автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Аппаратно-методический комплекс метрологического обеспечения средств измерений и контроля параметров тепловизионных приборов

На правах рукописи

ООЗ162627

КУРТ ВИКТОР ИВАНОВИЧ

АППАРАТНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ И КОНТРОЛЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ПРИБОРОВ

Специальность 05 11 13 - "Приборы и методы контроля природной среды,

веществ, материалов и изделий"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

5 0\и ®

Казань - 2007 г

003162627

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики"

Официальные оппоненты.

доктор физико-математических наук, профессор Польский Юрий Ехилевич доктор технических наук Алеев Рафиль Мухтарович доктор технических наук Походун Анатолий Иванович

Ведущая организация: 32 Государственный

научно-исследовательский испытательный институт МО РФ

Защита диссертации состоится "14" ноября 2007 г в 14 час 30 мин на заседании Диссертационного совета Д212 082 01 при Казанском государственном энергетическом университете (420066, г. Казань, ул Красносельская д 51) в зале заседаний Ученого совета (Д-223)

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Казанского государственного энергетического университета

Автореферат разослан " /<£" 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, .

к ф -м н, доцент н Батанова

Общая характеристика работы

В настоящей работе обобщены результаты исследований и разработок, выполненных автором в период с 1982 г по 2006 г Основная направленность выполненной работы - разработка и создание специальных аппаратных средств метрологического обеспечения измерительных комплексов и контрольно-проверочной аппаратуры, используемых для оценки характеристик тепловизионных приборов (ГВП) различного назначения на стадиях их разработки, серийного изготовления и эксплуатации Проведенные исследования совокупности измерительных средств и комплекса их метрологического обеспечения дают возможность сформулировать основные принципы создания единой системы измерения и контроля качества ГВП на отраслевом уровне

Актуальность работы

Повышение эффективное! и систем и комплексов, в состав которых входят те-пловизионные приборы, связано, в первую очередь, с обеспечением единства, требуемой точности и достоверности измерения характеристик ТВП, что возможно, только при наличии развитой структуры метрологического обеспечения

Важнейшей задачей при испытаниях и эксплуатации тепловизионных приборов различного назначения является определение и периодическое подтверждение их технических характеристик при помощи специальных измерительных стендов и контрольно-проверочной аппаратуры (КПА)

Разработка средств измерений и контроля, а также нормативной документации, регламентирующей применение соответствующих технических средств, правил и норм для достижения требуемой точности и достоверности измерений, в оптическом приборостроении всегда считалась одним из приоритетных направлений

С расширением номенклатуры разрабатываемых тепловизионных приборов и началом их серийного производства, наметился разрыв между темпами конструктивного совершенствования ТВП и темпами разработки средств измерений их характеристик, нормативной документации и эталонной базы

Приведение в соответствие сложившейся ситуации требует освоения новых оптических технологий, разработки высокоточных источников излучения на основе фазовых переходов химически чистых веществ и эвтектических сплавов, применения современной элементной базы, а также цифровых способов обработки сигналов на базе современных вычислительных систем

Актуальность создания аппаратно-методического комплекса метрологического обеспечения средств измерения и контроля параметров тепловизионных приборов обусловлена следующими причинами

- непрерывным повышением температурного и пространственного разрешения современных и перспективных тепловизионных приборов,

- совершенствованием существующих и созданием принципиально новых измерительных средств для оценки характеристик ТВП,

- необходимостью разработки единых, аттестованных в соответствии с метрологическими правилами и нормами, средств и методов проведения калибровки и поверки средств измерений и контроля параметров ТВП,

- необходимостью разработки системы обеспечения единства и требуемой точности воспроизведения и передачи дифференциальных величин спектрозонального и интегрального оптического излучения

Общие принципы и методы измерения характеристик тепловизионных приборов и их основных модулей (входной объектив, модуль электронной обработки, фотоприемное устройство, сканирующее устройство) изложены в работах как зарубежных, так и отечественных авторов (Дж Ллойда, Р Хадсона, Ю Г Якушенко-ва, Л 3 Криксунова, М М Мирошникова)

В национальных метрологических центрах NIST (USA), РТВ (Germany), NPL (Great Britain) проводятся исследования с целью разработки высокоточных средств калибровки оптико-электронных систем (ОЭС) по спектроэнергетическим и темпе-ратурно-часготным характеристикам Приоритетное направление исследований -создание национальных эталонов величин разности энергетических яркостей (РЭЯ) и разности радиационных температур (РРТ) Проявляют большой интерес к эталонам и измерительным стендам, воспроизводящим нормированные значения величин РРТ и РЭЯ, специалисты Китая

Американские компании "SBIR" (Santa Barbaia infraied, Inc.), "Vega International, Inc ", "Electro Optical Industries, Inc ", "Infraied Sistems Development", "CI Systems Inc " разработали и предлагают на международном рынке значительную номенклатуру специализированных средств калибровки и испытаний тепловизионных и радиометрических приборов

Среди отечественных разработок средств измерений и контроля характеристик тепловизионных приборов наиболее известными являются разработки Государственного оптического института им С И Вавилова, Всероссийского научно-исследовательского института метрологии им Д И Менделеева и Государственного института прикладной оптики (Новоселов В А , Бугаенко А Г, Балоев В А )

Таким образом, учитывая современное состояние измерительной, нормативной и эталонной базы обеспечения измерения и контроля характеристик ТВП, можно сделать заключение о необходимости ее развития и совершенствования в целях создания теоретически обоснованной и экспериментально подтвержденной единой системы метрологического обеспечения производства, испытаний и эксплуатации тепловизионных приборов, включающей в себя средства воспроизведения, хранения и передачи величин "Разность радиационных температур" (РРТ) и разность энергетических яркостей (РЭЯ) и поверочную схему, определяющую порядок и методы передачи указанных величин

Цель работы

Целью настоящей работы является исследование, разработка и создание комплекса средств и методов воспроизведения и передачи величин РРТ и РЭЯ для решения актуальной научно-технической проблемы - создания единой отраслевой системы метрологического обеспечения измерений и контроля характеристик современных и перспективных тепловизионных приборов

Основные задачи диссертационной работы

, Для достижения поставленной цели потребовалось

- на основании анализа номенклатуры измеряемых характеристик тепловизи-онных приборов определить оптимальный состав и требования по диапазону и необходимой точности воспроизведения основных нормируемых энергетических и пространственных характеристик измерительных стендов и коитрольно-прове-рочнои аппаратуры ТВП,

- исследовать существующие методы калибровки средств измерений и контроля параметров ТВП и разработать аппаратные средства и меюдику калибровки, обеспечивающие измерение характеристик измерительных стендов и КПА ТВП с высоким температурным и пространственным разрешением,

- провести анализ существующих средств измерения и контроля характеристик ТВП и определить перспективные направления развития и совершенствования средств воспроизведения и передачи величин РРТ,

- провести теоретические и экспериментальные исследования способов изменения значений величин РЭЯ и РРТ с требуемой точностью и разработать предложения по их реализации,

- разработать высокоточные средства воспроизведения и передачи величин РРТ и РЭЯ и оценить возможность их применения в метрологических центрах и на предприятиях отрасли в ранге эталонных средств,

- разрабо1ать проект отраслевой поверочной схемы для средств воспроизведения, хранения и передачи величин РРТ и РЭЯ, определяющей порядок и методы передачи указанных величин измерительным стендам и КПА ТВП

Научная новизна исследований и полученных результатов заключается в том, что при решении поставленных задач и цели создания аппаратно-методи-ческого комплекса метрологического обеспечения средств измерения и контроля параметров тепловизионных приборов впервые

- разработана система метрологического обеспечения средств измерения и контроля характеристик современных и перспективных ТВП, обеспечивающая единый подход к созданию аппаратных средств воспроизведения и передачи величин РРТ и РЭЯ и единую методологию определения их характеристик

- получены теоретически обоснованные и экспериментально подтвержденные аналитические выражения для расчета величин РРТ и РЭЯ, воспроизводимых оптическими системами с профильной зеркально-отражающей мирой и с дискретными и плавными ослабителями излучения,

- теоретически и экспериментально подтверждена возможность изготовления измерительного стенда, обеспечивающего с высокой точностью измерение и контроль характеристик современных и перспективных тепловизионных приборов

Научные положения, выносимые на защиту

1 Результаты научно-технического обоснования требований к средствам измерения и контроля характеристик ТВП, определяющие, с учетом перспективы развития

- номенклатуру основных нормируемых энергетических и пространственных характеристик измерительных стендов,

- требования по диапазону и точности воспроизведения величин РРТ и РЭЯ

2 Результаты разработки, создания и практического внедрения аппаратно-методического комплекса радиометрической калибровки измерительных стендов и КПА ТВП, учитывающего взаимное тепловое влияние системы "излучатель-мира" тест-объекта, коэффициенты пропускания оптической системы измерительного стенда и КПА и коэффициенты излучения рабочих поверхностей тест-объекта

3 Научно-практическое обоснование реализации высокоточных средств для воспроизведения, хранения и передачи величин РРТ и РЭЯ в диапазоне (неопределенность) от 0,005 (20%) до 70 К (0,7%) и от 0,01 (20%) до 190 (1%) Вт/(ср м2) соответственно

4 Система метрологического обеспечения измерений величин "Разность энергетических яркостей" и "Разность радиационных температур", включающая в себя

- комплекс средств воспроизведения, хранения и передачи величин РРТ и РЭЯ,

- ведомственную поверочную схему, определяющую порядок и методы передачи указанных величин рабочим средствам измерений

Практическая значимость работы состоит в том, что в ней

- обоснованы ограничения применения измерительных стендов и контрольно-проверочной аппаратуры ТВП по диапазону воспроизводимых значений величин РРТ в зависимости от конструктивного исполнения применяемых в них тест-объектов и дифференциального источника ИК излучения в целом,

- разработан, исследован и введен в эксплуатацию стационарный радиометр-компаратор для измерения величин РРТ и РЭЯ, воспроизводимых измерительными стендами, отличающийся от имеющихся аналогов оптической схемой, позволяющей получить более качественное изображение исследуемого тест-объекта, принципом визирования исследуемого тест-объекта, позволяющим осуществлять запись всех элементов тест-объекта, включая зону миры вне штрихов и высокой точностью измерения указанных величин,

- состав и конструкция разработанного сканирующего радиометра, обеспечивающего измерение величин РРТ в диапазоне (погрешность) от 20 мК (25%) до 20 К (5%) и РЭЯ от 0,04 Вт/(ср м2) (25%) до 40 Вт/(ср м2) в спектральных диапазонах от 3 до 5 мкм и от 8 до 12 мкм, приняты для производства сканирующего радиометра в качестве эталона-переносчика величин РРТ и РЭЯ

- разработанные состав и конструкция экспериментального образца высокоточного измерительного стенда приняты для производства в качестве экспериментального образца вторичного эталона величин РРТ и РЭЯ в диапазоне (неопределенность) от 5,0 (1,0) мК до 70 (0,5) К и РЭЯ в диапазоне от 10,0 (2,0) мВт/(ср м2) до 190 (1,9) Вт/(ср-м2)

- на основе экспериментального образца вторичного эталона и эталона-переносчика разработан проект ведомственной поверочной схемы средств измерений величин РРТ и РЭЯ, определяющей порядок и методы передачи указанных величин рабочим средствам измерений

- измерительные комплексы "НСИ-К", "НСИ-КМ", НСИ-КМУ", "Измеритель-ЗЦ", "Орхон" и контрольно-проверочная аппаратура 9В974, 9В679, 9В9001 и их модификации, прошедшие калибровку разработанными аппаратно-методическими средствами внедрены

- в ФГУП НПО ГИПО в обеспечение поставок Инозаказчику изделий ШН79, 1ПН86ВИ, ТПВК-24Н и их модификаций (1997 - 2006 гг),

- в ГУП "КБП". г Тула в обеспечение совместных работ, проводимых для Инозаказчиков (2002-2006гг ),

- в ГУП ПО "НПЗ", г Новосибирск, при разработках и серийном выпуске тепловизионных приборов различного назначения (2005-2006 гг),

- в ФГУП ПО "УОМЗ" для обеспечения разработок и серийного производства тепловизионных каналов II поколения различного назначения (2002 - 2003 гг),

- в "Промышленном центре оптики", Республика Польша, г Варшава, при проведении совместных разработок в рамках военно-технического сотрудничества (ВТС) в обеспечение серийного выпуска тепловизионного канала для систем управления огнем танка Т-72 (1996-1997 гг),

- в Куньминском институте физики, Китайская народная республика, г Кун-минь, при проведении совместных работ в рамках ВТС в обеспечение разработок тепловизионных приборов различного назначения (1997-1998 гг).

