики, но не позволяет получить достаточно однородное яркостное поле в пределах требуемой апертуры [6]. Использование интегрирующей сферы хотя и позволяет достичь высокой однородности в пределах выходной апертуры, линейности выходной характеристики и повторяемости, но обеспечение большой яркости и большого динамического диапазона связано с существенными техническими трудностями [4,7]. Таким образом, несмотря на большое количество известных схем излучателей [4], в настоящее время отсутствует система, в полной мере удовлетворяющая перечисленным выше техническим требованиям. Такая ситуация сдерживает развитие как методов, так и средств измерения энергетических характеристик современных ЦОЭС с МПИ .

Постановка задачи:

Одной из наиболее перспективных схем построения такого излучателя является схема с использованием матрицы мощных СИД и вторичного излучателя в виде диффузного рассеивателя [4]. Эта схема позволяет получить большую яркость выходной апертуры в сочетании с высокой однородностью ее распределения. Важным преимуществом такой схемы является возможность изменения яркости в широких пределах за счет изменения тока питания СИД [8]. При этом выходная характеристика излучателя будет прямо пропорциональна величине тока питания источника излучения. Однако существующие методы расчета таких систем являются недостаточно точными и эффективными для прецизионной фотометрии, в частности – при создании установок для измерения энергетических характеристик ЦОЭС с МПИ. В связи с этим целью данной работы является разработка нового метода расчета и анализа излучателя переменной яркости на базе матрицы СИД с рассеивателем, основанного на учете влияния пространственной структуры матрицы и функции рассеяния точки (ФРТ) или функции рассеяния линии (ФРЛ) рассеивающего элемента (рис. 1) и анализ фотометрических характеристик такой системы .

Формирование яркостного поля рассеивающим элементом При работе матрицы СИД совместно с рассеивателем, например из молочного или матовых стекол, первичным излучателем является поверхность, прилегающая к излагающим площадкам СИД, а вторичным – наружная поверхность рассеивателя .

Рассмотрим математическую модель такого излучателя. Яркостное поле первичного излучателя – матрицы СИД можно описать как совокупность излучающих площадок с известными размерами и периодами. Важнейшими фотометрическими характеристиками рассеивателя являются интегральный коэффициент пропускания, спектральная характеристика (), ФРТ или ФРЛ .

Яркость диффузного рассеивателя, как вторичного излучателя, можно определить следующим образом :

1. Распределение яркости по излучающей поверхности матрицы в системе координат X, Y, Z описывается функцией (рис. 1):

L1 ( x, y ) Lm f m ( x, y,V,W, P, S ), (1) L1 ( x, y ) – распределение яркости по поверхности матрицы, как функция от координат точки (х, у);

где W, V – размеры излучающей поверхности матрицы по осям OX и OY соответственно; S и Pпространственные периоды излучающих площадок СИД по осям OX и OY соответственно. Lm – f m x, y,V,W, P, S – нормированная функция, которая максимальная величина яркости матрицы;

описывает распределение яркости по поверхности матрицы .

2. Распределение освещенности на внутренней (обращенной к матрице, то есть в системе координат Х ',Y ', Z ) поверхности рассеивателя определяется как функция от распределения яркости по поверхности матрицы, фотометрическими телами отдельных СИД (I (, )), расстояния между матрицей и рассеивателем

L1,коэффициента пропускания среды между матрицей и рассевателем 1 (Рис. 1):

E2 ( x ', y ' ) E2 ( x ', y ', L1 ( x, y ), l, cp, I ( ) ), (2)

–  –  –

3. Оптические передаточные свойства рассеивателя определяются его ФРТ и коэффициентом пропускания p. Тогда, считая рассеиватель вторичным ламбертовским излучателем, распределение

–  –  –

N – количество источников излучения в матрице; n- порядковый номер СИД; Aии – площадь где излучающей площадки СИД .

Распределение освещенности от квадратной матрицы 5х5 СИД показано на рис. 3 .

В качестве источников излучения можно использовать набор отдельных СИД, но лучшие результаты обеспечивают ленточные конструкции, характеристики которых представлены в таб. 1 [11] .

–  –  –

Рассеивающий элемент В качестве рассеивателя диффузного излучателя могут использоваться молочные стекла марок МС

– 12, МС – 13, МС – 19, наилучшими метрологическими характеристиками обладает стекло МС – 23 [12,13] В таб. 2 приведены интегральные коэфициенты пропускания р молочных стекол различной толщины d p, а на рис. 4 – спектральные характеристики стекла МС-23, которые могут использоваться при расчетах [12,13] .

