автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Информационно-измерительная система с оптическим преобразователем для контроля температуры объектов

На правах рукописи

ФАРРАХОВ РУЗИЛЬ ГАЛИЕВИЧ

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА С ОПТИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБЪЕКТОВ

Специальность

05 11 16 - «Информационно-измерительные и управляющие системы»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

□□3160243

Уфа - 2007

003160243

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уфимская государственная академия экономики и сервиса»

Научный руководитель Заслуженный деятель науки и техники

Республики Башкортостан, доктор технических наук, профессор Ураксеев Марат Абдуллович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Шилин Александр Николаевич

доктор технических наук, профессор Баширов Мусса Гумерович

Ведущее предприятие ОАО Башкирское специальное конструкторское

бюро «Нефтехимавтоматика», г Уфа

Защита состоится 2 ноября 2007 г в 15-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212 009 03 при Астраханском государственном университете по адресу 414056, г Астрахань, ул Татищева, 20а, конференц-зал

С содержанием диссертации можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета

Автореферат разослан 1 октября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета д-р техн наук, профессор

Г

Петрова И Ю

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Возросшие требования к качеству управления технологическими процессами и объектами в различных отраслях промышленности диктуют необходимость широкого внедрения информационно-измерительных систем (ИИС), в которых информация о контролируемых физических величинах получается с помощью первичных измерительных преобразователей

При этом наиболее широко используемой физической величиной является температура, измерение и контроль которой сейчас необходим в энергетике, металлургии, стекольной, нефтехимической промышленностях и др

К тому же в настоящее время возникает потребность в точных измерениях высоких температур до 3000 К

В современной практике для измерения температуры используется множество измерительных преобразователей и устройств, основанных на различных принципах действия Однако они не отвечают в полной мере возросшим требованиям к устройствам измерения температуры в отношении точности, надежности, быстродействия Вместе с тем во многих практических случаях требуется дистанционное измерение температуры Вот почему сейчас широко используются оптические преобразователи температуры (ОПТ), основанные на законах теплового излучения Они обладают высокой точностью измерения, надежностью, отсутствием контакта с объектом измерения, возможностью измерения температуры движущихся объектов и т д

Вопросам теории, расчета и конструирования оптических преобразователей температуры посвящены труды отечественных и зарубежных ученых Афанасьева А В , Гордова А H, Поскачея А А, Саяпиной В И , Света Д Я , Якушенкова Ю Г , Госсорга Ж, Линевега Ф , Bendada А , Сорра Р , Kimura M , Säbel Т , Shimizu M , Sun X В , William J и других

Однако в этих работах не в полной мере приведены исследования, включающие принципы построения, математическое моделирование, основные и метрологические характеристики, методику проведения экспериментов и разработку основ проектирования

А эти исследования необходимы для создания ОПТ с улучшенными характеристиками Вот почему тема данной диссертационной работы, посвященной разработке ОПТ с улучшенными характеристиками, является актуальной научно-технической задачей, так как повышение эффективности ОПТ позволяет улучшить качество функционирования и технико-экономические показатели информационно-измерительных систем (ИИС), в которых они используются

Основание для выполнения работы. Исследования в рамках диссертационной работы проводились в соответствии с

1.Планами НИР Уфимской государственной академии экономики и сервиса на 2004-2007 г г

2 Проектом «UM JEP - 26108 - 2005 Network for universities and enterpnses cooperation (NEUC)» по программе Европейского союза «ТЕМПУС-ТАСИС» (2006г )

3 Проектом «UM JEP - 27083 - 2006 Network of centers for training of innovative project management (NCTIPM)» по программе Европейского союза «ТЕМПУС-ТАСИС» (2007г )

Цель диссертации. Создание и исследование оптического преобразователя температуры с улучшенными характеристиками (высокая точность, чувствительность, оптическое разрешение) для использования в информационно-измерительных системах контроля температуры объектов

Основные задачи, которые потребовалось решить для достижения поставленной цели

1 Провести сопоставительный анализ известных методов и средств измерения температуры Разработать принципы построения ОПТ и провести анализ их использования в ИИС контроля температуры объектов

2 Разработать математическую модель, выявить методы увеличения величины мощности светового потока на выходе волоконного световода (СВ)

3 Выявить и исследовать основные характеристики ОПТ

4 Исследовать источники погрешностей ОПТ

5 Создать ОПТ в лабораторных условиях, провести его экспериментальное исследование, обработку результатов эксперимента и разработать основы проектирования

Методы исследований. Представленные в диссертационной работе научные положения обоснованы теоретическими и экспериментальными исследованиями с применением волновой, квантовой теорий света, геометрической оптики, законов теплового излучения При выполнении исследований широко использовались программные пакеты Microsoft Office, Sigma Plot, Компас, MathCAD и др

Основные теоретические положения и выводы подтверждены результатами экспериментальных исследований в лабораторных условиях на этапах разработки Исследования проводились на кафедре «Машины, аппараты, приборы и технологии сервиса» Уфимской государственной академии экономики и сервиса

На защиту выносятся:

1 Систематизация принципов построения ОПТ

2 Конструкция ОПТ и его математическая модель

3 Результаты исследования основных характеристик ОПТ

4 Результаты экспериментальных исследований и основы проектирования ОПТ с применением СВ

Научная новизна результатов, полученных в диссертации, заключается в следующем

1 Систематизированы принципы построения ОПТ и дан их анализ, позволяющий создавать устройства с заданными свойствами и качеством

2 Разработана математическая модель ОПТ - зависимость мощности оптического излучения на выходе СВ от температуры объекта измерения, ослабляющих свойств атмосферы, материала и типа СВ, параметров приемной оптической системы, позволяющая выявить и исследовать основные характеристики устройства

3 На основании исследования основных характеристик выявлено влияние на них параметров ОПТ и предложены способы их улучшения

4 Разработаны основы проектирования ОПТ с применением СВ, позволяющие создавать устройства с улучшенными характеристиками

Практическая значимость и внедрение результатов работы.

1 Разработаны принципы построения ОПТ, используемые при создании оптических преобразователей температуры для ИИС контроля объектов

2 Моделирование и исследование математической модели ОПТ позволило выявить способы улучшения основных характеристик

3 Предложены оригинальные конструкции ОПТ, имеющие повышенную точность, надежность и помехоустойчивость

4 Разработаны основы проектирования ОПТ с применением СВ

В результате исследований получены патенты на полезные модели «Информационно-измерительное устройство температурной диагностики контролируемых объектов» № 60210 от 25 09 2006г и «Устройство для дистанционного измерения температуры объектов» № 62700 от 07 11 2006г

Основные результаты диссертационной работы в виде сравнительного анализа существующих средств измерения температуры, принципов построения ОПТ, основных характеристик, характеристик погрешностей и основ проектирования внедрены на ОАО «Конструкторское бюро электроизделий XXI века» (г Сарапул)

Принципы построения и основы проектирования ОПТ внедрены в учебный процесс при чтении лекций, курсовом и дипломном проектировании в Уфимской государственной академии экономики и сервиса