Апробация результатов работы:

Основные результаты работы докладывались на

- 5-ой Всесоюзной научно-технической конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение", ВНИИОФИ, Москва, 1984 г,

- 10-й и 12-й Всероссийских научно-технических конференциях "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение", ВНИИОФИ, Москва, 1994 и 1999 гг ,

- международной конференции "Прикладная оптика-98", ГОИ им С Н Вавилова, Санкт-Петербург, 1998 г,

- 1-ой Всероссийской конференции по проблемам термометрии "Температура -2001", Подольск, 2001 г

- XVI-ой Международной научно технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения 2000 г, Москва, Россия

- Eurotherm Seminar "Quantitative Infraied Thermography V", GIRT'2000 Rheyms, France, (papei theses), Jule, 2000

Публикации

Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 45 научных работах, в том числе в монографии " Моделирование и оценка современных тепловизионных приборов", Казань, Отечество, 2006 г, в 7 научных статьях во всероссийских журналах, соответствующих "Перечню журналов и изданий ", опубликованному в Бюллетене ВАК Минобразования РФ, №2, 2003 г, в 4-х патентах Российской Федерации и в материалах 9-ти Международных, Всесоюзных и Всероссийских конференций

Личный вклад

Настоящая диссертационная работа представляет собой обобщение многолетних теоретических и экспериментальных исследований автора в области разработки аппаратно-методических средств метрологического обеспечения испытаний и эксплуатации тепловизионных приборов Автор являлся ответственным исполнителем и руководителем выполняемых поисковых НИР и НИОКР, назначен главным конструктором разработки экспериментального образца эталона-переносчика величин РРТ и РЭЯ Автор является также ученым хранителем вторичных эталонов температуры по ИК-излучению РЭТ-220 и РЭТ-370

В опубликованных работах, выполненных лично и в соавторстве с коллегами, автору принадлежит постановка задач, поиск путей их решения, постановка и проведение экспериментальных исследований, обобщение полученных результатов и выводы

В многочисленных калибровках и поверках средств измерений и контроля параметров ТВП автор принимал непосредственное участие как разработчик методик калибровки и поверки и как непосредственный исполнитель

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных литературных источников, включающего 117 наименований, и трех приложений Общий объем (без приложений) 260 страниц, включая 61 рисунок и 47 таблиц

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, обоснованы научная новизна и практическая значимость полученных результатов, приводятся научные положения, выносимые на защиту, сведения о внедрении, дана структура диссертации, сведения о публикациях и апробации работы

В первой главе приведены и проанализированы сведения о технических характеристиках и номенклатуре отечественных и зарубежных тепловизионных приборов и систем, применяемых для решения различных задач обороны и безопасности страны, контроля характеристик экосистемы, предотвращения аварийных ситуаций на продукто- и энергопроводах, а также в других областях науки и техники Сведения о разработках ТВП представлены в табличной форме, что позволяет, на основе анализа основных характеристик ТВП, выявить диапазоны предельных их характеристик, определяющих требования к средствам измерения

В разделе 1.2 главы проведен анализ характеристик ТВП по данным отечественных и зарубежных источников, определен состав основных нормируемых энергетических и пространственных характеристик средств измерений и требования к средствам измерения характеристик ТВП по диапазону и точности воспроизведения величин РРТ и РЭЯ

Автором были рассмотрены следующие характеристик ТВП

- эквивалентная шуму разность температур, определяемая по выражению (Дж Ллойд, М М Мирошников)

АТ л аЬУн (1)

аРА,г,0\Хт){Ш! М') где а, Ь - размеры чувствительного элемеша приемника излучения, см, а, /3 - угловые размеры чувствительного элемента приемника излучения, рад, о'(А,„) ~ удельная обнаружительная способность в максимуме спектральной чувствительности фогоприемника, см Гц'/2/Вт, А0 - эффективная площадь входного зрачка с учетом экранирования, см2, г0 - коэффициент пропускания оптической системы в рабочем спектральном диапазоне, AfK - эквивалентная шумовая полоса стандартного фильтра, Гц, AW/AT- эффективное изменение спектральной плотности потока излучения с температурой Т, Вт/(см2 мкм) градус

- минимальная разрешаемая разность температур (МРРТ) ATmf

vA/«)

где /, - частота миры, мрад "1, r(i - время считывания элемента разложения, 7\ -постоянная времени глаза, Г - частота кадров

3 Температурно-частотная (1ЧХ) и температурно-пространственные (ТПХ) характеристики, определяющие возможности обнаружения и распознавания объектов тепловизионным прибором и определяемые величиной разности радиационных температур тест-объекта при известной пространственной частоте эквивалентной миры или угловом размере протяженного излучателя (марки) соответственно

Анализ характерноiик ТВП и расчетных соотношений для их определения позволил определить состав основных нормируемых характеристик средств измерения и контроля характеристик ТВП (таблица 1)

Таблица I

Нормируемые характеристики Сокращения Обозначения и единицы измерения

Диапазон воспроизводимых значений разности радиационных температур РРТ АТ„ - К

Диапазон воспроизводимых значений разности энергетических яркостей РЭЯ ALe~ Вт/(ср м2)

Среднее квадратическое отклонение результата воспроизведения РРТ и РЭЯ по диапазону СКО <т(AT J-отн ед о(ALJ-очн ед

Диапазон пространственных частот сменных штриховых мир пчм у„ - мрад"1

Угловые размеры сменных протяженных излучателей (марок) пи К«,- мРаД

Технические требования, предъявляемые к любой разрабатываемой системе обеспечения конкретных видов техники, определяются перспективой развития техники и ожидаемыми предельными значениями измеряемых характеристик Анализ требований, предъявляемых к диапазону и точности определения характеристик ТВП, показал, что требуемое минимальное значение воспроизводимой разности радиационных температур измерительными стендами составляет 0,02 К При этом, допустимая погрешность воспроизведения для высокоточных измерительных стендов должна составлять не более 0,01 К

В разделе 1.3 главы рассмотрены технические характеристики наиболее точных отечественных и зарубежных средств измерений характеристик ТВП На основании проведенного анализа оценена возможность применения существующих измерительных стендов для обеспечения измерений с требуемой точностью характеристик тепловизионных приборов 2-го и 3-го поколений

Главным итогом исследований и анализа, представленных в первой главе, следует считать определение состава основных нормируемых энергетических и пространственных характеристик измерительных стендов, установленные требования по диапазону и точности их воспроизведения

Во второй главе диссертации представлены результаты проведенного автором детального исследования средств и методов воспроизведения и нормирования величин РРТ и РЭЯ, сформулированы основные причины, приводящие к несоответствию расчетных значений величин РРТ реальным значениям

В разделе 2.1 рассмотрена обобщенная оптическая схема для воспроизведения величин РРТ и РЭЯ, нормирование которых осуществляется по измеренным температурам источника фонового излучения и миры, их коэффициентов излучения и коэффициента пропускания оптической системы с последующим расчетом значений РРТ и РЭЯ Проведенный автором поэлементный энергетический расчет такой обобщенной системы позволил получить расчетные соотношения для определения указанных величин РЭЯ между источником излучения и мирой, приведенную к выходной диафрагме стенда, можно представить в виде-

AL =L V1 -L vo ^„IffJl. -L )-£AL„-L II, (3) e elli еь2 л"- 1 v el ea> 2\ e2 ea'i

где Lei и Ll}- энергетические яркости (ЭЯ) источника излучения и миры, L,,a - ЭЯ корпуса стенда, е, и Sr-коэффициенты излучения излучателя и миры, хг - суммарный коэффициент пропускания оптической системы и атмосферы Соответственно, из (4) следует выражение для расчета РРТ

А Г„=Г1(1-Г„2=[ Т^т:)+т:]°25-[ гтг2( 724 - ^ ] ° (4)

где T„i и Ти2 - радиационные температуры (РТ) излучателя и миры соответственно, 7"/, Т2и Та-температуры излучателя, миры и корпуса

Анализ выражений (4) и (5) позволил автору сформулировать следующие важные для практики выводы

- первичными величинами, определяющими точность нормирования воспроизводимых значений РРТ и РЭЯ, являются разности энергетических яркостей и разности температур между каждым излучателем и фоном, что и определяет требо-

вания к изо герм ичности и термостабилизации внутреннего объема измерительного стенда,

- изменение значений РРТ и РЭЯ может осуществляться строго нормированным изменением величин Th Т7 и Та или изменением величины т^, например, введением в оптическую систему дискретных или плавно регулируемых по коэффициенту пропускания дополнительных оптических ослабителей

В разделе 2.2 диссертации представлены разработанные автором аппаратные средства и метод калибровки измерительных стендов < различными типами мир в величинах РРТ, основанный на применении разработанного и изготовленного радиометра-компаратора Метод заключается в последовательном сличении ЭЯ, создаваемых на выходе стенда отдельно штриховой мирой и отдельно фоновым излучателем, с ЭЯ рабочих эталонов - излучателей модели АЧТ 213-343/20К и последующим расчетом значений величин РТ и РРТ

Основные преимущества разработанного автором метода

- возможность калибровки измерительных стендов с пространственными частотами используемых миры до 3 мрад"1,

- принцип визирования (сканирование по строке), позволяющий осуществлять запись всех элементов миры,

- оригинальная оптическая схема радиометра-компаратора, позволяющая использовать в измерительном канале одно параболическое зеркало, что улучшает качество изображения,

- использование в измерительном и опорном каналах оптической схемы радиометра-компаратора одинакового количества оптических элементов, что исключает проведение измерений для определения коэффициента пропускания дополнительного оптического элемента.

- существенно меньшая погрешность определения величин РРТ и РЭЯ по сравнению с аналогичным методом

В разделе 2.3 представлены результаты детального анализа схемных и конструктивных решений, применяемых при создании измерительных стендов

Проведенные исследования показали, что расчетные соотношения (4) и (5) справедливы только для оптических систем с мирами профильными, зеркально-отражающими (МПЗО)

Проведенные экспериментальные исследования более 30-ти измерительных стендов и КПА с различными типами используемых тест-объектов с применением разработанного автором радиометра-компаратора, позволили автору сформулировать основные причины несоответствия расчетных уровней Д 71, на выходе стендов с мирами излучающе-пропускающими (МИП), мирами излучающе-отражающими (МИО) и мирами пропускающе-отражающими (МПО)

- наличие теплообмена между фоновым излучателем и мирой дифференциального источника излучения, приводящего к неконтролируемому изменению температуры миры,

- некорректное измерение температуры миры Т2, т к из-за необходимости быстрой смены мир в процессе испытаний, датчик темпера(уры устанавливается не на мире, а на турели или на элементе конструкции ее крепления,

- несоответствие температуры миры температуре окружающей среды в процессе стабилизации требуемого уровня РРТ

Одним из главных результатов исследований, представленных в материалах главы, следует считать разработанный аппаратно-методический комплекс калибровки измерительных стендов и КПА в величинах РРТ и РЭЯ К важным результатам исследований следует отнести и сформулированные основные причины несоответствия расчетных значений величин РРТ и РЭЯ реальным значениям для измерительных стендов с классическими тест-объектами, позволяющие определить направления исследований при разработке перспективных измерительных средств

В третьей главе диссертации проведены теоретические и экспериментальные исследования оптических способов изменения величин РРТ и РЭЯ

В разделе 3.1 рассмотрены варианты оптических систем для воспроизведения величин РРТ и РЭЯ

На основе теоретического анализа оптических способов изменения величин РЭЯ и РРТ показано, что предложенная автором оптическая схема измерительного стенда с плавными ослабителями излучения и МПЗО свободна от недостатков, присущих "классическим" схемам измерительных стендов Принцип нормирования уровней РЭЯ и РРТ состоит в изменении коэффициента пропускания одного из каналов двух-канального осветителя изменением положения плоскопараллельной пластины относительно падающего потока излучения Расчет по формулам Френеля т/у? J и степени поляризации р(<р) излучения пластиной ослабителя в зависимости от угла падения излучения <р приводит к следующим аналитическим выражениям

t{<p)cos<p пг -Sin2 (р

п2+\

i^+llsin2^ ч

2/ ■> Л +<W п \п- +1)

1

. Iй + о

р(ф г JKt +'^M^HL,

t\ / "* г \ /L i \T / ~ 1 \7" /JJ

(и2 + фя2 -(n2 + l)sin2(p + п2[5г(<р)+ Sx(<?)]}

le s ^ _ [! - (2 Wl"2 C0S<P- и2 - sm2 i |8«4(rc2 +l)cos^? n2 ~smi <p

[1 -/2(^)](cos5- n -sm2 <p\Г i \ = L r A\ , , TJ , 'Ы = ехр

<Ш=1 L/V*\ 22'] |8(и +ljcos^ n -sm <p\

knh n~ -sm2 (p

(5)

(6)

Нгр^-поглощение излучения пластиной ослабителя в зависимости от угла падения потока излучения, Цу) функционально зависит огяиА - показателей преломления и ослабления материала пластины

В разделе 3.2 главы проведен анализ погрешности воспроизведения величин РРТ и РЭ-Я, определены основные ее составляющие Сформулированы требования по изотермичности конструкции стенда с плавными ослабителями излучения и требования по равномерности яркости излучающей апертуры применяемого источника излучения

В разделе 3.3 рассмотрены особенности оптической системы с плавными ослабителями излучения и МПЗО Показано, что основным недостатком таких систем является наличие поляризации излучения при изменении угла падения потока излучения на оптический ослабитель Сформулированы обязательные условия для расчета оптических схем измерительных стендов с профильными зеркально-отражающими мирами и плавными оптическими ослабителями излучения

В разделе 3.4 рассмотрена схема измерительного стенда с плавными ослабителями излучения, исключающая появление поляризации при различных положениях плоскопараллельных пластин оп гического ослабителя излучения

В результате теоретических исследований автором предложена конструкция оптического ослабителя излучения, позволяющего исключить эффект поляризации излучения

Коэффициент пропускания такого ослабителя излучения рассчитывается по выражению

2/(,9>(<p)cos(,9)cos(^) (и2 -sm2(s)Jn2 -sin2(<?))