Функции рассеяния линии молочных стекол в справочниках не приводятся и были определены в [14] экспериментально. Для инженерных расчетов вполне приемлемой является аппроксимация функцией

Гаусса с нулевым средним значением [8.11]:

h''

–  –  –

Математическое моделирование диффузного излучателя Численный анализ полученных выражений был проведен для матрицы 5х5 СИД CLA со световым потоком 680 лм и косинусной индикатрисой с m=3 (табл. 1) в комбинации с молочным стеклом марки МС – 23, толщины 3 мм, расположенной на расстоянии 5-40 мм от излучающих площадок матрицы. Основные результаты математического моделирования, полученные при помощи математического пакета Math CAD по формулам (1) – (12) показаны на рис.

5 а-в и позволяют сделать следующие выводы:

- Приближение индикатрисы СИД к ламбертовскому виду существенно улучшает однородность яркостного поля, формируемого матрицей даже при минимальном расстоянии до матрицы, локальная неоднородность не превышает 1 % .

- Увеличение периода матрицы расширяет апертуру излучателя, но приводит к росту неоднородности яркостного поля .

- Увеличение расстояния между матрицей и рассеивателем уменьшает локальную неоднородность, но одновременно уменьшает величину яркости излучателя (по закону обратных квадратов) .

Макетирование излучателя показало хорошее совпадение теоретических и экспериментальных результатов (погрешность менее 6 %), что дает основание рекомендовать предложенную методику для инженерных расчетов прецизионных протяженных дифузных излучателей с различными СИД и рассеивателями .

Опытный образец излучателя на базе рассмотренных матриц СИД и рассеивателя из молочного стекла МС – 23 показал, что он обеспечивает яркость не менее 5·10 Вт/ ср·м в пределах апертуры 20х20 мм с неравномерностью яркости менее 1 %. Динамический диапазон изменения яркости составил более 8·10 .

Измерения производились яркомером-люкcометром ТЭС 0643 с погрешностью 5 % [15] .

–  –  –

Рис. 5. Распределение яркости по поверхности рассеивателя в зависимости от параметра m (a), шага матрицы p, s (б) и расстояния l (в). Матрица 5х5, значения параметров даны в относительных единицах .

Функция L пронормирована по максимальному значению Выводы Рассмотрены требования к излучателям для цифровых оптико – электронных систем с МПИ и разработан новый метод расчета и анализа излучателя переменной яркости на базе матрицы светоизлучающих диодов с рассеивателем, основанного на учете влияния пространственной структуры матрицы и функции рассеяния точки или функции рассеяния линии рассеивающего элемента и анализ фотометрических характеристик такой системы .

Приведены конкретные параметры рассеивателей (молочных стекол) и выполнен их 80 Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах № 1’ 2013 ISSN 2219-9365 Оптичні та фізико-хімічні вимірювання предварительный отбор. Так же приведены результаты математического моделирования диффузного излучателя .

Полученные результаты будут полезны широкому кругу специалистов в области оптической радиометрии и метрологии .

Литература

1. Эпштейн М.И. Измерение оптического излучения в электронике. / М.И. Эпштейн – М.: Энергия, 1990. – 254 с .

2. Колобродов В.Г. Стендова апаратура для вимірювання енергетичних характеристик оптикоелектронних пристроїв космічного базування. / В.Г. Колобродов, В.І. Микитенко, Л.А. Міхеєнко // Наукові Вісті НУТУ «КПІ». – 2003. – № 3. – С. 98-104 .

3. Боровицький В.Н. Выбор цифровой камеры для оптического микроскопа. / В.Н. Боровицький // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2004. – № 1. – С. 21-26 .

4. Микитенко В.І. Дослідження та вибір схеми калібровочного випромінювача зі змінною яскравістю для прецизійної фотометрії. / В.І. Микитенко, Л.А. Міхеєнко, Л.А. Петрущенко // Вісник НУТУ «КПІ». Серія «Приладобудування». – 2006. – Вип.31. – С. 153-163 .

5. Ишанин Г.Г. Источники и приемники излучения. / Г.Г. Ишанин, Э.Д. Панков, А.П. Андреев и др .

– СПб.: Политехника, 1991. – 240 с .

6. Power light source Luxeon Star. Technical Datasheet DS23. – Lumileds Lighting Catalogue, San Jose, USA- 200. – 13 p .

7. Михеенко Л.А. Осветительный канал цифрового микроскопа на базе диффузного излучателя. / Михеенко Л.А., Боровицкий В.Н // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2006- № 1 (61). – С. 20-27 .

8. Гальчина Н.А. Мощные белые светодиоды и модули на их основе для целей освещения. / Гальчина Н.А., Кочан Л.М., Рассохин И.Г и др // Светотехника. – 2007. – № 2. – С. 26-28 .

9. Иванов А.П. Оптика рассеивающих сред. / А.П. Иванов – Минск : Наука и техника, 1969. – 582 с .