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на II - ой Международной научно - технической конференции «Инновации и перспективы сервиса» (г Уфа, 2005 год), III - ей Международной научно -технической конференции «Инновации и перспективы сервиса» (г Уфа, 2006 год), Всероссийской научной конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности» (г Астрахань, 2007 год) Работа отмечена дипломом 1 - ой степени в конкурсе на лучшую работу студентов и аспирантов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в Уфимской государственной академии экономики и сервиса в секции «Механика и технология сервиса» (г Уфа, 2007 год)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 2 патента на полезную модель и 2 статьи в ведущих научных журналах, рекомендуемых ВАК

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 150 наименований и приложения Основная часть диссертации изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунков и 14 таблиц ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении к диссертации обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются цели и задачи исследования, приводятся основные положения и результаты, выносимые на защиту, отмечается их новизна и практическая значимость Приводятся сведения о внедрении результатов работы и публикациях

В первой главе описаны некоторые ИИС и приведена структурная схема ИИС контроля температуры объектов Описаны современные средства и методы измерения температуры, используемые в составе ИИС контроля объектов, приведены экспертные оценки по их основным технико-экономическим показателям Проведенный сравнительный анализ

характеристик основных современных средств и методов измерения температуры показал, что ОПТ превосходят по многим показателям остальные рассмотренные, что делает их наиболее перспективными для использования в информационно-измерительных системах контроля температуры

Дана классификация ОПТ по принципу действия и по конструктивному исполнению Показано, что ОПТ, воспринимающие излучение в узком спектральном интервале (монохроматические), обладают высокой надежностью, точностью

Принцип действия ОПТ основан на регистрации электромагнитной энергии, излученной объектом измерения (рис 1)

1 - объект излучения, 2 - оптический блок, 3 - волоконный световод, 4 - измерительный блок Рис 1 Принцип действия ОПТ

ОПТ работает следующим образом Тепловой поток от объекта излучения 1 попадает в оптический блок 2 и фокусируется на входной торец волоконного световода 3 выходной торец, которого соединен с измерительным блоком 4 Тепловой поток от объекта измерения является функцией температуры и в процессе обработки в измерительном блоке он преобразуется в электрический сигнал и представляется в виде значения температуры в форме удобной для восприятия оператором

На основании исследования большого объема известной научно-технической и патентной литературы были выявлены и систематизированы принципы построения оптических пирометрических преобразователей

Л

4

(рис 2) и рассмотрены наиболее характерные конструкции и функциональные схемы ОПТ, в которых они используются

Принципы построения ОПТ

Я „ _ 5

5 5 5 £■

§ 3 В в-

2 § к

® 2 е в

Рис 2 Принципы построения ОПТ

Применение разработанных принципов построения дает возможность создавать устройства с требуемыми свойствами и качеством

Во второй главе исследована математическая модель ОПТ.

Разработаны структурная схема и принципиальная схема ОПТ, представляющие собой соединение основных элементов устройства и отражающие физические процессы, происходящие в нем при прохождении электромагнитного излучения по оптическому тракту Структурная схема ОПТ приведена на рис 3

Входные данные

Выходные

1 2 3 4 данные

1 - инфракрасно прозрачное стекло, 2 - фокусирующая линза с нанесенным интерференционным светофильтром, 3 - волоконный световод, 4 - измерительный блок Рис 3 Структурная схема ОПТ

Предложено считать математической моделью ОПТ аналитическую зависимость мощности оптического излучения на выходе СВ от температуры объекта измерения, ослабляющих свойств атмосферы, материала и типа СВ, параметров приемной оптической системы ОПТ

С учетом формулы Планка, геометрических параметров приемной оптической системы, коэффициента пропускания оптической системы Хик, коэффициента ослабления излучения т из-за поглощения и рассеяния в атмосфере и СВ автором выведена аналитическая зависимость, связывающая мощность оптического излучения на выходе СВ от температуры объекта измерения, ослабляющих свойств атмосферы, материала и типа СВ, параметров приемной оптической системы ОПТ

Р = £> (NA)2 ^¿С,Я-5/[ехр(С2/АГ)-1] АЛ, (1)

4

где Р - мощность оптического излучения на выходе СВ [Вт], Е\ -монохроматический коэффициент излучения объекта, NA - числовая апертура СВ, df - диаметр СВ [м], С,, С2 - постоянные коэффициенты, связывающие физические константы (постоянную Планка, постоянную Больцмана, скорость света в вакууме) 3,7413 10"16 [Втм2], C2=l,4388 10"2 [м К], Я - эффективная длина волны пропускания интерференционного фильтра [м], Дк - ширина пропускания интерференционного фильтра [м], Т -температура объекта [К]

В результате компьютерного моделирования математической модели ОПТ выявлено, что наибольшее влияние на величину мощности оптического излучения оказывают параметры волоконного световода - диаметр df и числовая апертура NA Установлено, что при увеличении диаметра волоконного световода df от 250 мкм до 750 мкм, мощность излучения возрастает в 9 раз (рис 4) Расчетные значения приведены для значений числовых апертур 0,1-0,9

ТЕ

Рис. 4. Зависимость мощности потока излучения на выходе С В Р от температуры Т при различных параметрах СВ А'Л (О, КО,9) и Щ, а) (/у=250 мкм, б) ¿/=750 мкм

opto арщз ajett она»

opens »(юз

OjKSS

Важнейшими характеристиками ОПТ являются чувствительность и оптическое разрешение, определяемые из статической характеристики и параметров приемной оптической системы.

Статическая характеристика представляет собой зависимость тока фотодиода от температуры объекта измерения J - f(T) и определяется из выражения (1) п виде J = PS„. При этом характер изменения функции аналогичен характеру изменения функции Р = f(T).

Чувствительность определяется из статической характеристики ОПТ как первая производная выходной величины по входной

$ -r-S■ Т ' mУ ^тДеХрСС:/ЛТ) \\ АЛ S„, (2)

где S - чувствительность ОПТ [А/К]; J - ток фотодиода [A]; Su -монохроматическая токовал чувствительность фотодиода f А/Вт].

С целыо увеличения чувствительности ОПТ необходимо увеличивать диаметр СВ df и числовую апертуру NA. Так: для ОПТ с СВ диаметром 250 мкм, при изменении числовой апертуры с 0,25 до 0,9, чувствительность увеличивается в 12,9 раз (рис, 5).

АЛС 3

г

1

1

0.5 V

Рис. 5. Чувствительность ОПТ

Оптическое разрешение Р определяется из параметров приемной оптической системы как

где I - расстояние между линзой и объектом контроля [м|; - диаметр объекта [м|; К-расстояние между линзой и СВ [м] ; с!/- диаметр СВ [м] (рис.

б).

С целью увеличения оптического разрешения необходимо увеличивать расстояние между линзой и СВ V и уменьшать диаметр СВ с1}-. Так, для ОПТ с СВ диаметром 250 мкм, при изменении V от 22 мм до 80 мм, что

соответствует значениям числовой алертуры СВ Ш 0,9-Ю,25, оптическое разрешение увеличивается с 88 до 320 (рис. 7).

В третьей главе дана классификация погрешностей и установлено, что определяющими источниками основной цсирешности являются влияние спектрального коэффициента излучения объекта измерения и влияние сторонних излучений.

Диапазон измерения температуры разработанного ОПТ 1500 - 3000 К, максимумы спектральных распределений мощности потоков излучений для указанных температур в соответствии с законом смещения Вина соответственно приходятся на л ,„„:с/ = 1,93 мкм, с2 = 0,97 мкм.