+

(7)

п* +1

где ш

г2(<р)

[1 -¿г(в)] [я2 +cos(0)- п2 — sin2f 8и2(И2 +1)

Гг(в)

t(<p) = ex р

_ [\~t2 (0)] [ п2 - sm2(<9) - cos(0)J

8(n2 + t) cos(&) n2-sm2((?) knh

(2 ^ \05 [n -Sin - <p)

, /(>9) = exp

knh

(л2 - sin2 <9)°5

n +1

V(h2 +1)'

_2sm1(fl) _2sin2(^)

и +1

+1

Проведенные расчеты подтвердили возможность воспроизведения величин РРТ и РЭЯ в диапазоне от 5 мК до 70 К

В разделе 3.5 приведены результаты анализа оптических материалов и покрытии оптических элементов с точки зрения возможности их использования при создании измерительного стенда с оптическими ослабителями излучения Показано, что оптические характеристики селенида цинка позволяют применить этот материал в качестве оптического ослабителя для воспроизведения величин РРТ и РЭЯ в широком спектральном диапазоне от 2 до 15 мкм

В разделе 3.6 приведены результаты экспериментальных исследований разработанного и изготовленного макета измерительного стенда с оптическими плавными ослабителями излучения Результаты измерений РРТ достаточно хорошо совпадают с теоретическими расчетами (рис 1)

О1 о ■ »-о Результаты измерения N 1 • ■"> • Результаты намерения N 2

Рисунок 1 - Результаты измерения величин РРТ 14

Наибольшее различие сохраняется в диапазоне углов 10-20 градусов (до 21,4%), затем различие постепенно сглаживается Вероятными причинами такого несоответствия могут быть

- влияние модулированных засветок, отраженных от пластин в направлении поверхностей (s « 0 9) защитных экранов, отраженных о г них и вновь попадающих на ослабители,

- влияние модулированных засветок, отраженных поверхностью второй (по отношению к падающему потоку излучения) на поверхность первой пластины и вновь попадающей на вторую пластину

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили автору сформулировать основные технические требования к конструкции измерительного стенда с оптическими ослабителями излучения и профильной зеркально-отражающей мирой

Одним из главных результатов исследований, представленных в материалах главы являются теоретически обоснованные и экспериментально подтвержденные предложения по реализации измерительного стенда для нормирования величин РРТ и РЭЯ, удовлетворяющего требованиям по диапазону и точности воспроизведения величин РРТ и РЭЯ

В четвертой главе приведены конструктивные решения и обоснование выбора составных частей высокоточного сканирующего радиометра для передачи величин РРТ и РЭЯ измерительным стендам и КПА, рассмотрены конструктивные особенности и технические характеристики основных составных частей

В разделе 4.1 главы проанализированы основные технические характеристики существующих радиометров и определены условия повышения технических возможностей и потребительских свойств аппаратуры для радиометрических измерений Показано что для решения задачи оценки флуктуации излучения на исследуемой поверхности необходимо применять приборы, построенные по "дифференциальной схеме"

В разделе 4.2 главы приведена оптическая схема и конструкция разработанного автором сканирующего радиометра

На основе анализа методов нормирования величин РРТ и РЭЯ, автором сделан вывод чю для передачи величин РРТ и РЭЯ измерительным стендам, а также для обеспечения возможности их кругового сличения, в качестве средства передачи наиболее приемлемым является сканирующий радиометр, позволяющий проводить измерения величин РРТ для каждого штриха эквивалентной миры, применяемой в измерительном стенде

С целью обоснования корректности выбора оптической схемы радиометра, автором был проведен расчет упрощенной оптической схемы - аналога сканирующего радиометра и определено ЛТЭШ при заданном пространственном разрешении, учитывая следующие исходные данные (табл 2)

1 Спектральные рабочие диапазоны, мкм от 3 до 5 и от 8 до 15

1 Пространственное разрешение (на уровне элементарного поля зрения), мрад от 0,125 до 4

3 Диаметр выходных зрачков сменных обьекти-вов радиометра ( Д ), мм 50, 100, 200

4 Разность температур, эквивалентная шуму, К <0,02(8 = 0,125 мрад) < 0,002 (5 = 4,0 мрад)

Обнаружительная способность применяемых фотоприемников, см Гц05 Вт"1 область от 3 до 5 мкм, область от 8 до 12 мкм от 0,8 до 1,4 10" от 3,5 до 6 Ю10

Результаты расчетов разности радиационных температур эквивалентной шуму ( ДТ ) приведены в табл 3

Таблица 3

Канал 3-5 мкм Канал 8-14 мкм

Объектив 0Jf, мм Пространственное разрешение 5, мрад Объектив 0и!//',ММ Пространс гвенное разрешение 5,мрад АГ„,К

50/100 0,5 2,5 0,02 0,004 50/100 0,5 2,5 0,004 0,001

100/200 0,25 1,25 0,02 0,004 100/200 0,25 1,25 0,004 0,001

200/400 0,125 0,625 0,02 0,004 200/400 0,125 0,625 0,004 0,001

Данные расчета показали возможность реализации сканирующего радиометра с заданными требованиями к пространственному разрешению и величинам разности температур, эквивалентной шуму

С учетом приведенных выше условий, а также на основе технико-экономического анализа различных схемных и конструктивных решений автором предложен вариант построения сканирующего радиометра на базе комплексиро-ванного прибора, включающего в свой состав тепловизионный и измерительные радиометрические каналы, сопряженные с целью управления режимами работы, обработки и анализа получаемых результатов с быстродействующим персональным компьютером, использующим специальное разработанное программное обеспечение

Рисунок 2 - Оптическая схема сканирующего радиометра 1 - зеркало сферическое, 2 - сканирующая призма, 3(1) - зеркало параболическое, 4 - модулятор, 11, 12 - линзы модуля входного оптического

Рисунок 3 - Оптическая схема сканирующего радиометра (без входного модуля) 3( 1)-3(7), 3(12) - зеркала параболические 4 - модулятор, 5 — зеркало поворотное, 6,13 - заливные фотоприемники, 7 - фотоприемник "Модуль-32-06", 14( 1)-14(3) - апертурные диафрагмы

Конструктивно сканирующий радиометр состоит из трех каналов

- тепловизионного, обеспечивающего визуализацию теплового поля на объекте исследования,

- двух прецизионных измерительных каналов

- I канал - рабочий спектральный диапазон от 3 до 5 мкм,

- И канал - рабочий спектральный диапазон от 8 до И мкм

Принятый вариант построения сканирующего радиометра технически и экономически обоснован, так как при этом обеспечиваются

- требуемые высокие точности измерений РРТ, РЭЯ в спекфальных диапазонах от 3 до 5 мкм и от 8 до 14 мкм,

- существенно меньшие затраш на разработку и изготовление по сравнению с другими возможными вариантами построения,

- значительное снижение длительности и трудоемкости измерительных процедур,

Выделение спектральных диапазонов осуществляется модулями оптическими входными (MOB) по три на каждый спектральный диапазон, МОВ1, МОВ2, МОВЗ - на диапазон от 3 до 5 мкм, МОВ4, МОВ5, МОВ6 - на диапазон от 8 до 14 мкм

В разделе 4.3 приведены результаты проведенных автором экспериментальных исследований, показывающие, что применение заливных фотоприемников, имеющих две чувствительные площадки с размерами 0,25x0,25мм и 0,05x0,05 мм позволяет обеспечить измерение величин РРТ, воспроизводимых измерительными стендами с тест-объектами, имеющими ужовой размер от 0,125 до 4,0 мрад, в диапазоне (относительная погрешность) от 0,02 К (25%) до 20 К (5%), при относи ильном отверстии оптической системы i 2

Основным результатом проведенных автором в данной главе исследований и разработок следует считать полученные оригинальные конструктивные решения и состав сканирующего радиометра, принятые для производства эталона-переносчика величин РРТ и РЭЯ

Глава 5 посвящена разработке высокоточного средства для воспроизведения и передачи величин РРТ и РЭЯ Приведены обоснование состава высокоточного измерительного стенда, конструктивные особенности, анализ составляющих погрешности воспроизведения величин РРТ и РЭЯ при различных режимах работы стенда

В разделе 5.1 сформулированы требования диапазону и погрешности воспроизведения величин РРТ и РЭЯ, требования к составу и конструктивному исполнению высокоточного средства для воспроизведения и передачи величин РРТ и РЭЯ и приведены конструктивные особенности его составных частей

Для реализации требований, предъявляемых к высокоточному средству воспроизведения величин РЭЯ и РРТ, автором, на основании теоретических и экспериментальных исследований, выбрана двухканальная схема осветителя с регулируемыми коэффициентами пропускания в каналах, позволяющая формировать изображение двухяркостного поля выходной апертуры источника излучения на зеркальном клине, расположенном в фокальной плоскости коллиматора стенда

В измерительные каналы высокоточного средства включены излучатели, воспроизводящие одну из реперных точек МТШ-90, так как термодинамическая температура является определяющей величиной во всех расчетных соотношениях для нормирования значений величин РРТ и РЭЯ

Для реализации широкого диапазона воспроизводимых значений величин РРТ (до 70К) и эквивалентных им значений РЭЯ (до 190 Вт/(ср м2) в оптической системе предусмотрена возможность использования двух МЧ Г

В ходе эксплуатации системы с двухканальным осветителем (ДО), в последнем не исключены небольшие разбапансировки каналов Поэтому возникла проблема контроля состояния полей яркости, для решения которой автором было разработано и введено в состав ОМБ исходной меры средство контроля разбапансировки каналов - радиационный нуль-компаратор

Для обеспечения измерения относительной спектральной характеристики чувствительности ТВП, автором в состав высокоточного средства включен спектральный модуль

Показано, что наиболее оптимальной архитектурой ОМБ высокоточного средства является архитектура, складывающаяся из следующих составных частей

1 Двухканальный осветитель с комплектом МЧТ

2 Коллиматор

3 Нуль-компаратор

4 Спектральный модуль

Блок-схема оптико-механического блока (ОМБ) приведена на рисунке 4

Рисунок 4 - Блок-схема исходной меры величин РЭЯ и РРТ

В состав двухканального осветителя входят три источника излучения Количество и конструктивные особенности применяемых источников излучения определяются требованиями, предъявляемыми к диапазону и точности воспроизведения величин РЭЯ и РРТ

Установлено, что для обеспечения требований по точности и стабильности воспроизведения малых значений (от 0,005 К) величин РРТ, необходимо применение высокостабильного источника излучения на основе точки плавления галлия, характеристики которого достаточно хорошо изучены и под!верждены практическими исследованиями Источник излучения изготовлен в ФГУП "ВНИИОФИ" по техническому заданию, разработанному автором

Требования к источнику излучения для воспроизведения значений РЭЯ и РРТ в диапазоне от 0,10 до 190 Вт/(ср м2) или от 0,05 до 70 К соответственно, могут быть снижены, так как в этом диапазоне требования по погрешности воспроизведения этих величин также снижены Автором разработана конструкция излучателя с переменной температурой, основным элементом которого является сферическая полость с коэффициентом излучения не менее 0,9998 Задание и поддержание требуемого уровня температуры осуществляется с помощью термостата

При разработке нуль-компаратора схемные и конструктивные решения рассматривались автором с точки зрения выполнения следующих требований

- порог чувствительности нуль-компаратора по разности радиационных температур должен быть как можно ниже (не более 0,005К),

- рабочие спектральные диапазоны нуль-компаратора должны находится в области спектра от от 3 до 5 мкм и от 8 до 14 мкм,

- нуль-компаратор должен быть встроенным изделием и, как следствие, иметь небольшие габаритные размеры

Основное назначение нуль-компаратора - контроль энергетической балансировки каналов ДО, который заканчивается зеркальным клином с двумя полями яр-кости%1 Зеркальный клин установлен в фокальной плоскости коллиматора Зеркала коллиматора являются общими для обоих каналов и не оказывают влияния на состояние балансировки последних Поэюму было принято решение для контроля каналов ДО отвести излучение на нуль-компаратор непосредственно с зеркального клина и совместить функции модуляции излучения с пространственным сканированием яркостных полей клина, что позволило уменьшить габаритные размеры нуль-компаратора Разработанная оптическая схема нуль-компаратора исходной меры показана на рис 5

Изображение делителя излучения, расположенного в фокальной плоскости коллиматора, с помощью объектива, состоящего из двух параболоидальных зеркал (поз 2, 2') и переключающегося зеркала (поз 3), проецируется с увеличением -Iх через плоское зеркало-сканер (поз 1) на входную диафрагму (поз 6) приемного блока Изображение диафрагмы (поз 6) с помощью эллипсоидального зеркала (поз 4) переносится с уменьшением (/?= -0,36х) на чувствительную площадку приемника излучения (поз 5) В свободной зоне между пучками установлен узел син-хродатчика(поз 7)

Рисунок 5 - Оптическая схема нуль-компаратора

Конструкция сканирующего устройства предложена Афанасьевым В А Сканер (поз I) совершает колебательное движение с частотой 1000 Гц и амплитудой примерно ±20, в результате чего изображение полей яркости зеркального клина (вблизи его ребра) попеременно проходит через чувствительную площадку приемника излучения ФПУ

В соответствии с проведенным автором расчетом для данной схемы нуль-компаратора возможно получение следующих значений разности температур, эквивалентной шуму для спектральной области от 3 мкм до 5 мкм - дт1 = 0,002К,

для спектральной области от 8 мкм до 12 мкм - ЛГ,,,, =0,004К

Эти значения дт удовлетворяют требованиям к нуль-компаратору по пороговой чувствительности

В разделе 5 2 главы рассмотрены варианты режимов воспроизведения величин РРТ и РЭЯ, проведен анализ погрешности их воспроизведения

РЭЯ и РРТ, формируемая на полях зеркального клина двухканального осветителя, рассчитывается по выражениям

- для одного МЧТ, работающего на два канала

А4 = £0(4 0 - Ld a )|т £,r(<9, т(&2'Ч>2)i (8)

аг„ 4uzi£om^)(t4-т:)г AW&^IT4-Т:)Г W

где l - энергетическая яркость излучателя в диапазоне я, - Л2 при температуре Г, 7а - температура окружающей среды, / - энергетическая яркость фона, г,п - коэффициент излучения излучателя, r,,,rTJ - коэффициенты пропускания оптических элементов в каналах ДО, т(о, гр,), т(в2 <рг) - коэффициенты пропускания оптических