10. Мешков В.В. Осветительные установки. / В.В. Мешков – М.: Энергия, 1972. – 362 с .

11. Бадгутинов М.Л. Мощные светодиоды белого свечения. / Бадгутинов М.Л., Гальчина Н.А., Кочан Л.М.и др // Светотехника. – 2006. – № 6. – С. 36-40 .

12. Машковская Т.Я. К метрологии белых пластинок. / Машковская Т.Я., Хазанов В.С., Шкляева М.А. и др // Светотехника. – 1987. – № 2 – С. 18-19 .

13. Урысон Б.В. Спектральные коэффициенты яркости молочных стекол. / Урысон Б.В., Черинов О.А., Шульженко Л.П. и др // Светотехника. – 1988. – № 3. – С.4-6 .

14. Міхеєнко Л.А. Дослідження характеристик розсіювання молочного і матового скла. / Міхеєнко Л.А., Коваленко А.В // Вісник НУТУ «КПІ». Серія «Приладобудування». – 2007, – Вип. 33. –. 36-41 .

15. Столяревская Р.И. Методы исследования метрологических характеристик. Приборы для измерения световых величин. / Столяревская Р.И // Светотехника. – 1988. – № 6. – С. 21-26 .

–  –  –

МЕТОД ПІДВИЩЕННЯ ТОЧНОСТІ ВИМІРЮВАННЯ

ЛІНІЙНО-КУТОВИХ ВЕЛИЧИН   В  статті  досліджено  метод  підвищення  точності  вимірювання  лінійнокутових  величин.  Встановлено,  що  врахування  негаусового  характеру  адитивної  завади  дозволяє  значно  підвищити  точність  вимірювального  параметру.  Причому,  чим  більше  щільністю  розподілення  ймовірностей  адитивної  завади  відрізняється  від  гаусової, тим точніше отримуємо результат вимірювання.  Ключові слова: лінійнокутова величина, вимірювання, розподіл.  The paper investigates a method to improve the accuracy of measurement of linearangular values. Found that  incorporation  of  nonGaussian  nature  of  the  additive  noise  can  significantly  increase  the  accuracy  of  the  measured  parameter.  Moreover,  the  greater  the  probability  density  distribution  of  additive  noise  is  different  from  Gaussian,  the  better we get measurement results.  Keywords: linearangular value measurement distribution.  Вступ При розв’язанні багатьох практичних задач, що виникають в приладобудуванні, а також при проведенні наукових досліджень існує дефіцит інформації обумовлений характером вимірювання функції стану та іншими факторами. Вказаний дефіцит поповнюється шляхом розв’язанням задач контролю Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах № 1’ 2013 81




Похожие работы:

«Информационные процессы, Том 18, № 1, 2018, стр. 72–79 2018 Медова, Рыбин, Филатов. c ТЕОРИЯ И МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ Об одной системе связи для малых космических аппаратов нано-класса Л.Р. Медова,, П.С.Рыбин,, И.В.Филатов Московский физико-технический институт (государственный университет), Долгоп...»

«] 'f MAP т ь Кокоаалоз Владимир Вшсторопич Г Совершенствование технологического оборудования кормления поросят-отъемышей с разработкой и обоснованием параметров очистителя кормушек Специальность 05.20.01 Механизация сельскохозяйственного производстЕ...»

«^4^ БЕЛЯЕВА Елена Юрьевна РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ МНОГОАТОМНЫХ СПИРТОВ НЕОПЕНТИЛГЛИКОЛЯ И ЭТРИОЛА НА ОСНОВЕ МАСЛЯНЫХ АЛЬДЕГИДОВ 05 17.04-Технология органических веществ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических...»

«Генеральный секретариат (ГС) Женева, 22 февраля 2019 года Осн.: CL-19/8 – Администрациям Государств – Членов TSB/AM Союза – Членам Секторов, Ассоциированным Для контактов: Алессия Мальярдити членам и Академическим организ...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" Школа базовой инженерной подготовки С...»

«[Проект] ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ комплексного научно-технического проекта в области технологий квантовой обработки информации по теме "Оптические квантовые симуляторы"1. Основание для реализации проекта Соглашение о...»

«ПАСПОРТ БЕЗОПАСНОСТИ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ (8аГе1у БаСа 8Ьее1) Внесен в Регистр & РПБ № 1 1 1 1^ ** -. ^ / 1 •—1 ! — $,:,,,3* -1 '''{гг " "^4^420 11$ 1 & 5 З ' У О ф И Л Г * " 20/$ Г. /* ? // ИАЦ _ —1 Г Ъ *1 / РосстанЦа^т 4 V \ Л |. Г А II | / г ъ? / Инфо...»







 
2019 www.librus.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - собрание публикаций»

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.