Так как погрешность, связанная с влиянием спектрального коэффициента излучения объекта, зависит от длины волны, то для минимизации погрешности необходимо проводить измерения с наиболее свойств атмосферы такой длиной волны является Я — I мкм (рис. 8).

Р ЗЯ> С

Рис. 7. Оптическое разрешение ОПТ

Рис. 8. Значения поправки при ée/e = ± 0,1

Для минимизации погрешности связанной с влиянием сторонних излучателей, необходимо применять узкополосные интерференционные светофильтры Щя ограничения влияния излучения сторонних объектов во всем спектре чувствительности фото приемника.

Определяющим фактором дополнительной погрешности является влияние температуры окружающей среды, дли устранения погрешности предложено термосгатирование приемно-уснлнтельного узла.

В четвертой главе проведено экспериментальное исследование разработанного устройства и разработаны основы проектирования ОПТ с применением СВ.

Выполнен ряд измерений, по результатам которых построена экспериментальная зависимость напряжения на выходе операционного усилителя от температуры (У = /(Г) (рис, 9). На основании анализа полученных результатов можно сделать вывод о хорошем согласовании теории и эксперимента. Максимальна» погрешность не превышает 9 %.

Технические характеристики ОПТ: - диапазон измеряемых температур: ) 500-2700 К; - чувствительность: (0,35-0,7)'10"6 А/К; - оптическое разрешение, г^320.

Т. К

Рис 9 Выходные характеристики ОПТ 1 - теоретическая, 2 - экспериментальная

Проведено экспериментальное определение погрешности измерений По результатам статистической обработки результатов прямых измерений определены номинальная характеристика преобразования и границы доверительного интервала с заданной доверительной вероятностью Р=0,9 (рис 10) Полоса погрешностей на рис 10 увеличена в 10 раз

1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800

Т К

Рис 10 Экспериментальная номинальная характеристика и полоса погрешностей ОПТ

Автором разработаны основы проектирования ОПТ с применением волоконного световода для ИИС контроля объектов, основные этапы которой приведены на рис 11

Рис 11 Основы проектирования ОПТ

Волоконный световод является основным элементом данного ОПТ, так как его параметры влияют на важнейшие характеристики Поэтому выбор его параметров вызывает наибольший интерес с теоретической и практической стороны

Разработанные основы проектирования ОПТ с применением СВ, позволяет улучшить важнейшие характеристики ОПТ

На основе полученной методики разработаны два устройства измерения температуры для применения в составе ИИС контроля объектов (Патент РФ на полезную модель № 60210 «Информационно-измерительное устройство температурной диагностики контролируемых объектов», патент РФ на полезную модель № 62700 «Устройство для дистанционного

измерения температуры объектов»), позволяющие повысить точность измерений, надежность устройства

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1 В результате комплексного анализа современных методов и средств измерения температуры, показана перспективность применения в информационно-измерительных системах ОПТ, что приведет к повышению эффективности существующих систем В результате анализа известных технических решений были систематизированы принципы построения ОПТ, позволяющие создавать устройства с заданными свойствами и качеством

2 В результате исследования физических процессов, происходящих с электромагнитной волной в атмосфере и оптической системе ОПТ, с использованием уравнений Максвелла, формулы Планка была получена математическая модель ОПТ в виде аналитической зависимости мощности светового потока в функции температуры, ослабляющих свойств атмосферы, материала и типа СВ, параметров приемной оптической системы ОПТ

3 В результате компьютерного моделирования математической модели ОПТ, выявлено, что наибольшее влияние на величину мощности излучения оказывают параметры волоконного световода - диаметр dj и числовая апертура NA

4 Установлено, что наиболее важными характеристиками являются чувствительность и оптическое разрешение С целью увеличения чувствительности ОПТ необходимо увеличивать диаметр СВ и числовую апертуру Так, для ОПТ с СВ диаметром 250 мкм, при изменении числовой апертуры с 0,25 до 0,9, чувствительность увеличивается в 12,9 раз С целью увеличения оптического разрешения необходимо увеличивать расстояние между линзой и СВ V и уменьшать диаметр СВ dt Так, для ОПТ с СВ диаметром 250 мкм, при изменении V от 22 мм до 80 мм, что соответствует

значениям числовой апертуры СВ ЫА 0,9-0,25, оптическое разрешение увеличивается с 88 до 320

5 Исследованы источники основной и дополнительной погрешностей и разработаны методы повышения точности ОПТ Установлено, что определяющими источниками основной погрешности являются влияние спектрального коэффициента излучения объекта измерения и влияние сторонних излучений, а определяющим фактором дополнительной погрешности является влияние температуры окружающей среды

6 Создан опытный образец ОПТ и на основе проведенных экспериментальных исследований установлена адекватность основных теоретических положений реальному объекту. Максимальная погрешность при этом не превысила 9 % По итогам статистической обработки результатов измерений определены номинальная характеристика преобразования и границы доверительного интервала с заданной доверительной вероятностью Р=0,9 Разработаны основы проектирования ОПТ с применением СВ для ИИС контроля объектов, позволяющие улучшить важнейшие характеристики ОПТ

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ

I. Научные статьи в центральных изданиях рекомендованных ВАК РФ

1 Ураксеев М А Современные датчики дистанционного контроля температуры [Текст] / М А Ураксеев, Р Г Фаррахов II Экологические системы и приборы -2007 -№10 -С 28-31 - Библиогр с 31

2. Ураксеев М А Развитие методов и средств измерения температуры [Текст] / М А Ураксеев, Р Г Фаррахов, М Г Киреев, Д А Дмитриев // История науки и техники - 2007 -№6 спец выпуск №1 - С 131-133 -Библиогр с 133

II. Публикации в сборниках научных трудов, материалы конференций и патенты

3 Ураксеев М А Влияние пропускания атмосферы на измерения температуры бесконтактным способом и выбор приемника излучения [Текст] / М А Ураксеев, Р Г Фаррахов // Инновации и перспективы сервиса сб науч ст / Уфимская государственная академия экономики и сервиса -Уфа, 2006 - С 23-26 - Библиогр с 26

4 Ураксеев М А Устройство для дистанционного измерения температуры объектов [Текст] / Р Г Фаррахов, М А Ураксеев // Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСТИНТЕХ-2007» материалы Всероссийской научной конференции 18-20 апреля 2007г 4 2/ Астрахань Издат дом «Астраханский университет», 2007 -С 66-68 -Библиогр с 68

5 Ураксеев М А Физические основы построения оптических пирометров [Текст] / М А Ураксеев, Р Г Фаррахов II Инновации и перспективы сервиса сб науч ст / Уфимский государственный институт сервиса - Уфа, 2005 - С 19 - 22 - Библиогр с 22

6 Фаррахов Р Г Разработка структуры пирометра и расчет его основных элементов [Текст] / Р Г Фаррахов, М А Ураксеев // Инновации и перспективы сервиса сб науч ст / Уфимский государственный институт сервиса - Уфа, 2005 - С 11 - 14 - Библиогр с 14

7 Патент РФ № 60210 на полезную модель МПК вОШ/Ю Информационно-измерительное устройство температурной диагностики контролируемых объектов [Текст] / Ураксеев М А, Фаррахов Р Г, Гибадуллин Р Р заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Уфимский гос авиационный тех ун-т, заявл 25 09 2006, опубл 10 01 07, Бюл №1

8 Патент РФ № 62700 на полезную модель МПК вОШ/Ю Устройство для дистанционного измерения температуры объектов [Текст] / Ураксеев М А , Фаррахов Р Г , Федосов А В , заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Уфимский гос авиационный тех ун-т, заявл 07 11 2006, опубл 27 04 07, Бюл № 12

Отпечатано с готовых диапозитивов в ООО «Принт+», заказ №132, тираж 100 шт, печать л 2,0, 450054, пр Октября, 71

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ СРЕДСТВ И

МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР.