21

ослабителей излучения в каналах I и 2 ДО в зависимости от их угловою положения - для двух МЧТ, работающих при разных температурах в каждом канале ALe = ти£,т{вк,<рх, ~Lea)-T^e2T{e2,<p2\Le2 - Lt J (Ю)

лг„ -[иг£2т{в2,<р2№ -t;,4)+7;4](>2S dD

где f| и i,- излучательные способности МЧТ, Г, и Т2 - температуры МЧТ 1 и МЧТ 2

Расчет воспроизводимых значений величин РРТ для системы с одним МЧТ на основе точки плавления галлия подтвердил выполнение требований по минимально воспроизводимым значениям величин РРТ и РЭЯ (табл 4)

Таблица 4

е Ф Тизл 1> ^ ^фоиа* ^ т ИЫ1 2- К АТМ, К

10° 10° 302,915 295,0 302,915 0,000

10,4 10,4 302,915 295,0 302,915 0,005

15° 15° 302,915 295,0 302,915 0,063

25° 25° 302,915 295,0 302,915 0,256

35° 35° 302,915 295,0 302,915 0,522

45° 45° 302.915 295,0 302,915 0,845

Вариант схемы с 2-мя активными МЧТ обеспечивает воспроизведение значений величин РРТ в диапазоне от 0,6 до 70 К и эквивалентных РРТ значений РЭЯ в диапазоне от 1,2 до 190,0 Вт/(ср м2)

Таким образом, подтверждено, что требования к диапазону и точности воспроизведения значений величин РРТ и РЭЯ выполняются

В разделе 5.3 главы проведен анализ составляющих погрешности воспроизведения и передачи величин РРТ и РЭЯ В результате проведенного анализа конструкции высокоточного средства и расчётных соотношений для определения величин РРТ и РЭЯ, установлены следующие составляющие неисключенной систематической погрешности

- погрешность определения температурь! МЧТ-Ga дш,. Ьа

- погрешность измерения температуры источника излучения МЧТ 280-370 К

^МЧГ281> 170К

- погрешность измерения температуры корпуса ДО оф

- погрешности определения коэффициента излучения полостей МЧТ-Ga в,, и МЧТ 280-370 К 0i2

- погрешность определения полного коэффициента отражения зеркальных элементов оптической схемы о

- погрешность измерения угла поворота пластин ослабителя q

- погрешность определения показателя преломления а

* 1 npn-uw

- погрешность определения толщины пластин ослабителя въ

- погрешность, обусловленная порогом чувствительности нуль-компаратора $Нк Составляющими среднего квадратического отклонения (СКО) случайной погрешности 5 воспроизведения величин РРТ и РЭЯ являются

- погрешность измерения угла поворота пластин ^

- погрешность измерения температуры корпуса ДО 5

' - погрешность измерения температуры МЧТ 280-370 К 6'Mt(T2R(,^71|К

- погрешность определения температуры МЧТ-Ga sM4r

Результаты расчета доверительной погрешности для различных режимов (диапазонов) воспроизведения величин РРТ и РЭЯ исходной мерой приведены в таблице 5

Таблица 5

Наименование Режим 1, (К) Режим 2, (К) Режим 3, (К) Режим 4, (К)

0,005 0,5 0,5 3 3 20 20 70

Доверительная погрешность воспроизведения единицы и передачи ее размера $0, К 0,003 0,008 0,01 0,031 0,041 0,179 0,184 0,476

Доверительная погрешность воспроизведения единицы и передачи ее размера Вт/(м2 ср) 0,006 0,015 0,018 0,077 0,081 0,415 0,457 1,841

Основным результатом исследований, представленных в главе 5, являются разработанные на основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований существующих измерительных стендов, предложения по составу, конструктивному исполнению и практической реализации высокоточного стенда, принятого к производству в качестве исходного эталона воспроизведения и передачи величин РРТ и РЭЯ в диапазоне (погрешность) от 0,005 К (0,003) до 70 К (0,5)

Шестая глава диссертационной работы посвящена анализу нормативных документов, определяющих требования к метрологическому обеспечению теплови-зионных приборов, действующих схем метрологического обеспечения ТВП Приведены разработанные автором ведомственные и локальная поверочные схемы для средств измерений величин энергетической яркости, температуры по ИК излучению и разности радиационных температур, предложен проект поверочной схемы для средств измерений величин РРТ и РЭЯ и проведен расчет погрешности по этапам поверочной схемы

В разделе 6.1 главы проведен анализ существующей нормативной документации, определяющей перечень основных задач метрологического обеспечения, решаемых на различных стадиях жизненного цикла ТВП Сформулированы сложившиеся несоответствия действующих стандартов современному техническому уровню разработок ТВП

Раздел 6.2 главы посвящен анализу действующих схем метрологического обеспечения разработки, испьпаний и эксплуатации ТВП Проведен анализ эталонной базы метрологического обеспечения измерений характеристик измерительных стендов и контрольно-проверочной аппаратуры В качестве примера приведена действующая схема метрологического обеспечения ТВП в ФГУП "НПО ГИПО"

Пространственная частота штриховых мир и угловой размер сменных протяженных излучателей, как основные нормируемые пространственные характеристики измерительных стендов, определяются в соответствии с государственной поверочной схемой по ГОСТ 8 016-81

Поверочная схема такого уровня, определяющая порядок и методы передачи величин РРТ и РЭЯ отсутствует, что приводит к необходимости разработки и использования методик их определения, основанных на косвенных методах, ю есть на последовательном определения радиационных температур источника фонового излучения и миры тест-обьекта измерительного стенда с последующим расчетом величин РРТ Существующая поверочная схема по ГОСТ 8 558-93 устанавливает для рабочих эталонов - излучателей типа "модель черного тела" средние квадрати-ческие отклонения погрешности сличения с эталоном-копией на уровне 0,2 - 0,3 К В соответствии с ГОСТ 8 106-2001 погрешность воспроизведения величин ЭЯ и РТ вторичными эталонами также составляет 0,2 - 0,3 К Использование эталонов по ГОСТ 8 558 и ГОСТ 8 106 для определения РРГ не исключает неучтенных методических погрешностей

На базе метода калибровки измерительных стендов разработаны локальные поверочные схемы для средств измерений единиц энергетической яркости и температуры по инфракрасному излучению Проведенный анализ погрешности воспроизведения и передачи указанных единиц физических величин позволил внести уточнения в локальные поверочные схемы и согласовать их на уровне ведомственных поверочных схем для средств измерения единиц физических величин "Энергетическая яркость" и "Радиационная температура"

С целью приведения в соответствие с требованиями нормативно-технической документации порядка определения значений величин РРТ и РЭЯ, воспроизводимых измерительными стендами и КПА, разработана локальная поверочная схема для средств измерений разности температур по ИК-излучению

Проведенный анализ требований к средствам измерения величин РРТ и РЭЯ, а также анализ действующих ведомственных схем для средств измерений единиц энергетической яркости и температуры по инфракрасному излучению и локальной поверочной схемы для средств измерений разности температур по ИК-излучению, позволил автору разработать проект ведомственной поверочной схемы, устанавливающей шкалу измерений разности радиационных температур в диапазоне от 0,005 до 70 К и разности энергетических яркостей в диапазоне от 0,005 до 190 Вт/(ср м2)

24

и порядок передачи шкалы о г исходного эталона при помощи эталонов-переносчиков и рабочих эталонов рабочим средствам измерений с указанием погрешности и методов поверки

Поверочную схему возглавляет исходный эталон, в качестве которого применяется экспериментальный образец высокоточного измерительного стенда для воспроизведения величин "Разность радиационных температур и "Разность энергетических разностей"

Исходный эталон состоит из комплекса следующих средств измерений

- полные тепловые излучатели, выполненные в виде моделей абсолютно черного гела на основе фазового перехода галлия, и представляющих собой меры, воспроизводящие единицы радиационной температуры и энергетической яркости,

- регулируемые полные тепловые излучатели, выполненные в виде моделей абсолютно черного тела, и представляющих собой меры, воспроизводящие единицы радиационной температуры и энергетической яркости,

- двухканальный осветитель с оптическими ослабителями излучения,

- нуль-компаратор, предназначенный для контроля равенства потоков излучения в каналах осветителя,

- зеркальный коллиматор, предназначенный для формирования бесконечно удаленного объекта с двумя полями энергетической яркости,

- система регулирования, измерения и контроля

В качестве эталонов-переносчиков предложено использовать радиометры и радиометры-компараторы, в том числе разработанный по результатам исследований сканирующий радиометр

В качестве характеристики погрешности исходного эталона указана доверительная погрешность воспроизведения шкалы измерений и передачи её размера

при доверительной вероятности р

Доверительную погрешность определяют по формуле

(12)

У 2-0 -о

где - СКО суммарной погрешности воспроизведения единицы и передачи её размера, определяемая по формуле

^ в + , (13)

г-о з и 4

/ - коэффициент, определяемый по формуле

в0+1(п-\,Р0)80 + * о (И)

где дл - неисключенная систематическая погрешность воспроизведения единицы, - среднеквадратическое отклонение (СКО) случайной погрешности (при числе независимых измерений п )

Расчёт выполнен для значений рп= 0,99 и «„ = 10

Шкала измерений от исходного эталона передается эталонам-переносчикам методом прямых измерений

Погрешность передачи состоит из суммы случайных и неисключенных систематических погрешностей метода и средств измерений, применяемых для передачи Оценка суммы неисключенных систематических и случайных погрешностей указана в виде среднего квадратического отклонения

В качестве характеристики погрешности указана доверительная основная погрешность S\ при доверительной вероятности />

Эталоны-переносчики применяются для передачи шкалы рабочим эталонам и для поверки рабочих средств измерений повышенной точности методами прямых измерений и непосредственного сличения

В качестве рабочих эталонов использованы радиометры, радиометры-компараторы, измерительные стенды и дифференциальные излучатели

В качестве рабочих средств измерений применены измерительные стенды, контрольно-проверочная аппаратура, дифференциальные излучатели и радиометры

Соотношение доверительной погрешности рабочих эталонов и предела допускаемой основной погрешности (погрешности) д рабочих СИ принято равным 1 2 при доверительной вероятности = о,95

Основным результатом исследований, представленных в шестой главе, следует считать разработанный автором проект ведомственной поверочной схемы для средств измерений величин РРТ и РЭЯ, определяющий порядок и методы передачи указанных величин рабочим средствам измерений, применяемым для определения характеристиктепловизионных приборов

Заключение

В диссертации решена актуальная научно-техническая проблема метрологического обеспечения средств измерения и контроля характеристик существующих и перспективных тепловизионных приборов при их разработке, испытаниях и эксплуатации, включающая в себя разработку средств и методов калибровки измерительных стендов и контрольно-проверочной аппаратуры ТВП, а также разработку исходной меры, эталона-переносчика и поверочной схемы для средств измерения и передачи величин РРТ и РЭЯ, составляющих основу системы метрологического обеспечения ТВП В работе изложены теоретически обоснованные и экспериментально подтвержденные технические решения, обеспечивающие единый подход к созданию аппаратных средств и единой методологии определения их основных нормируемых характеристик

Учитывая изложенное, а также результаты теоретических и экспериментальных исследований и конструкторских проработок, приведенных в настоящей работе, можно сделать вывод, что цель диссертационной работы - разработка аппарат-но-методического комплекса метрологического обеспечения средств измерений и контроля параметров ТВП при их производстве, испытаниях и эксплуатации -

достигнута, и поставленные задачи автором решены

При этом получены следующие основные результаты

1 На основе анализа характеристик тепловизионных приборов и расчетных соотношений, применяемых для их определения, определен перечень основных нормируемых энергетических и пространственных характеристик измерительной аппаратуры Установлено, что минимальные значения воспроизводимых измерительными стендами величин РРТ и РЭЯ не должны превышать (доверительная погрешность) 20,0 (50%) мК и 40,0 (50%) мВт/(ср м2)

2 Детальный анализ существующих измерительных стендов показал, что для обеспечения воспроизведения величин РРТ и РЭЯ в требуемом для измерения и контроля характеристик ТВП с высоким угловым и температурным разрешением диапазоне и с требуемой точностью, необходима их существенная модернизация в части используемых конструктивных исполнений источников дифференциального излучения и, в некоторых случаях, оптических систем стендов

3 Впервые, на основе анализа расчетных соотношений для определения воспроизводимых измерительными стендами значений величин РРТ и РЭЯ, предложен метод калибровки измерительных стендов и КПА, основанный на применении разработанного автором радиометра-компаратора Метод позволяет проводить измерения величин РРТ и РЭЯ, воспроизводимых измерительными стендами и КПА с пространственной частотой мир до 0,3 мрад и существенно (до 15 %) снизить погрешность определения воспроизводимых значений РРТ и РЭЯ за счет контроля взаимного теплового влияния источника фонового излучения и миры, а также влияния изменения фонового излучения (стенок корпуса)

4 Разработана, проанализирована и реализована оптическая схема для воспроизведения величин РЭЯ и РРТ, отличающаяся от существующих схем способом изменения величин РРТ и РЭЯ и применением профильной, зеркально-отражающей миры Расчет воспроизводимых значений величин РЭЯ и РРТ осуществляется по расчетным соотношениям, полученным на основе законов оптического излучения Предложенные схемы обеспечивают реальную технологическую возможность разработки измерительных стендов, соответствующих требованиям к диапазону и точности воспроизведения значений величин РРТ и РЭЯ, необходимых для обеспечения измерения характеристик современных и перспективных ТВП

5 Впервые, на основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований схемных и конструктивных решений существующих измерительных стендов, разработан и изготовлен экспериментальный образец исходной меры величин РРТ и РЭЯ Для обеспечения измерения и передачи величин РРТ и РЭЯ рабочим средствам измерений разработаны предложения по составу и конструктивному исполнению эталона-переносчика

6 На основании анализа существующих схем метрологического обеспечения изготовления, испытаний и эксплуатации тепловизионных и радиометрических приборов с учетом разработанных экспериментальных образцов исходной меры и эталона-переноЬчика величин РРТ и РЭЯ, впервые разработан проект ведомственной поверочной схемы для средств измерений величин РРТ и РЭЯ

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Афанасьев В А ИК-компаратор К-100 / В А Афанасьев, Е И Алеш ко, В А Новоселов, В И Курт II Тезисы 5-ой научно-технической конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение", 17-21 декабря 1984г, Москва-М 1984 -С 229

2 Григорьева А.Ф Низкотемпературный ИК-излучатель / А Ф Григорьева, В И Курт, 3 В Киа1рова, В А Новоселов ПОМП - 1985- № 4- С 20-21

3 Афанасьев В.А Инфракрасный компаратор К-100 / В А Афанасьев, Алешко, В А Новоселов, В И Курт//ОМП - 1986 - №3 - С 15-17

4 Ковальский Э И Комплекс измерительный метрологический КИМ-300 / Э.И Ковальский, В И Курт, Г И Михайлюта, В А Новоселов //Тезисы 10-ой научно-технической конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение", 29 - 30 ноября 1994г, Москва -М , 1994 - С 9

5 Стенд КИМ-300 для калибровки и испытаний спектрорадиометрической и тепловизионной аппаратуры / Новоселов В А , Курт В И , Елисеев Ю В и др // Тезисы и программа Международной конференции "Прикладная оптика-98", Санкт-Петербург, 16-19 декабря 1998г -С-Пб , 1998-С 102

6 Новоселов В А Варианты оптических систем стендов для воспроизведения величин разности энергетических яркостей и разности радиационных температур / В А Новоселов, Г К Холопов. В И Курт, А К Павлюков // Тезисы и программа Международной конференции "Прикладная опгика-98", Санкт-Петербург, 16-19 декабря 1998г - С-Пб , 1998-С 82

7 Холопов Г К Аналитическая модель воспроизведения физических единиц "разность энергетических яркостей" и "разность радиационных температур / Г К Холопов. В А Новоселов, В И Курт, А К Павлюков // Тезисы и программа Международной конференции "Прикладная оптика-98", Санкт-Петербург, 16-19 декабря 1998г - С-Пб , 1998-С 81

8 Бугаенко А Г Инфракрасный измерительный комплекс для определения параметров тепловизионных приборов различного назначения /А Г Бугаенко, В И Курт, В А Ленинг II Тезисы и программа Международной конференции "Прикладная оптика-98", Санкт-Петербург, 16-19 декабря 1998г-С-Пб, 1998, С 81

9 Курт В И Методы калибровки по разности радиационных температур испытательных стендов и КПА тепловизионных приборов / В И Курт // Тезисы и программа Международной конференции "Прикладная оптика-98", Санкт Петербург, 16-19декабря 1998г.-С-Пб ,1998 - С 103

10 Новоселов В А Метод калибровки ИК-излучателей в единицах энергетической яркости и радиационной температуры / В А Новоселов, В.И Курт, Г К Холопов // Тезисы и программа Международной конференции "Прикладная огпика-98" Санкт-Петербург, 16-19 декабря 1998г-С-Пб, 1998, С 82

11 Общая физико-математическая модель оптической системы для воспроизведения значений физических величин "разность энергетических яркостей" и "разность радиационных температур" / Холопов Г К , Новоселов В А , Курт В И и др // Тезисы 12-ой научно-технической конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение" - М , 1999-С 6

12 Новоселов В А Оптическая система с дискретным ослабителем для воспроизведения зависимых величин "Разность энергетических яркостей" и "Разность радиационных температур" / В А Новоселов, Г К Холопов, В И Курт, А К Пав-люков // Тезисы 12-ой научно-технической конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение" -М 1999 - С 7

13 Новоселов В А Оптическая система с плавным ослабителем для калибровки сканирующих по пространству ОЭП в величинах разности энергетических яркостей и разности радиационных температур/ В А. Новоселов, Г К Холопов, В И Курт, А К Павлюков // Тезисы 12-ой научно-технической конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение" -М , 1999 - С 8

14 Холопов Г К Радиометрический блок разности энергетических яркостей и разности радиационных температур / Г К Холопов, В А Новоселов, В И Курт, А К Павлюков // Тезисы 12-ой научно-техническая конференция "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение" Тезисы докладов -М, 1999, с 9

15 Курт В И Анализ методов калибровки ИК-излучателей по радиационной температуре / В И Курт, Г К Холопов, В А Новоселов // Тезисы 12-ой научно-технической конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение" - М , 1999-С 9

16 Курт В И Калибровка испытательного стенда НСИ-К по разности радиационных температур / В И Курт, А Г Бугаенко, А К Павлюков // Тезисы 12-ой научно-технической конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение" -М , 1999-С 11

17 Установка для калибровки по разности радиационных температур колли-маторных стендов и КПА тепловизионной аппаратуры / В А Афанасьев, Ю В Елисеев, В И Курт и др // Тезисы 12-ой научно-техническая конференция "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение" - М , 1999, С 12

18 Универсальный калибровочный стенд КИМ-300М I В А Афанасьев, Ю В Елисеев, В И Курт и др // Тезисы 12-ой научно-техническая конференция "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение" - М , 1999 С 13

19 Общая физико-математическая модель оптической системы для вое произведения физических величин "разность энергетических яркостей" и "разность радиационных температур"/ Г К Холопов, В А Новоселов, В И Курт и др // Измерительная техника - 2000 - № 1 - С 10-14.

20 Холопов Г К Радиометрический блок разности энергетических яркостей и разности радиационных температур / Г К Холопов, В А , Новоселов, В И Курт, А К Павлюков // Измерительная техника - 2000 - № 1 - С 14-17

21 Холопов Г К Варианты оптических систем стендов с френелевскими ослабителями для воспроизведения разностей энергетических яркостей и радиационных температур / Г К Холопов, В А Новоселов, В И Курт, А К Павлюков // Измерительная техника - 2000 - № 1 - С 17-21

22 Курт В И Методика калибровки дифференциальных калибровочно-испытательных стендов / В И Курт // Тезисы первой Всероссийской конференции по проблемам термометрии "Температура -2001", Подольск. 13-15 ноября 2001 г -С 87-90

23 Новоселов В А Оптические системы дифференциальных калибровочно-испытательных стендов с френелевскими ослабителями излучения / В И Курт // "Температура-2001", Подольск, 13-15 ноября 2001 г - С 91-95

24 Новоселов В А Высокоточное воспроизведение величин разности радиационных температур в широкой области спектра / В А Новоселов, В И Курт, Г И Михайлюта//"Температура-2001", Подольск, 13-15 ноября 2001 г -С 96-99

25 Иванов В.П Моделирование и оценка современных тепловизионных приборов / В П Иванов, В И Курт, В А Овсянников, В Л Филиппов// Монография, г Казань "Отечество", 2006. - 595с

26 Зарипов Р И Высокоточное электронное устройство управления инфракрасными измерительными комплексами /Р И Зарипов, В И Курт, А Г Бугаенко // Электронное приборостроение Научно-практический выпуск - 1 (46) Казань 2006 г - С 24-28

27 Бапоев В А Направления совершенствования отраслевой системы метрологического обеспечения инфракрасных оптико-электронных приборов / В А Ба-лоев, В И Курт, А Н Щипуиов//Оптический журнал-2007 - том 74, №3, С 5-12

28 Алешко Е И Калибровка дифференциальных коллиматорных стендов по разности радиационных температур /Е И Алешко, В И Курт, Л Р Рахимова // Оптический журнал -2007 - том 74, №3, С 13-15

Патенты

1 Патент на полезную модель №50010 РФ Инфракрасный коллиматор / А Ф Белозеров, А Г Бугаенко, Р И Зарипов, В П Иванов, Н И Кадыров, В И Курт (РФ) - Приоритет от 15 03 2005 г

2 Патент на полезную модель №51768 РФ Инфракрасный коллиматорный комплекс / А Г Бугаенко, Р И Зарипов, В П Иванов, В И Курт (РФ) - Приоритет от 24 10 2005 г

3 Решение о выдаче патента на изобретение исх №2005107280/28 (008777) от 20 07 06 г Инфракрасный коллиматор / А Ф Белозеров, А Г. Бугаенко, Р И Зарипов, В П Иванов, Н И Кадыров, В И Курт (РФ) - Приоритет от 15 03 2005 г

4 Решение о выдаче патента на изобретение исх №2005132800/28 (036732) от 29 01 2007 г Инфракрасный коллиматорный комплекс / А Г Бугаенко, Р И Зарипов, В П Иванов, В И Курт (РФ) - Приоритет от 24 10 2005 г

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии ФГУП "НПО ГИПО" г Казань, ул Липатова, 2 Заказ № 143 Тираж 100 экз

Перечень сокращений, условных обозначений, символов и терминов

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 Критерии качества ТВП и анализ номенклатуры измеряемых параметров тепловизионных систем

1.1 Тепловизионные системы

1.2 Критерии качества тепловизионных систем

1.3 Средства и методы определения параметров ТВП

1.4 Выводы главе

ГЛАВА 2 Воспроизведение величин "Разность энергетических яркостей" и "Разность радиационных температур"

2.1 Расчет величин разности энергетических яркостей и разности радиационных температур на выходе обобщенной оптической системы

2.2 Методика калибровки измерительных стендов и КПА в величинах разности энергетических яркостей и разности радиационных температур

2.3 Схемные решения систем для воспроизведения величин "Разность энергетических яркостей" и "Разность радиационных температур"

2.4 Выводы к главе

ГЛАВА 3 Оптические способы изменения величин РЭЯ и РРТ

3.1 Варианты оптических систем для воспроизведения величин РРТ и РЭЯ

3.1.1 Оптическая система с дискретными ослабителями

3.1.2 Оптическая система с плавными ослабителями

3.2 Анализ возможных погрешностей воспроизведения величин РРТ оптической системой с плавными ослабителями

3.3 Особенности рассмотренных оптических систем

3.4 Аналитические выражения для измерительного стенда с компенсацией поляризации излучения

3.5 Выбор материалов оптических ослабителей и покрытий оптических элементов

3.6 Экспериментальные исследования

3.6.1 Макет установки для экспериментальных исследований оптической системы УВТ 104 3.6.2. Измерение коэффициента пропускания плоскопараллельных пластин в зависимости от изменения угла падения излучения

3.6.3 Измерение величин разности радиационных температур

3.6.4 Анализ результатов экспериментальных исследований

3.7 Выводы к главе

ГЛАВА 4. Исследование и разработка высокоточных средств передачи величин РРТ и РЭЯ

4.1 Анализ существующих средств измерения величин РРТ и РЭЯ

4.2 Конструкция сканирующего радиометра

4.2.1 Обоснование принятого варианта построения сканирующего радиометра

4.2.2 Описание конструкции сканирующего радиометра

4.2.3 Обоснование выбора материала покрытия оптических элементов сканирующего радиометра

4.2.4 Расчет основных технических характеристик измерительного канала сканирующего радиометра

4.3 Результаты экспериментальных исследований макетов ФПУ

4.4 Выводы к главе

ГЛАВА 5 Разработка высокоточного средства для воспроизведения и передачи величин "Разность энергетических яркостей" и "Разность радиационных температур"

5.1 Обоснование выбора составных частей высокоточного средства для воспроизведения и передачи величин РРТ и РЭЯ

5.1.1 Двухканальный осветитель

5.1.2 Источники излучения двухканального осветителя

5.1.2.1 Источник излучения на основе точки плавления галлия

5.1.2.2 Источник излучения с переменной температурой

5.1.3 Коллиматор

5.1.4 Нуль-компаратор

5.1.5 Спектральный модуль

5.2 Варианты режимов воспроизведения и передачи величин РЭЯ и РРТ

5.2.1 Два источника излучения на основе точки плавления галлия

5.2.2 Источник излучения с переменной температурой

5.2.3 Один источник излучения на основе точки плавления галлия совместно с источником излучения с переменной температурой

5.3 Анализ погрешности воспроизведения величин РЭЯ и РРТ

5.4 Выводы к главе

ГЛАВА 6. Поверочная схема для средств воспроизведения, хранения и передачи величин "Разность энергетических яркостей" и "Разность радиационных температур"

6.1 Нормативная документация по метрологическому обеспечению ТВП

6.2 Схемы метрологического обеспечения ТВП

6.2.1 Эталонная база системы метрологического обеспечения производства и эксплуатации оптикоэлектронных приборов

6.2.2 Общая схема метрологического обеспечения ТВП

6.2.3 Схема метрологического обеспечения ТВП ФГУП НПО ГИПО

6.3 Проект поверочной схемы для средств измерений величин РРТ и РЭЯ.