1Л Сопоставительная оценка известных методов и средств измерения температуры.

1.2 Специфика контактных измерений температуры.

1.3 Физические основы построения ОПТ.

1.4 Классификация ОПТ.

1.5 Классификация принципов построения ОПТ.

1.5.1 Преобразование электромагнитной энергии в аналоговый электрический сигнал.

1.5.2 Преобразование электромагнитной энергии в цифровой электрический сигнал.

1.5.3 Построение на базе микроконтроллера.

1.5.4 Использование оптического волокна для передачи излучения от источника к приемнику.

1.5.5 Использование эталонного источника излучения, с переменной интенсивностью излучения.

1.5.6 Использование эталонного источника излучения, с постоянной интенсивностью излучения.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОПТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ.

2.1 Физическая модель ОПТ.

2.2 Математическая модель ОПТ.

2.2.1 Распространение электромагнитных волн в веществе.

2.2.2 Геометрические параметры ОПТ.

2.2.3 Движение электромагнитной волны в оптической системе ОПТ.

2.2.4 Ослабление оптического излучения в атмосфере и волоконном световоде.

2.2.4.1 Оптические потери в атмосфере.

2.2.4.2 Оптические потери в волоконном световоде.

2.3 Обоснование выбора эффективной длины волны.

2.4 Чувствительность ОПТ.

2.5 Оптическое разрешение ОПТ.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ОПТ.

3.1. Точность ОБИУТ и методы ее нормирования.

3.2 Классификация погрешностей ОПТ.

3.3 Методические источники основной погрешности ОПТ.

3.3.1 Влияние спектрального коэффициента излучения объекта.

3.3.2 Влияние поглощения и пропускания атмосферы, элементов оптической системы и СВ.

3.3.3 Влияние сторонних источников излучения.

3.4 Инструментальные источники основной погрешности.

3.4.1 Погрешность градуировочных средств.

3.4.2 Нестабильность коэффициента передачи схемы.

3.5 Внутренние источники дополнительной погрешности ОПТ.

3.5.1 Питание от источников вторичного электропитания.

3.5.2 Питание измерительной цепи от автономного источника.

3.6 Внешние источники дополнительной погрешности ОПТ.

3.6.1 Погрешность фотоприемника, вызванная изменением температуры окружающей среды.

3.6.2 Влияние внешнего электромагнитного поля.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ,

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, НОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ОПТ.

4.1. Описание экспериментальной установки, анализ структурных элементов.

4.2 Методика проведения эксперимента, обработка результатов.

4.3 Основы проектирования ОПТ.

4.4 Новые конструкции ОПТ.

Выводы по главе 4.

Актуальность темы. Возросшие требования к качеству управления технологическими процессами и объектами в различных отраслях промышленности диктуют необходимость широкого внедрения информационно-измерительных систем (ИИС), в которых информация о контролируемых физических величинах получается с помощью первичных измерительных преобразователей.

При этом наиболее широко используемой физической величиной является температура, измерение и контроль которой сейчас необходим в энергетике, металлургии, стекольной, нефтехимической промышленностях и др.

К тому же в настоящее время возникает потребность в точных измерениях высоких температур до 3000 К.

В современной практике для измерения температуры используется множество измерительных преобразователей и устройств, основанных на различных принципах действия. Однако они не отвечают в полной мере возросшим требованиям к устройствам измерения температуры в отношении точности, надежности, быстродействия. Вместе с тем во многих практических случаях требуется дистанционное измерение температуры. Вот почему сейчас широко используются оптические преобразователи температуры (ОПТ), основанные на законах теплового излучения. Они обладают высокой точностью измерения, надежностью, отсутствием контакта с объектом измерения, возможностью измерения температуры движущихся объектов и т.д.

Вопросам теории, расчета и конструирования оптических преобразователей температуры посвящены труды отечественных и зарубежных ученых Афанасьева А.В., Гордова А.Н., Поскачея А.А., Саяпиной В.И., Света Д.Я., Якушенкова Ю.Г., Госсорга Ж., Линевега Ф., Bendada А., Сорра P., Kimura М., Sabel Т., Shimizu М., Sun Х.В., William J. и других.

Однако в этих работах не в полной мере приведены исследования, включающие принципы построения, математическое моделирование, основные и метрологические характеристики, методику проведения экспериментов и разработку основ проектирования.

А эти исследования необходимы для создания ОПТ с улучшенными характеристиками. Вот почему тема данной диссертационной работы, посвященной разработке ОПТ с улучшенными характеристиками, является актуальной научно-технической задачей, так как повышение эффективности ОПТ позволяет улучшить качество функционирования и технико-экономические показатели информационно-измерительных систем (ИИС), в которых они используются.

Основание для выполнения работы. Исследования в рамках диссертационной работы проводились в соответствии с:

1.Планами НИР Уфимской государственной академии экономики и сервиса на 2004-2007 г.г.

2.Проектом «UM JEP - 26108 - 2005 Network for universities and enterprises cooperation (NEUC)» по программе Европейского союза «ТЕМПУС-ТАСИС» (2006г.).

3.Проектом «UM JEP - 27083 - 2006 Network of centers for training of innovative project management (NCTIPM)» по программе Европейского союза «ТЕМПУС-ТАСИС» (2007г.).

Цель диссертации. Создание и исследование оптического преобразователя температуры с улучшенными характеристиками (высокая точность, чувствительность, оптическое разрешение) для использования в информационно-измерительных системах контроля температуры объектов.

Основные задачи, которые потребовалось решить для достижения поставленной цели:

1.Провести сопоставительный анализ известных методов и средств измерения температуры. Разработать принципы построения ОПТ и провести анализ их использования в ИИС контроля температуры объектов.

2.Разработать математическую модель, выявить методы увеличения величины мощности светового потока на выходе волоконного световода (СВ).

3.Выявить и исследовать основные характеристики ОПТ.

4.Исследовать источники погрешностей ОПТ.

5.Создать ОПТ в лабораторных условиях, провести его экспериментальное исследование, обработку результатов эксперимента и разработать основы проектирования.

Методы исследований. Представленные в диссертационной работе научные положения обоснованы теоретическими и экспериментальными исследованиями с применением волновой, квантовой теорий света, геометрической оптики, законов теплового излучения. При выполнении исследований широко использовались программные пакеты Microsoft Office, Sigma Plot, Компас, MathCAD и др.

Основные теоретические положения и выводы подтверждены результатами экспериментальных исследований в лабораторных условиях на этапах разработки. Исследования проводились на кафедре «Машины, аппараты, приборы и технологии сервиса» Уфимской государственной академии экономики и сервиса.

На защиту выносятся:

1 .Систематизация принципов построения ОПТ.

2.Конструкция ОПТ и его математическая модель.

3.Результаты исследования основных характеристик ОПТ.