6.3.1 Средства измерений по этапам военной поверочной схемы

6.3.2 Расчет погрешности по этапам военной поверочной схемы

6.3.3 Расчет погрешности воспроизведения и передачи величин РРТ и РЭЯ исходным эталоном

6.3.4 Расчет погрешности воспроизведения и передачи величин РРТ и РЭЯ эталоном-переносчиком

6.3.5 Расчет погрешности воспроизведения и передачи величин РРТ и РЭЯ рабочими эталонами и высокоточными рабочими средствами измерений

6.3.6 Расчет погрешности воспроизведения и передачи величин

РРТ и РЭЯ рабочими средствами измерений

6.4 Выводы к главе 6 243 Заключение 245 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 248 I ИЗЛОЖЕНИЕ 1 261 1 ПРИЛОЖЕНИЕ 2 263 ПРИЛОЖЕНИЕ

Перечень сокращений, условных обозначений, символов и терминов

ОЭС - оптико-электронные системы

ТВП - тепловизионный прибор

В - вооружение

ВТ - военная техника

РЭЯ - разность энергетических яркостей

РРТ - разность радиационных температур

ИК- инфракрасные

Q - энергия излучения

Ф - поток излучения с\ = 3,7413-10"16 Вт-м2- первая константа излучения сг = (1,43880±0,00007) -10"2 м-К - вторая константа излучения с - скорость света в вакууме к= (1,38054+ 0,00018) -10"23 Дж/К - постоянная Стефана-Больцмана

Le - энергетическая яркость, Вт/(ср-м ) Т- термодинамическая температура, К а = (5,67032±0,00071 )• 10"8 Вт/(м2-К4) - постоянная Стефана-Больцмана

ЛТМ - разность радиационных температур, К

ALe - разность энергетических яркостей, Вт/(ср-м2)

ФПУ - фотоприемное устройство

ГГГРК - противотанковый ракетный комплекс

МКС - микрокриогенная система

ФП - фотоприемник

КРТ - кадмий-ртуть-теллур

МПИ - многоэлементный приемник излучения

К - комплексный критерий качества

Л Тобн - обнаруживаемая разность температур (температурная чувствительность), К

ТПХ - температурно-пространственная характеристика

ЛТраз — разрешаемая разность температур (температурное разрешение), К

ТЧХ — температурно-частотная характеристика

А Т0- разность температур эквивалентная шуму, К

ЛТпр - предел температурного разрешения, К

АТнор— нормированное температурное разрешение, К

Лср- угловое разрешение, мрад

Л<р0 - рабочее угловое разрешение, мрад

S - эффективное значение элементарного поля зрения, мрад

Г- видимое увеличение TBC

АХ - спектральный рабочий диапазон, мкм

2ßc *2ßK - поле обзора TBC, град

F— частота кадров, Гц

ЫТвро - разность температур, эквивалентная временному шуму, К

ЬТпро— разность температур, эквивалентная пространственному шуму, К

ФПМ - функция передачи модуляции а - параметр аппроксимации, рад

Дфжв - угловое разрешение по Шаде, мрад v„p - предельная разрешаемая частота, мрад'

Р - доверительная вероятность

D - дальность вскрытия h - эквивалентный размер объекта, мм v - угловая частота разрешаемой эквивалентной миры, мрад'1 N - число периодов разрешаемой эквивалентной миры, укладывающихся в эквивалентный размер объекта

Т^ - постоянная времени глаза, с та - коэффициент пропускания атмосферы в спектральном диапазоне ДА, на дистанции О - фокусное расстояние, мм е- коэффициент излучения - среднее число объектов, вскрытых за заданное время I Ц - среднее время поиска объекта в поле обзора, с А - разрешение на местности, мрад СКО — среднеквадратическое отклонение А%с - угловая ширина разрешения по строке, мрад А£к - угловая ширина разрешения по кадру, мрад КПА - контрольно-поверочная аппаратура РТ - радиационная температура ЭЯ - энергетическая яркость СИ - средства измерений МЧТ - излучатель типа «модель черного тела» АЧТ - абсолютно-черное тело г - коэффициент пропускания р - коэффициент отражения а - коэффициент поглощения, мм"1 Та - температура окружающей среды, К

-коэффициент яркости излучающей поверхности у - номер оптического элемента х2 - коэффициент пропускания оптических элементов и та - коэффициент пропускания атмосферы

- общий коэффициент пропускания оптической системы и атмосферы Ту - коэффициент пропускания дополнительного ослабителя АЦП - аналоговый цифровой преобразователь АХ]о — разность сигналов между опорными излучателями, В

ЛиТ/о - разность сигналов между элементами тест-объекта, В ЬЛ - спектральная плотность яркости МЧТ при температуре Тг< Вт/(ср-м ) - относительная спектральная чувствительность приемника излучения;

МИП - мира излучающе - пропускающая МПО - мира пропускающе - отражающая МИО - мира излучающе-отражающая МПЗО - мира профильная зеркально-отражающая п - показатель преломления к - показатель поглощения <р - угол падения потока излучения ^-поглощение в массе материала пластины ослабителя в зависимости от угла падения излучения р{ср) - степень поляризации излучения

ФООИ - «френелевский» оптический ослабитель излучения

ВМЧТ - высокотемпературная модель черного тела

ОЭИП - оптико-электронный измерительный преобразователь

КАР - криогенный абсолютный радиометр

В последние годы разрабатываются новые образцы тепловизионных приборов (ТВП), с помощью которых эффективно решаются многочисленные задачи обороны и безопасности страны, медицины, экологии, охраны окружающей среды и контроля характеристик экосистемы, предотвращения аварийных ситуаций на продукто- и энергопроводах, а также в других областях науки и техники. Потребность в них постоянно возрастает и, прежде всего, в связи с универсальностью их применения, отсутствием воздействия на исследуемые объекты, высокой информативностью, способностью работать при неблагоприятных метеоусловиях и в любое время суток. Расширение сферы применения ТВП требует наличия в стране развитой системы метрологического обеспечения ТВП.

Чувствительность и пространственное разрешение сканирующих и матричных тепловизионных систем постоянно возрастает. Соответственно, возрастают требования к аппаратуре измерения и контроля параметров ТВП по погрешности и динамическому диапазону воспроизводимых единиц физических величин.

Анализ состояния метрологического обеспечения производства, испытаний и эксплуатации ТВП показал [1], что в отрасли:

- отсутствуют унифицированные, аттестованные в соответствии с метрологическими правилами и нормами, средства и методы проведения калибровки и поверки средств измерений, испытаний и контроля ТВП (измерительные стенды, технологические инфракрасные (ИК) коллиматоры, контрольно-проверочная аппаратура (КПА));

- обязательная метрологическая процедура - «круговое сличение»,- обеспечивающая эффективный контроль «отраслевой трубки точности» и сведение градуировочных характеристик дифференциальных средств измерений до «допустимого разброса результатов измерений», проводится только в рамках отдельных предприятий, что приводит, например, к различным результатам измерения температурно-частотной характеристики одного и того же ТВП на стендах разных предприятий;

- действующие в отрасли государственные стандарты [2-4], регламентирующие систему обеспечения единства и точности измерений абсолютных величин спектрального, спектрозонального и интегрального оптического излучения, не обеспечивают требуемой точности градуировки различной по назначению инфракрасной измерительной аппаратуры.

Вследствие этого каждое предприятие вынуждено самостоятельно разрабатывать средства измерения и контроля параметров ТВП, что, при отсутствии единых подходов к созданию аппаратных средств и единой методологии определения параметров, приводит к высокой вероятности принятия ошибочного решения по результатам измерений, выполненных при помощи ТВП.

Повышение эффективности систем и комплексов, в состав которых входят тепловизионные приборы, связано, в первую очередь, с обеспечением единства, требуемой точности и достоверности измерения характеристик ТВП, что возможно только при наличии развитой структуры метрологического обеспечения.

Важнейшей задачей при испытаниях и эксплуатации тепловизионных приборов различного назначения является определение и периодическое подтверждение их технических характеристик при помощи специальных измерительных стендов и контрольно-проверочной аппаратуры.

Разработка средств измерений и контроля, а также нормативной документации, регламентирующей применение соответствующих технических средств, правил и норм для достижения требуемой точности и достоверности измерений, в оптическом приборостроении всегда считалась одним из приоритетных направлений.

С расширением номенклатуры разрабатываемых тепловизионных приборов и началом их серийного производства, наметился разрыв между темпами конструктивного совершенствования ТВП и темпами разработки средств измерений их характеристик, нормативной документации и эталонной базы.

Приведение в соответствие сложившейся ситуации требует освоения новых оптических технологий, разработки высокоточных источников излучения на основе фазовых переходов химически чистых веществ и эвтектических сплавов, применения современной элементной базы, а также цифровых способов обработки сигналов на базе современных вычислительных систем.

Актуальность создания аппаратно-методического комплекса метрологического обеспечения средств измерения и контроля параметров тепловизи-онных приборов обусловлена следующими причинами:

- непрерывным повышением температурного и пространственного разрешения современных и перспективных тепловизионных приборов;

- совершенствованием существующих и созданием принципиально новых измерительных средств для оценки характеристик ТВП;

- необходимостью разработки единых, аттестованных в соответствии с метрологическими правилами и нормами, средств и методов проведения калибровки и поверки средств измерений и контроля параметров ТВП;

- необходимостью разработки системы обеспечения единства и требуемой точности воспроизведения и передачи дифференциальных величин спек-трозонального и интегрального оптического излучения.

В национальных метрологических центрах NIST (USA), РТВ (Germany), NPL (Great Britain) проводятся исследования с целью разработки высокоточных средств калибровки ОЭС по спектроэнергетическим и температурно-частотным характеристикам. Приоритетное направление исследований - создание национальных эталонов величин разности энергетических яркостей (РЭЯ) и разности радиационных температур (РРТ). Проявляют большой интерес к эталонам и измерительным стендам, воспроизводящим нормированные значения величин РРТ и РЭЯ, специалисты Китая. MST с 1985г., в соответствии с выводом независимых экспертов - "Имеется национальная необходимость в калибровочной и научной активности в области ИК-радиометрии", проводит комплексные исследования по метрологическому обеспечению ИК-техники. Финансирование работ осуществляет Министерство обороны США [5].

Американские компании: "SBIR" (Santa Barbara Infrared, Inc.), "Vega International, Inc.", "Electro Optical Industries, Inc.", "Infrared Sistems Development", "CI Systems Inc." разработали и предлагают на международном рынке значительную номенклатуру специализированных средств калибровки и испытаний тепловизионной, радиометрической и пирометрической аппаратуры.

Доступность приобретения импортной измерительной техники при отсутствии в стране развитой метрологической системы может оказать негативное влияние на развитие отечественной науки и производства, тем более при использовании метрологически необеспеченных импортных средств измерений и контроля для решения задач в сфере обороны и безопасности государства.

Целью настоящей работы является исследование, разработка и создание комплекса средств и методов воспроизведения и передачи величин РРТ и РЭЯ для решения актуальной научно-технической проблемы - создания единой отраслевой системы метрологического обеспечения измерений и контроля характеристик современных и перспективных тепловизионных приборов.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующего ряда научно-технических задач:

- на основании анализа номенклатуры измеряемых характеристик тепловизионных приборов определить оптимальный состав и требования по диапазону и необходимой точности воспроизведения основных нормируемых энергетических и пространственных характеристик измерительных стендов и контрольно-проверочной аппаратуры ТВП;

- исследовать существующие методы калибровки средств измерений и контроля параметров ТВП и разработать аппаратные средства и методику калибровки, обеспечивающие измерение характеристик измерительных либровки, обеспечивающие измерение характеристик измерительных стендов и КПА ТВП с высоким температурным и пространственным разрешением;

- провести анализ существующих средств измерения и контроля характеристик ТВП и определить перспективные направления развития и совершенствования средств воспроизведения и передачи величин РРТ;

- провести теоретические и экспериментальные исследования способов изменения значений величин РЭЯ и РРТ с требуемой точностью и разработать предложения по их реализации;

- разработать высокоточные средства воспроизведения и передачи величин РРТ и РЭЯ и оценить возможность их применения в метрологических центрах и на предприятиях отрасли в ранге эталонных средств;

- разработать проект отраслевой поверочной схемы для средств воспроизведения, хранения и передачи величин РРТ и РЭЯ, определяющей порядок и методы передачи указанных величин измерительным стендам и КПА ТВП.

Научная новизна исследований и полученных результатов заключается в том, что при решении поставленных задач и цели создания аппаратно-методического комплекса метрологического обеспечения средств измерения и контроля параметров тепловизионных приборов впервые:

- разработана система метрологического обеспечения средств измерения и контроля характеристик современных и перспективных ТВП, обеспечивающая единый подход к созданию аппаратных средств воспроизведения и передачи величин РРТ и РЭЯ и единую методологию определения их характеристик.

- получены теоретически обоснованные и экспериментально подтвержденные аналитические выражения для расчета величин РРТ и РЭЯ, воспроизводимых оптическими системами с профильной зеркально-отражающей ми-рой и с дискретными и плавными ослабителями излучения;

- теоретически и экспериментально подтверждена возможность изготовления измерительного стенда, обеспечивающего с высокой точностью измерение и контроль характеристик современных и перспективных тепловизионных приборов.

Практическая значимость работы:

- обоснованы ограничения применения измерительных стендов и контрольно-проверочной аппаратуры ТВП по диапазону воспроизводимых значений величин РРТ в зависимости от конструктивного исполнения применяемых в них тест-объектов и дифференциального источника ИК-излучения в целом;

- разработан, исследован и введен в эксплуатацию стационарный радиометр-компаратор для измерения величин РРТ и РЭЯ, воспроизводимых измерительными стендами, отличающийся от имеющихся аналогов оптической схемой, позволяющей получить более качественное изображение исследуемого тест-объекта, принципом визирования исследуемого тест-объекта, позволяющим осуществлять запись всех элементов тест-объекта, включая зону миры вне штрихов и высокой точностью измерения указанных величин;

- состав и конструкция разработанного сканирующего радиометра, обеспечивающего измерение величин РРТ в диапазоне (погрешность) от 20 мК (25%) до 20 К (5%) и РЭЯ от 0,04 Вт/(ср-м2) (25%) до 40 Вт/(ср-м2) в спектральных диапазонах от 3 до 5 мкм и от 8 до 12 мкм, приняты для производства сканирующего радиометра в качестве эталона-переносчика величин РРТ и РЭЯ.