4.Результаты экспериментальных исследований и основы проектирования ОПТ с применением СВ.

Научная новизна результатов, полученных в диссертации, заключается в следующем:

1 .Систематизированы принципы построения ОПТ и дан их анализ, позволяющий создавать устройства с заданными свойствами и качеством.

2.Разработана математическая модель ОПТ - зависимость мощности оптического излучения на выходе СВ от температуры объекта измерения, ослабляющих свойств атмосферы, материала и типа СВ, параметров приемной оптической системы, позволяющая выявить и исследовать основные характеристики устройства.

3.На основании исследования основных характеристик выявлено влияние на них параметров ОПТ и предложены способы их улучшения.

4.Разработаны основы проектирования ОПТ с применением СВ, позволяющие создавать устройства с улучшенными характеристиками.

Практическая значимость и внедрение результатов работы.

1.Разработаны принципы построения ОПТ, используемые при создании оптических преобразователей температуры для ИИС контроля объектов.

2.Моделирование и исследование математической модели ОПТ позволило выявить способы улучшения основных характеристик.

3.Предложены оригинальные конструкции ОПТ, имеющие повышенную точность, надежность и помехоустойчивость.

4.Разработаны основы проектирования ОПТ с применением СВ.

В результате исследований получены патенты на полезные модели «Информационно-измерительное устройство температурной диагностики контролируемых объектов» № 60210 от 25.09.2006г. и «Устройство для дистанционного измерения температуры объектов» № 62700 от 07.11.2006г.

Основные результаты диссертационной работы в виде сравнительного анализа существующих средств измерения температуры, принципов построения ОПТ, основных характеристик, характеристик погрешностей и основ проектирования внедрены на ОАО «Конструкторское бюро электроизделий XXI века» (г. Сарапул).

Принципы построения и основы проектирования ОПТ внедрены в учебный процесс при чтении лекций, курсовом и дипломном проектировании в Уфимской государственной академии экономики и сервиса.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на II - ой Международной научно - технической конференции «Инновации и перспективы сервиса» (г. Уфа, 2005 год); III - ей Международной научно -технической конференции «Инновации и перспективы сервиса» (г. Уфа, 2006 год); Всероссийской научной конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности» (г. Астрахань, 2007 год). Работа отмечена дипломом 1 - ой степени в конкурсе на лучшую работу студентов и аспирантов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в Уфимской государственной академии экономики и сервиса в секции «Механика и технология сервиса» (г. Уфа, 2007 год).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 2 патента на полезную модель и 2 статьи в ведущих научных журналах, рекомендуемых ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 150 наименований и приложения. Основная часть диссертации изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунков и 14 таблиц.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4

1 Проведено экспериментальное исследование выходной характеристики ОПТ. Установлено, что выходное напряжение приемно-усилительного устройства экспоненциально зависит от температуры объекта.

2 Выполнен ряд измерений, по результатам которых построена экспериментальная зависимость ивых = /(Т). На основании анализа полученных результатов можно сделать вывод о хорошем согласовании теории и эксперимента. Максимальная погрешность составила 9 %.

3 Проведено экспериментальное определение погрешности измерений. По результатам статистической обработки результатов прямых измерений определены номинальная характеристика преобразования и границы доверительного интервала с заданной доверительной вероятностью Р=0,9.

4 Согласно ГОСТ 8.401-80 установлен класс точности ОПТ у. 5-Ю"4

О .

Го з-ю-4

5 Разработаны основы проектирования ОПТ с использованием СВ. Разработаны новые устройства (свидетельства на полезные модели № 60210, № 62700), в которых достигнуто повышение точности надежности, расширение функциональных возможностей.

129

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В результате комплексного анализа современных методов и средств измерения температуры, показана перспективность применения в информационно-измерительных системах ОПТ, что приведет к повышению эффективности существующих систем. В результате анализа существующих технических решений были систематизированы принципы построения ОПТ, позволяющие создавать устройства с заданными свойствами и качеством.

2. В результате исследования физических процессов, происходящих с электромагнитной волной в атмосфере и оптической системе ОПТ, с использованием уравнений Максвелла, интенсивности светового потока, формулы Планка была получена математическая модель ОПТ в виде аналитической зависимости мощности светового потока в функции температуры, ослабляющих свойств атмосферы, материала и типа СВ, параметров приемной оптической системы ОПТ.

3. В результате компьютерного моделирования математической модели ОПТ, выявлено, что наибольшее влияние на величину мощности излучения оказывают параметры волоконного световода - диаметр df и числовая апертура NA.

4. Установлено, что наиболее важными характеристиками являются чувствительность и оптическое разрешение. С целью увеличения чувствительности ОПТ необходимо увеличивать диаметр СВ и числовую апертуру. Так, для ОПТ с СВ диаметром 250 мкм, при изменении числовой апертуры с 0,25 до 0,9, чувствительность увеличивается в 12,9 раз. С целью увеличения оптического разрешения необходимо увеличивать расстояние между линзой и СВ V и уменьшать диаметр СВ df. Так, для ОПТ с СВ диаметром 250 мкм, при изменении V от 22 мм до 80 мм, что соответствует значениям числовой апертуры СВ NA 0,9-0,25, оптическое разрешение увеличивается с 88 до 320.

5. Исследованы источники основной и дополнительной погрешностей и разработаны методы повышения точности ОПТ. Установлено, что определяющими источниками основной погрешности являются влияние спектрального коэффициента излучения объекта измерения и влияние сторонних излучений, а определяющим фактором дополнительной погрешности является влияние температуры окружающей среды.

6. Создан опытный образец ОПТ и на основе проведенных экспериментальных исследований установлена адекватность основных теоретических положений реальному объекту. Максимальная погрешность при этом не превысила 9 %. По итогам статистической обработки результатов измерений определены номинальная характеристика преобразования и границы доверительного интервала с заданной доверительной вероятностью Р-0,9. Разработаны основы проектирования ОПТ с применением СВ, позволяющая улучшить основные характеристики ОПТ.

1. А.с. 461315 СССР, М.Кл. G01J5/00. Приемник интенсивных потоков излучения Текст. / Л.С. Кременчугский, А.Я. Шульга (СССР). № 1867326/18-10; заявл. 02.01.75; опубл. 25.02.75, Бюл. № 7. -4 с.

2. А.с. 488996 СССР, М. Кл. G01J5/00. Пирометр для измерения температурного поля поверхностей движущихся деталей Текст. / К.Л. Леонтьев, В.Л. Эльштейн, А.З. Хусид, В.И. Гайгеров (СССР). № 1965708/18-10; заявл. 22.10.75; опубл. 23.01.76, Бюл. № 39. -5 с.

3. Авдеев Б.Я. Основы метрологии и электрические измерения Текст.: / Б.Я. Авдеев, Е.М. Антонюк, Е.М. Душин и др.; под ред. Е.М. Душина. -Л.: Энергоатомиздат, 1987. 480 с.

4. Авдошин Е.С. Волоконный инфракрасный радиометр Текст.: Е.С. Авдошин // Приборы и техника эксперимента. 1989. - №4. - С. 189192.

5. Авербух В.Д Интегральные микросхемы: Операционные усилители и компараторы: Справочник Текст.: / В.Д. Авербух, Н.В. Каратаев, А.В. Макашов и др. Т.12.-2-е изд., испр. и доп.-2002.-560 с

6. Аксененко М.Д. Микроэлектронные фотоприемные устройства Текст.: / М.Д. Аксененко, М.Л. Бараночников, О.В. Смолин. М.: Энергоатомиздат, 1981. - 208 с.

7. Афанасьев А.В. Инфракрасный микропроцессорный пирометр с диафрагмальной оптикой Текст.: А.В. Афанасьев, И.Я. Орлов // Приборы и техника эксперимента. -2003.-№1.-С. 149-152.

8. Афанасьев А.В. Инфракрасный микропроцессорный пирометр с комбинированной оптической системой Текст.: А.В. Афанасьев, И.Я. Орлов // Датчики и системы. 2003. - №2. - С. 41-45.

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

10. Бузанова Л.К. Полупроводниковые фотоприемники Текст.: / Л.К. Бузанова, А.Я. Глиберман. М.: Энергия, 1976. - 64 с.

11. Букатый В.И, Автоматизированный цветовой пирометр для измерения высоких температур при лазерном нагреве Текст.: В.И. Букатый, В.О. Перфильев // Приборы и техника эксперимента. 2001. - №1. - С. 160.

12. Бусурин В.И. Волоконно-оптические датчики Текст.: Физические основы, вопросы расчета и применения / В.И. Бусурин, Ю.Г. Носов. -М.: Энергоатомиздат, 1990.-256 с. ISBN 5-283-01523-8

13. Вейнберг В.Б. Оптика световодов Текст.: / В.Б. Вейберг, Д.К. Сатаров. Л.: Машиностроение, 1977. - 320 с.

14. Гаджиев С.Н. Бомбовая калориметрия Текст.: / С.Н. Гаджиев.-М.: Химия, 1988.-187с.

15. Гольцова М. Операционные усилители: В ногу со временем Текст.: М. Гольцова // Электроника: наука, технология, бизнес. -Б.м.: -2004. -№ 1. -С. 28-32.

16. Гордов А.Н. Основы пирометрии Текст.: / А.Н.Гордов. 2-е изд., доп и пер. -М.: Металлургия, 1971. - 447с.

17. Гордов А.Н. Основы температурных измерений Текст.: / А.Н.Гордов, О.М.Жагулло, А.Г.Иванов.-М.: Энергоатомиздат, 1992. 303с.

18. Госсорг Ж. Инфракрасная термография: Основы, техника, применение Текст.: Пер. с фр.; / Ж. Госсорг; под ред. Л.Н. Курбатова. М.: Мир, 1988.-416с.

19. ГОСТ 16263-70 ГСИ Метрология. Термины и определения.

20. ГОСТ 8.009-84 Нормируемые метрологические характеристики средств измерения

21. ГОСТ 8.207-76. Прямые измерения с многократными наблюдениями.

22. Методы обработки результатов наблюдений. Государственный комитет стандартов Совета Министров СССР. М., 1976. Юс.

23. ГОСТ 8.401-80 Классы точности. Средства измерения.

24. ГОСТ Р ИСО 5725-2002 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений

25. Гроднев И.И. Волоконно-оптические системы передачи и кабели Текст.: Справочник / И.И. Гроднев, А.Г. Мурадян, P.M. Шарафутдинов [и др.] М.: Радио и связь, 1993. -264 с.

26. Гусев В.Г. Электроника и микропроцессорная техника Текст.: учеб. для вузов / В.Г. Гусев, Ю.М. Гусев. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2004. - 790 с.

27. Гусев Г.В. Измерение высоких температур в промышленности бесконтактными термометрами (пирометрами излучения) Текст.: Г.В. Гусев, В.Г. Харазов // Промышленные АСУ и контроллеры. 2006. -№5.-С. 47-51.

28. Дж. Фрайден Современные датчики Текст.: справочник / Дж. Фрайден. М.: Техносфера, 2006. - 592 с.

29. Джонс М. X. Электроника практический курс Текст.: Пер. с англ. Е. В. Воронова, A. JI. Ларина / М. X. Джонс. -М.: Постмаркет, 1999.-528 с.

30. Долганин Ю.Н. Пирометр спектрального отношения для измерения истинной температуры углеродистых сталей Текст.: Ю.Н. Долганин, В.М. Завьялов, А.А. Михайлов, Ал. А. Михайлов // Измерительная техника. 1997. -№2. - С. 23-25.

31. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Classic фирмы «Atmel» Текст.: / А.В. Евстифеев. М.: Издательский дом «Додэка XXI», 2002.-288 с.

32. Зайдель А.Н. Погрешности измерений физических величин Текст.: / А.Н. Зайдель. Л.: Наука, 1985. - 112 с.

33. Захаренко В.А. Пирометрический преобразователь в качестве датчика температуры Текст.: В.А. Захаренко, В.А. Никоненко, Д.Г. Лобов //

34. Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2004. -№2. - С. 44-45.

35. Зуев. В.Е. Распространение видимых и инфракрасных волн в атмосфере Текст.: / В.Е. Зуев. М.: Советское радио, 1976. - 495 с.

36. Иванов B.C. Современные и перспективные метрологические проблемы в области оптико-физических измерений Текст.: B.C. Иванов, А.Ф. Котюк // Измерительная техника. 1998. - №11. - С. 14-24.

37. Излучательные свойства твердых материалов Текст.: / под ред. А.Е. Шейндлина. -М.: Энергия, 1974. 471с.

38. Ильин С.И. Методы и средства измерения температуры: Учеб. пособие Текст.: / С.И.Ильин,С.Е.Карзунов,М.А.Смирнов.-Челяб.политехн.ин-т.Каф.металловедения.-Челябинск: ЧПИ, 1990.-55с.

39. Иоргачев Д.В. Волоконно-оптические кабели и линии связи Текст.: / Д.В. Иоргачев, О.В. Бондаренко. М.: Эко-Трендз, 2002. - 280 с.

40. Кайдалов С.А. Фоточувствительные приборы и их применение Текст.: справочник / С.А. Кайдалов. М.: Радио и связь, 1995. - 109 с.

41. Калитеевский Н.И. Волновая оптика Текст.: учеб. пособие / Н.И. Калитеевский. 4-е изд., стер. - СПб.: Издательство Лань, 2006. - 480с. ISBN 5-8114-0666-5

42. Карась В.И. Быстродействие пары фотодиод операционный усилитель Текст.: В.И. Карась, П.А. Торпачев // Измерительная техника. - 1991. -№11.-С. 37-39.

43. Карась В.И. Измерение импульсных световых потоков при помощи пары фотодиод операционный усилитель Текст.: В.И. Карась, П.А. Торпачев // Измерительная техника. - 1991. - №5. - С. 13-15.

44. Кацуяма Т. Инфракрасные световоды Текст.: [пер. с англ.] / Кацуяма Т., Мацу мура X. М.: Мир, 1993. 272 с.

45. Клаассен К.Б. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике Текст.: Пер. с англ.Е.В.Воронова, А.Л.Ларина/ К.Б. Клаассен. М.: Постмаркет, 2000.-352с.

46. Копьев В.А. Термометрия по распределению интенсивности в спектре теплового излучения Текст.: В.А. Копьев, И.А. Коссый, А.Н. Магунов, Н.М. Тарасова // Приборы и техника эксперимента. 2006. - №4. - С. 131-134.