- разработанные состав и конструкция экспериментального образца высокоточного измерительного стенда приняты для производства в качестве экспериментального образца вторичного эталона величин РРТ и РЭЯ в диапазоне (неопределенность) от 5,0 (1,0) мК до 70 (0,5) К и РЭЯ в диапазоне от 10,0 (2,0) мВт/(ср-м2 до 190 (1,9) Вт/(ср-м2).

- на основе экспериментального образца вторичного эталона и эталона-переносчика разработан проект ведомственной поверочной схемы средств измерений величин РРТ и РЭЯ, определяющей порядок и методы передачи указанных величин рабочим средствам измерений.

- измерительные комплексы "НСИ-К", "НСИ-КМ", НСИ-КМУ", "Измери-тель-ЗЦ", "Орхон" и контрольно-проверочная; аппаратура 9В974, 9В679, 9В9001 и их модификации, прошедшие калибровку разработанными аппарат-но-методическими средствами внедрены (Приложение 1):

- в ФГУП НПО ГИПО в обеспечение поставок Инозаказчику изделий 1ПН79, 1ПН86ВИ, ТПВК-24Н и их модификаций (1997 - 2006 г.г.);

- в ГУП "КБП", г. Тула в обеспечение совместных работ, проводимых для Инозаказчиков (2002-2006г.г.);

- в ГУП ПО "НПЗ", г. Новосибирск, при разработках и серийном выпуске тепловизионных приборов различного назначения (2005-2006 г.г.);

- в ФГУП ПО "УОМЗ" для обеспечения разработок и серийного производства тепловизионных каналов II поколения различного назначения (2002 -2003 г.г.);

- в "Промышленном центре оптики", Республика Польша, г. Варшава, при проведении совместных разработок в рамках военно-технического сотрудничества (ВТС) в обеспечение серийного выпуска тепловизионного канала для систем управления огнем танка Т-72 (1996-1997 г.г.);

- в Куньминском институте физики, Китайская народная республика, г. Кун-минь, при проведении совместных работ в рамках ВТС в обеспечение разработок тепловизионных приборов различного назначения (1997-1998 г.г.);

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на:

- 5-ой Всесоюзной научно-технической конференции "Фотометрия и её метрологическое обеспечение", ВНИИОФИ, Москва, 1984 г.;

- 10-й и 12-й Всероссийских научно-технических конференциях "Фотометрия и её метрологическое обеспечение", ВНИИОФИ, Москва, 1994 и 1999г.г.;

- международной конференции "Прикладная оптика - 98", ГОИ им. С.Н. Вавилова, Санкт-Петербург, 1998г;

- 1-ой Всероссийской конференции по проблемам термометрии. "Температура - 2001", Подольск, 2001 г.

- XVI-ой Международной научно технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения 2000 г., Москва, Россия.

- Eurotherm Seminar "Quantitative Infrared Thermography Vм, GIRT'2000 Rheyms, France, (paper theses), Jule, 2000.

Публикации

Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 45 научных работах, в том числе в монографии " Моделирование и оценка современных тепловизионных приборов", Казань, Отечество, 2006 г., в 7 научных статьях во всероссийских журналах, соответствующих "Перечню журналов и изданий .", опубликованному в Бюллетене ВАК Минобразования РФ, №2, 2003 г., в 4-х патентах Российской Федерации и в материалах 9-ти Международных, Всесоюзных и Всероссийских конференций.

Личный вклад

Настоящая диссертационная работа представляет собой обобщение многолетних теоретических и экспериментальных исследований автора в области разработки аппаратно-методических средств метрологического обеспечения испытаний и эксплуатации тепловизионных приборов. Автор являлся ответственным исполнителем и руководителем выполняемых поисковых ПИР и НИ-ОКР, назначен главным конструктором разработки экспериментального образца эталона-переносчика величин РРТ и РЭЯ. Автор является также ученым хранителем вторичных эталонов температуры по ИК-излучению РЭТ-220 и РЭТ-370.

В опубликованных работах, выполненных лично и в соавторстве с коллегами, автору принадлежит постановка задач, поиск путей их решения, постановка и проведение экспериментальных исследований, обобщение полученных результатов и выводы.

В многочисленных калибровках и поверках средств измерений и контроля параметров ТВП автор принимал непосредственное участие как разработчик методик калибровки и поверки и как непосредственный исполнитель.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных литературных источников, включающего 117 наименований, и трех приложений. Общий объем (без приложений) 260 страниц, включая 61 рисунок и 47 таблиц.

6.4 Выводы к главе 6

1. Для приведения в соответствие достигнутого в настоящее время уровня развития тепловизионной техники с нормативной базой требуется пересмотр ряда стандартов и методических инструкций (в первую очередь документов, устанавливающих термины и определения в указанной области) и разработка единых документов (в настоящее время отсутствующих) по методам и средствам определения характеристик измерительной и контрольно-проверочной аппаратуры тепловизионных приборов.

2. Проведенный анализ действующих схем метрологического обеспечения производства, испытаний и эксплуатации тепловизионной и радиометрической аппаратуры военного назначения показал, что калибровка средств измерений и контроля параметров тепловизионной и радиометрической аппаратуры осуществляется косвенным методом, так как отсутствует исходная мера единиц физических величин "РРТ" и "РЭЯ", и, соответственно, отсутствует узаконен

244 ная на уровне государства поверочная схема для средств измерений величин РРТ и РЭЯ.

3. Схема метрологического обеспечения тепловизионной и радиометрической аппаратуры, основанная на измерениях функциональных величин, входящих в расчетные соотношения для определения величин РРТ и РЭЯ не обеспечивает погрешность их определения на уровне менее 0,1 К (0,2 Вт/(ср-м )), так как применяемые расчетные соотношения не учитывают конструктивных особенностей применяемых тест-объектов. Рассмотренная локальная поверочная схема, основанная на радиометрическом способе калибровки измерительных стендов и КПА не перспективна, так как в ней используется принцип нормирования РРТ и РЭЯ, основанный на измерении разности потоков излучения между стабилизированным уровнем опорного излучения от рабочего эталона - излучателя типа "модель черного тела", и излучением от элементов «тест-объекта» измерительного стенда, т.е. исходная мера РРТ и РЭЯ отсутствует, а имеется только уровень их отсчета, который нормируется по погрешности стабилизации излучения.

4. Разработанный автором проект ведомственной поверочной схемы обеспечивает воспроизведение, хранение и передачу величин РРТ и РЭЯ в диапазоне от 0,005 К до 70 К и от 0,01 до 190 Вт/(ср-м2) соответственно. Относительная погрешность воспроизведения указанных величин составляет от 60% до 0,7% для РРТ и от 60% до 1% для РЭЯ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации решена актуальная научно-техническая проблема метрологического обеспечения средств измерения и контроля характеристик существующих и перспективных тепловизионных приборов при их разработке, испытаниях и эксплуатации, включающая в себя разработку средств и методов калибровки измерительных стендов и контрольно-проверочной аппаратуры ТВП, а также разработку исходной меры, эталона-переносчика и поверочной схемы для средств измерения и передачи величин РРТ и РЭЯ, составляющих основу системы метрологического обеспечения ТВП. В работе изложены теоретически обоснованные и экспериментально подтвержденные технические решения, обеспечивающие единый подход к созданию аппаратных средств и единой методологии определения их основных нормируемых характеристик.

Учитывая изложенное, а также результаты теоретических и экспериментальных исследований и конструкторских проработок, приведенных в настоящей работе, можно сделать вывод, что цель диссертационной работы - разработка аппаратно-методического комплекса метрологического обеспечения средств измерений и контроля параметров ТВП при их производстве, испытаниях и эксплуатации - достигнута, и поставленные задачи автором решены.

При этом получены следующие основные результаты:

1. На основе анализа характеристик тепловизионных приборов и расчетных соотношений, применяемых для их определения, определен перечень основных нормируемых энергетических и пространственных характеристик измерительной аппаратуры. Установлено, что минимальные значения воспроизводимых измерительными стендами величин РРТ и РЭЯ не должны превышать (доверительная погрешность) 20,0 (50%) мК и 40,0 (50%) мВт/(ср-м2).

2. Детальный анализ существующих измерительных стендов показал, что для обеспечения воспроизведения величин РРТ и РЭЯ в требуемом для измерения и контроля характеристик ТВП с высоким угловым и температурным разрешением диапазоне и с требуемой точностью, необходима их существенная модернизация в части используемых конструктивных исполнений источников дифференциального излучения и, в некоторых случаях, оптических систем стендов.

3. Впервые, на основе анализа расчетных соотношений для определения воспроизводимых измерительными стендами значений величин РРТ и РЭЯ, предложен метод калибровки измерительных стендов и КПА, основанный на применении разработанного автором радиометра-компаратора. Метод позволяет проводить измерения величин РРТ и РЭЯ, воспроизводимых измерительными стендами и КПА с пространственной частотой мир до 0,3 мрад и существенно (до 15 %) снизить погрешность определения воспроизводимых значений РРТ и РЭЯ за счет контроля взаимного теплового влияния источника фонового излучения и миры, а также влияния изменения фонового излучения (стенок корпуса).

4. Разработана, проанализирована и реализована оптическая схема для воспроизведения величин РЭЯ и РРТ, отличающаяся от существующих схем способом изменения величин РРТ и РЭЯ и применением профильной, зеркально-отражающей миры. Расчет воспроизводимых значений величин РЭЯ и РРТ осуществляется по расчетным соотношениям, полученным на основе законов оптического излучения. Предложенные схемы обеспечивают реальную технологическую возможность разработки измерительных стендов, соответствующих требованиям к диапазону и точности воспроизведения значений величин РРТ и РЭЯ, необходимых для обеспечения измерения характеристик современных и перспективных ТВП.

5. Впервые, на основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований схемных и конструктивных решений существующих измерительных стендов, разработан и изготовлен экспериментальный образец исходной меры величин РРТ и РЭЯ. Для обеспечения измерения и передачи величин РРТ и РЭЯ рабочим средствам измерений разработаны предложения по составу и конструктивному исполнению эталона сравнения.

1. ГОСТ 8.023-2003 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений световых величин непрерывного и импульсного излучений.

2. ГОСТ 8.106-2001 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений энергетической яркости и силы излучения тепловых источников с температурой от 220 до 1360 К.

3. Parr, J. Fowler and S. Ebner. "NBS Radiometric Physics Division"// SPIE. 1988. - v. 940.-C. 26-33.

4. ГОСТ 26148-84. Фотометрия. Термины и определения.

5. ГОСТ 27675-88. Приборы тепловизионные. Термины и определения.

6. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Инфракрасные системы «смотрящего» типа Текст. -М.: Логос, 2004. 444 с. +8 с. цв. вкл. - ISBN 5-94010-372-8.

7. Алеев P.M., Иванов В.П., Овсянников В.А. Несканирующие тепловизионные приборы Текст. Казань: изд-во Казанск. ун-та, 2000.-252 с. - ISBN 5-7464-0579-5.

8. Алеев P.M., Иванов В.П., Овсянников В.А. Основы теории анализа и синтеза воздушной тепловизионной аппаратуры Текст. Казань: изд-во Ка-занск.ун-та, 2000. -252 е.- 300 экз. - ISBN 5-7464-0479-9.

9. П.Бугаенко А.Г., Иванов В.П., Омелаев А.И., Тевяшов В.И., Филиппов B.JI. Физические основы и техника измерений в тепловидении Текст. / Под ред. B.JI. Филиппова). Казань: Отечество, 2003. - 352 с. - 500 экз. - ISBN 59222-0061-5.

10. Макаров А.С., Омелаев А.И., Филиппов B.JI. Введение в технику разработки и оценки сканирующих тепловизионных систем Текст. Казань: Унипресс, 1998.- 320с. - ISBN 5-900044-41-6.

11. Иванов В.П., Курт В.И., Овсянников В.А., Филиппов B.JI. Моделирование и оценка современных тепловизионных приборов. Монография, Казань: Образовательные технологии, 2006. - 594с. - ISBN 5-9222-0089-5.

12. Селиванов М.Н. и др. Качество измерений Текст.: метрологическая справочная книга / M. Н. Селиванов, А.Э. Фридман, Ж. Ф. Кудряшова. Л.: Лениздат, 1987. - 259 е., ил.

13. Ллойд Д. Системы тепловидения Текст.: пер. с англ. Н. В. Василь-ченко; под ред. А. И. Горячева. М.: Мир, 1978. - 461 с.

14. Абчуг В. А. и др. Справочник по исследованию операций Текст. / под ред. Ф. А. Матвейчука М.: Воениздат, 1979. - 368 е., с ил.19. ОСТ ВЗ-5224-82

15. Chrzanowski К. Evaluation of commercial thermal cameras in quality systems. Optical Engineering, 2002, N10.

16. Fiete R. Image quality for remote sensing systems. Optical Engineering, 1999, N7.

17. Driggers R. et al. Laboratory measurement of sampled IR imaging performance. Optical Engineering, 1999, N5.

18. Chrzanowski K. et al. A condition on spatial resolution of IR collimators for testing of thermal imaging systems. Optical Engineering, 2000, N5.

19. Иванов В.П, Белозеров А.Ф, Бугаенко А.Г, Новоселов В.А. Комплекс измерительных и метрологических средств в тепловидении // Военный парад. -1999.-№4(34).-С. 118-120.

20. Бугаенко А.Г., Курт В.И., Малевич П.М. Стенд НСИ-К. //Тезисы 2-ой научно-технической конференции "Метрологическое обеспечение обороны и безопасности в Российской Федерации". Мытищи, 1999.- С. 94.