47. Куинн Т. Температура Текст.: Пер.с англ.под. ред.Д.Н. Астрова / Т. Куинн.-М.: Мир, 1985.-448с.

48. Кулагов В.Б. Оптимизация спектральных характеристик фотоприемников пирометра спектрального отношения Текст.: В.Б. Кулагов // Датчики и системы. 2001. - №2. - С. 13-15.

49. Кулаков М. В. Измерение температуры поверхности твердых тел Текст.: / М. В. Кулаков, Б. И. Макаров. -М.: Энергия, 1969.-142 с.

50. Куценко Ю.Г. Математическое моделирование процесса измерения пирометром температуры рабочей лопатки турбины двигателя ПС 90А Текст.: Ю.Г. Куценко, А.Н. Саженков // Известия вузов. Авиационная техника. 2002. - №4. - С. 70-72.

51. Лебедева В.В. Техника оптической спектроскопии Текст.: / В.В. Лебедева. 2-е изд., перераб и доп. - М.: Изд-во МГУ, 1986. - 352 с.

52. Левшина Е.С. Электрические измерения физических величин Текст.: / Е.С. Левшина, П.В. Новицкий. Л.: Энергоатомиздат, 1983. - 320 с.

53. Линевег Ф. Измерение температур в технике: Справочник Текст.: Пер. с нем. Т.И. Киселевой, В.А.Федоровича / Ф. Линевег; под ред. Л.А. Чарихова. М.: Металлургия, 1980.-543с.

54. Методы и средства оптической пирометрии: Сборник статей Текст.: / АН СССР, Науч .совет по комплекс, пробл."Теплофизика", Ин-т высок, температур. -М.: Наука, 1983.-149с.

55. Мухин Ю.Д. Радиационные пирометры для дистанционного контроля температуры Рапан-1 и Рапан-2 Текст.: Ю.Д. Мухин, С.П. Подъячев, В.Г. Цукерман, П.А. Чубаков // Приборы и техника эксперимента. -1997.-№5.-С. 161-164.

56. Неделько А. Ю. Измерение температуры по тепловому излучению

57. Текст.: А. Ю. Неделько // Технология машиностроения.- Б.м.: -2006. -№ 7. С. 55-57.

58. Неделько А. Ю. Пирометрические средства измерения температуры Текст.: А. Ю. Неделько // Технология машиностроения. Б.м.: - 2006. -№4.-С. 52-56.

59. Неделько А.Ю. Измерение температуры по тепловому излучению Текст.: А.Ю. Неделько // Датчики и системы. 2006. - № 2. - С. 18-23.

60. Никоненко В.А. Приборы учета и контроля тепловой энергии Текст.: В.А. Никоненко, А.Ю. Неделько, В.А. Захаренко // Энергетик.-Б.м.-2003.-N3.-C.40

61. Новицкий П.В. Оценка погрешностей результатов измерений Текст.: / П.В. Новицкий, И.А. Зограф. 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат, 1991. - 304 с.

62. Овечкин Ю.А. Полупроводниковые приборы Текст.: Учебник для радиотехн. спец. техникумов / Ю.А. Овечкин. -М.: Высш. школа, 1979.-279с.

63. Окоси Т. Волоконно-оптические датчики Текст.: / Т. Окоси, М. Оцу, X. Нисихара, К. Хататэ; Под ред. Т. Окоси: Пер. с яп. Л.: Энергоатомиздат. Ленигр. отд.-ние, 1991.-255 с.

64. Официальный сайт МЧС России http://www.mchs.gov.ru

65. Парвулюсов Ю. Б. Проектирование оптико-электронных приборов: Учебник Текст.: / Ю. Б. Парвулюсов, С. А. Родионов, В. П. Солдатов; под ред. Ю. Г. Якушенкова. М.: Логос, 2000.-488 с.

66. Пароль Н.В. Фоточувствительные приборы и их применение Текст.: / Н.В. Пароль, С.А. Кайдалов. -М.: Радио и связь, 1991. 112с.

67. Пат. 1302759 Япония МПК G01J5/00; G01J5/48; G01J5/60 Temperature distribution measuring method and apparatus Текст. / Hashimoto Miyuki (JP); Yano Kenji (JP); заявитель и патентообладатель Noritake Co Ltd; заявл. 10.10.02; опубл. 16.04.03.

68. Пат. 1387611 Российская Федерация, МПК7 G01J5/54 Датчикполихроматического пирометра Текст. / Свет Д.Я., Суханов B.JL; заявитель и патентообладатель Институт высоких температур АН СССР; № 4067825/25; заявл. 15.05.86; опубл. 20.03.96.

69. Пат. 2046303 Российская Федерация, МПК7 G01J5/10 Оптический пирометр Текст. / Долганин Ю.Н.; заявитель и патентообладатель ТОО Контар. -№ 93011379/25; заявл.03.03.95; опубл. 20.10.95.

70. Пат. 2077706 Российская Федерация, МПК7 G01J5/28, G01J5/62 Цифровой пирометр спектрального отношения Текст. / А.Н. Шилин; заявитель и патентообладатель Волгогр. гос. тех. ун-т. № 94000553/25; заявл. 06.01.96; опубл. 20.04.97.

71. Пат. 2095765 Российская Федерация, МПК7 G01J5/00 Цветовой пирометр Текст. / Егоров Д.Е.; заявитель и патентообладатель Егоров Д.Е.; № 5042891/25; заявл. 29.04.92; опубл. 10.11.97.

72. Пат. 2225600 Российская Федерация, МПК7 G01J5/58 Пирометр Текст. / Скубилин М.Д., Письменов А.В., Скубилин И.М., Письменов Д.А.; заявитель и патентообладатель ЗАО Стинс-Таганрог; №2001104272/28; заявл. 14.02.01; опубл. 10.03.04.

73. Пат. 3325700 Япония МПК G01J5/08; G01J5/10; G01J5/60 Optical Fiber Radiation Thermometer Текст. / Hashikari Isao; заявитель и патентообладатель Chino Corp; заявл. 31.03.94; опубл. 20.10.95.

74. Пат. 4619533 США МПК G01K1/14 Tuyere purometer Текст. / J.M. Lucas, F. Kitzinger, V.M. Labuc; заявитель и патентообладатель Norada Inc.; заявл. 22.02.85; опубл. 28.10.86.

75. Пат. 4955979 США МПК G01J5/26; G01J5/54 Optical pyrometer with at least one fiber Текст. / Denayrolles Y., Pillon R.; заявитель и патентообладатель Electricite De France; заявл. 31.05.89; опубл. 11.09.90.

76. Пат. 5231595 США, МПК7 G01J5/60 Pyrometer Текст. / Toshiro Makino, Kyoto, Juro Arima; заявитель и патентообладатель Minolta Camera Kabushiki Kaisha; заявл. 06.06.87; опубл. 27.07.93.

77. Пат. 5755510 США, МПК7 G01J5/08 Fast Bichrimatic pyrometer for usewith an optical fiber Текст. / Hermandez D., Olalde G; заявитель и патентообладатель Societe Europeene de Propulsiomn; заявл. 21.10.94; опубл. 26.0598.

78. Пат. 6364524 США МПК G01J5/00 High speed infrared radiation thermometer, system, and method Текст. / Markham James; заявитель и патентообладатель Advanced Fuel Research, Inc; заявл.09.04.99; опубл. 02.04.02.