21. Белозеров А.Ф., Бугаенко А.Г., Зарипов Р.И., Иванов В.П., Кадыров Н.И., Курт В.И. (РФ). Патент на полезную модель. №50010. Инфракрасный коллиматор.- Приоритет от 15.03.2005 г.

22. Бугаенко А.Г., Зарипов Р.И., Иванов В.П., Курт В.И. (РФ). Патент на полезную модель. №51768. Инфракрасный коллиматорный комплекс.- Приоритет от 24.10.2005 г.

23. Белозеров А.Ф., Бугаенко А.Г., Зарипов Р.И., Иванов В.П., Кадыров Н.И., Курт В.И. (РФ). Патент на изобретение (Решение о выдаче исх. 2005 107280/28 (008777) от 27.07.06 г.). Инфракрасный коллиматор.- Приоритет от 15.03.2005 г.

24. Афанасьев В.А., Алешко Е.И., Курт В.И., Новоселов В.А. ИК-компаратор К-100 //Тезисы 5-ой научно-технической конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение", 17-21 декабря 1984г., Москва.- М., 1984.-С. 229.

25. Афанасьев В.А., Алешко Е.И., Курт В.И., Новоселов В.А. Инфракрасный компаратор К-100 //ОМП.- 1986.-№3.-С. 15-17.

26. Григорьева А.Ф., Курт В.И., Киатрова З.В., Новоселов В.А. Низкотемпературный ИК-излучатель // ОМП.- 1985.- № 4 С. 20-21.

27. Курт В.И. Методы калибровки по разности радиационных температур испытательных стендов и КПА тепловизионных приборов // Тезисы и программа Международной конференции "Прикладная оптика-98", Санкт Петербург, 16-18 декабря 1998г. С-Пб., 1998. - С. 103.

28. Курт В.И., Холопов Г.К., Новоселов В.А. Анализ методов калибровки ИК-излучателей по радиационной температуре // Тезисы 12-ой научно-технической конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение". -М., 1999.- С. 9.

29. Курт В.И., Бугаенко А.Г., Павлюков Е.К. Калибровка испытательного стенда НСИ-К по разности радиационных температур // Тезисы 12-ой научно-технической конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение". -М., 1999.- С. 11.

30. Курт В.И. Высокоточные средства измерения и контроля характеристик тепловизионных приборов //Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Казань, 2001 г.

31. Алешко А.И., Курт В.И., Рахимова JI.P. Калибровка дифференциальных коллиматорных стендов по разности радиационных температур. // Оптический журнал.-2007.- том 74, №3

32. Ковальский Э.И., Курт В.И., Михайлюта Г.И., Новоселов В.А. Комплекс измерительный метрологический КИМ-300 // Тезисы 10-ой научно-технической конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение", 29 30 ноября 1994г., Москва - М., 1994 - С.9.

33. Патент 1701005 РФ, МКРЮОП. Устройство для измерения темпера-турно-частотной характеристики оптико-электронных приборов. Чугунов A.B., Новоселов В.А., Федюнина С.А., Алешко Е.И. (РФ).- № 4807182/10; Заявлено 30.03.90; Опубл. 27.10.93.

34. Дитчберн Р. Физическая оптика. М.: Наука, 1965. - 632с.

35. Ландсберг Г.С. Оптика . М.: Наука, 1976. - 926с.

36. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1970. - 855 с.

37. Горшков М.М. Эллипсометрия. М.: Советское радио, 1974.- 200с.

38. Золотарев В.М., Морозов В.Н., Смирнова Е.В. Оптические постоянные природных и технических сред. М.: Химия, 1984.- 215с.

39. Гуревич М.М. Введение в фотометрию. Л.: Энергия, 1968. - 244с.

40. Холопов Г.К., Новоселов В. А., Курт В.И., Павлюков А.К. Варианты оптических систем стендов с френелевскими ослабителями для воспроизведения разностей энергетических яркостей и радиационных температур. // Измерительная техника.- 2000.- № 1.- С. 17-21.

41. Новоселов В.А., Курт В.И. Оптические системы дифференциальных калибровочно-испытательных стендов с френелевскими ослабителями излучения. // "Температура 2001", Подольск, 13-15 ноября 2001 г. - С. 91-95.

42. ОСТ 3-6304-87. Кристаллы фтористого кальция оптические.- Per. № 84015053 от 04.04.88г.; Введен с 01.01.88г.-22 с.

43. Воронкова Е.М., Гречушников Б.Н., Дистлер Г.И. и др. Оптические материалы для инфракрасной техники - М.: Наука, 1965 - 335с.

44. РТМ 3-1640-83. Кристаллы германия оптические. Физико-химические свойства. Взамен РТМ 3-343-72 в части раздела 1 и ОСТ 3-5234-82 в части справочного приложения; Введен с 01.01.85г.- 14 с.

45. Handbook of Optical constants of solids. Edited by Edward D.Palik. -Academic Press. INC. 1985.- 804p.

46. OCT3-6307-87. Керамика оптическая

47. OCT 3-1901-85. Покрытия оптических деталей. Типы, общие технические требования и методы контроля.- Взамен ОСТ 3-1901-85; Введен 01.09.96г.- 194 с.

48. Кариженский Е.Я., Мирошников М.М., Шилин Б.В. Тепловая спек-трозональная аэросъемка. Возможности и перспективы. / Оптико-механическая промышленность, 1979, № 1, с. 18-20.

49. Поварков В.И., Минеев E.H., Иванов Н.Е. Дифференциальный радиометр / Оптико-механическая промышленность, 1971, № 1, с. 39-43.

50. Криксунов JI.3., Усольцев Н.Ф. Инфракрасные системы обнаружения, пеленгации и автоматического сопровождения движущихся объектов. Сов. радио, 1968.-320 с.

51. Бухонин Ю.С., Овчаренко Г.М. Поведение низкочастотного шума при дифференциальном приеме сигналов тепловизора / Оптико-механическая промышленность, 1977, № 10, с. 9-11.

52. Чибисов В.А. Особенности построения радиометров, работающих в спектральном диапазоне 1,8-5,5 мкм / Ведомственный сборник, 1984, серия 10, вып. 5 (193), с. 3-5.

53. Чибисов В.А., Алексеева Э.В., Беренштейн Б.З. и др. Ряд инфракрасных радиометров "Яуза" / Ведомственный сборник, 1984, серия 10, вып. 5 (193), с. 7-10.

54. Чибисов В.А., Алексеева Э.В., Нейман М.Д. Инфракрасные радиометры "Нева"/ Ведомственный сборник, 1984, серия 10, вып. 5 (193), с. 10-13.

55. Bastuschek С.Р. Photogrammetric Eng., 1970, v. XXXVI, № 10.

56. Горсун Д.JI., Чугунов A.B., Хуснутдинова Н. Радиометр трехканаль-ный сканирующий // Ведомственный сборник, 1984, сер. 1, вып. 2.

57. Ленинг В.А., Семенчук A.C., Шигин В.О. Многоцелевой исследовательский спектрорадиометр "Клин" // Ведомственный сборник, 1989, серия 7, вып. 2(121)-3(122), с. 25-30.

58. Белозеров А.Ф., Омелаев А.И., Филиппов В.Л. Современные направления применения ИК радиометров и тепловизоров в научных исследованиях и технике // Оптический журнал, 1998. Т. 65. - № 6. - С. 16-27.

59. Криксунов Л.З., Падалко Г.А. Тепловизоры. Справочник, Киев: Техника, 1987.- 166 с.

60. Вайсберг В.Л. и др. Модернизация тепловизора "Радуга-5" // Оптический журнал, 1992. № 12. - С. 66-67.

61. Куртев Н.Д., Сазонов О.М. Анализатор тепловых полей АТП-46 // Электронная промышленность. 1991. -№ 4. - С. 81-82.

62. Ушаков Ю.А., Дийков JI.K., Радчук Н.Б. и др. Тепловизор с улучшенными эксплуатационными характеристиками // Электронная промышленность, 1989, № 2.

63. Перлов В.В., Красников Д.Н., Сергеев В.П. и др. Тепловизор для исследования природных ресурсов Земли // Оптико-механическая промышленность, 1981.-№ 4.-С. 27-29.

64. Кариженский Е.Я, Подковальников В.В. Анализ двух методов преобразования сигналов в ИК радиометрах / Оптико-механическая промышленность, 1980, №6, с. 17-20.

65. Овчаренко Г.М. О требованиях к параметрам механического модулятора для ИК сканирующего радиометра / Оптико-механическая промышленность, 1972, №3, с. 8-10.

66. Cade С.М. New Scientist, 1964, № 400, Juli.

67. Мирошников М.М. и др.Тепловизор для исследования квазистационарных тепловых полей // Оптико-механическая промышленность, 1971. № 6, С. 67-70.

68. Портативный прибор для получения ИК изображения. Electro Optics. 1998. - V.26. No 124. - Р.5. Оптика сегодня и завтра. - М.: Дом оптики. -1996.-№3.-56 с.

69. Эталон-переносчик единиц "Разность радиационных температур" и "Разность энергетических яркостей" ЭП-38// Пояснительная записка, часть 1. ФГУП НПО ГИПО. Главный конструктор В.И. Курт, 2006г., 246 стр., библи-огр.: стр. 239 -245 (76 назв.).

70. Физика тонких пленок (Сборник) т.2,М.,"Мир"., 1967г.

71. Гайнутдинов И.С. и др. "Интерференционные покрытия для оптического приборостроения" Казань., ФЭН.,2002 г

72. Валидов М.А., Халиуллина Н.З."Высокоотражающие покрытия на основе алюмо-магниевого сплава (деп. рукопись)"

73. Свет Д.Я. "Оптические методы измерения истинных температур"., наука., 1982г.

74. J. Ancsin. A Gallium Calibration Apparatus.// Metrologia 1993, 30, 105106.

75. Morozova S.P., Theocharous E., Fox N.P., Sapritsky V.I., Mekhontsev S.N. // Absolute Measurements of Blackbody Emitted Radiance, Metrologia, 1998, 35, p.p. 549-554.

76. Куин Т. Температура. -М.: Мир, 1985 447с.

77. Сокольский М.Н. Допуски и качество оптического изображения. JL, Машиностроение, 1989г.

78. Михельсон H.H. Оптические телескопы. Теория и конструирование, М., Наука, 1976г.

79. Госсорг. Инфракрасная термография. М.,Мир, 1988г.

80. ГОСТ 8.558-93. Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений температуры

81. Закон РФ от 27 апреля 1993 г. №4871-1 "Об обеспечении единства измерений".

82. РМГ 29-99. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения

83. РМГ 19-96. Рекомендации по основным принципам и методам стандартизации терминологии

84. МИ 2365-96. Государственная система обеспечения единства измерений. Шкалы измерений. Основные положения. Термины и определения

85. Состояние и перспективы развития метрологического обеспечения в области здравоохранения и производства медицинской техники Текст. / Н.

86. П. Муравская // Мир измерений. Москва, РИА «Стандарты и качество», 6(52)-2005, стр.4-7.-ISSN 1813-8667.

87. ГОСТ 16504-81. Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения.

88. ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины и определения.

89. Алешко Е.И., Курт В.И. Приборы тепловизионные. Поверочная схема для средств измерения энергетической яркости // Отраслевой журнал.-1989.- Вып. 2(121)-3(122).- Сер. 7.- С. 9-12.

90. Балоев В.А., Курт В.И., Щипунов А.Н. Направления совершенствования отраслевой системы метрологического обеспечения инфракрасных оптико-электронных приборов. // Оптический журнал.-2007.- том 74, №3

91. ГОСТ 8.057-80. Государственная система обеспечения единства измерений. Эталоны единиц физических величин. Основные положения

92. ГОСТ 8.381-80. Государственная система обеспечения единства измерений. Эталоны. Способы выражения погрешностей.26.С1. УТВЕРЖДАЮ . 1

93. Заместитель Генерального директоранпо г шш/1. А^.Белозеров 2004 г.

94. Контрольно-поверочная аппаратура и дифференциальные стенды Методика измерения разности радиационных температур1. АДО.095.009 ДМ1. Главный метролог1. В.И.Курт1. Разработал,1. А.Р. Нуриахметова2627р ос?оу> ^ /V суе Г7рс//и> с

95. ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ ОПТИКИ"1. СВИДЕТЕЛЬСТВОоб аттестации МВИ № 001

96. Аттестация осуществлена по результатам теоретических и экспериментальных исследований МВИ.

97. СОГЛАСОВАНО Начальник 451 ВП МО1. С.Ф. Мурабский 2006 г.1. УТВЕРЖДАЮ

98. Генеральный директор ЗАО НПФ "Техноякс"1. В.И. Попов 2006 г.

99. СОГЛАСОВАНО Начальник 44 Щ-И.В. Калабин — 2006 г.1. УТВЕРЖДАЮ1. Генералцудй¿фрурпор ФГУПЛ1. В.П. Ибаноб 2006 г.

100. ЭТАЛОН-ПЕРЕНОСЧИК ЕДИНИЦ "РАЗНОСТЬ РАДИАЦИОННЫХ ТЕМПЕРАТУР" И "РАЗНОСТЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЯРКОСТЕЙ" "ЭП-38"

101. Схема деления изделия на составные части

102. Лист утверждения АД 1.500.123Е1-ЛУ

103. Заместитель генерального директора ФГУП "НПО ГИПО" полуф1. В.А. Балоеб .2006 г.и1. В.И. Курт1. О* 2006 г.

104. Инб.И подл. Подпись и дата Вз.инв.Ы Инб.Н дубл. Подпись и дата3=з с.о