79. Пат. 6435712 США МПК А61В5/01; G01J5/00; G01J5/02 Radiant type thermometer Текст. / Ota Hiroyuki; заявитель и патентообладатель Omron Corporation; заявл.25.08.00; опубл. 20.08.02

80. Пат. 6585410 США МПК G01J5/52; G01J5/62; G01J5/52 Radiant temperature nulling radiometer Текст. / Ryan Robert; заявитель и патентообладатель NASA; заявл. 03.05.01; опубл. 01.07.03.

81. Пат. 7001067 США МПК G01J5/00 Pyrometer for measuring the temperature of a gas component within a furnance Текст. / Huston Т., Berthold E., Moskal E.; заявитель и патентообладатель Diamond Power International, Inc.; заявл. 09.02.04; опубл. 21.02.06.

82. Патент WO 9629584 Бесконтактный ИК термометр Текст.: // Реферативный журнал «Изобретения стран мира». - 1997. - вып.83 № 10.-С. 14.

83. Патент США 5391001 Термометр для дистанционного измерения температуры Текст.: // Реферативный журнал «Изобретения стран мира». 1996. - вып.83 № 3. - С. 13.

84. Патент Франции 2716533 Устройство для бесконтактного измерения температуры Текст.: // Реферативный журнал «Изобретения стран мира». 1996. - вып.83 № 12. - С. 2-3.

85. Патент Японии 5066975 Радиационный пирометр Текст.: // Реферативный журнал «Изобретения стран мира». 1996. - вып.83 № 3. -С. 8.

86. Патент Японии 5069455 Полихроматический радиационный пирометр Текст.: // Реферативный журнал «Изобретения стран мира». 1996. -вып.83 № 4. - С. 5.

87. Патент Японии 6040028 Радиационный пирометр Текст.: // Реферативный журнал «Изобретения стран мира». 1997. - вып.83 № 4. -С. 6.

88. Патент Японии 6052195 Измеритель температуры по инфракрасному излучению Текст.: // Реферативный журнал «Изобретения стран мира». 1997.-вып.83 № 7.-96С. 6.

89. Патент Японии 6063859 Радиометр для использования при низкой температуре Текст.: // Реферативный журнал «Изобретения стран мира». 1997. - вып.83 № 9. - С. 20.

90. Патент Японии 6065973 Радиационный пирометр Текст.: // Реферативный журнал «Изобретения стран мира». 1997. - вып.83 № 10.-С. 4-5.

91. Патент Японии 6075015 Радиационный пирометр для измерения низких температур Текст.: // Реферативный журнал «Изобретения стран мира». 1997. - вып.83 № 12. - С. 13.

92. Пирометры. Общие технические требования. ГОСТ 28243-96 // Контроль. Диагностика. 2005. - №3. - С. 69-72.

93. Полупроводниковые фото приемники: Ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазоны спектра Текст.: / под ред. Стафеева В.И. М.: Радио и связь, 1984. - 116 с.

94. Поскачей А.А. Оптико-электронные системы измерения температуры Текст.: / А. А. Поскачей. -2-е изд., перераб. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 1988.-246с.

95. Поскачей А.А. Пирометрия объектов с изменяющейся излучательной способностью Текст.: / А.А. Поскачей, JI.A. Чарихов. М.: Металлургия, 1978. - 200 с.

96. Рекомендации по применению AVR210: Использование аппаратного умножающего устройства микроконтроллеров AVR. http://www.atmel.com/dyn/resources/prod

97. Самсонов Г.В. Датчики для измерения температуры в промышленности Текст.: / Г.В. Самсонов, А.И.Кац, О.А. Кюдзени и др.-М.: Наукова думка, 1972.-224с.

98. Свет Д.Я. Оптические методы измерения истинных температур Текст.: / Д.Я. Свет. М.: Наука, 1982.- 297 с.

99. Современные кремниевые фотодиоды. Справочный листок // Радио. -2002.-№2.-С. 47-50.

100. Справочник технолога-оптика Текст.: / М.А. Опатов, Э.А. Антонов, А.

101. Байгожин и др.; под ред. М.А. Опатова. 2-е изд. перераб. и доп. -СПб.: Политехника, 2004. - 679 с.

102. Стекло. Справочник Текст.: / под ред. Павлушкина. М.: Стройиздат, 1973.-487 с.

103. Султанов А.Х. Волоконно-оптические системы передачи: вопросы оценки работоспособности Текст.: / А.Х. Султанов, Р.Г. Усманов, И.А. Шарифгалеев, И.Л. Виноградова. М.: Радио исвязь, 2005. - 373 с.

104. Сурикова Е.И. Погрешности приборов и измерений Текст.: / Е.И. Сурикова. Л.: Издательство Ленинградского университета, 1976. - 158 с.

105. Трамперт В. Измерение, управление и регулировка с помощью AVR-микроконтроллеров Текст.: пер. с нем. / Трамперт В. К.: МК-Пресс, 2006.-208 с.

106. Туричин A.M. Электрические измерения неэлектрических величин Текст.: / A.M. Туричин, П.В. Новицкий и др.; под ред. П.В. Новицкого. Л.: Энергия, 1975. - 690 с.

107. Тюрин Н.И. Введение в метрологию Текст.: / Н.И. Тюрин. М.: Издательство стандартов, 1985. - 248 с.

108. Ураксеев М.А. Физические основы построения оптических пирометров

109. Текст.: / М.А. Ураксеев, Р.Г. Фаррахов // Инновации и перспективы сервиса: сб. науч. ст. / Уфимский государственный институт сервиса. -Уфа, 2005. С. 19 - 22. - Библиогр.: с.22.

110. Фандеев Е.И. Специальные термометры с термопреобразователями сопротивления Текст.: / Е.И. Фандеев. -М: Энергоатомиздат, 1987.-93с.

111. Фильтры интерференционные. http//www.optron.by

112. Фримке А.В. Электрические измерения Текст.: / А.В. Фримке. JL: Энергия, 1978.-392 с.

113. Хаммел P.JI. Последовательная передача данных Текст.: рук. для программиста: [пер. с англ.] / Хаммел P.JI. М.: Мир, 1996. - 752 с.

114. Чео П.К. Волоконная оптика Текст.: Приборы и системы: [пер. с англ.] / П.К. Чео. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 280с.

115. Чугунный Е.Г. Автоматический контроль температуры жидкого чугуна в литейном производстве Текст.: / Е.Г. Чугунный. Киев: Наукова думка, 1978.-175с.

116. Юдин М.Ф. Основные термины в области метрологии Текст.: словарь-справочник / М.Ф. Юдин, М.Н. Селиванов, О.Ф. Тищенко, А.И. Скороходов; под ред. Ю.В. Тарбаева. М.: Издательство стандартов, 1989.- 113 с.

117. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов: Учебник для студ.вузов Текст.: / Ю.Г. Якушенков. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Логос, 1999.-480с.

118. Bendada A. A new infrared pyrometer for polymer temperature measurement during extrusion moulding Текст.: A. Bendada, M. Lamontagne // Infrared Physics & Technology. Vol. 46, Issues 1-2, December 2004, P. 11-15.

119. Bendada A. Infrared radiometry using a dielectric-silver-coated hollow glass waveguide for polymer processing Текст.: A. Bendada, K. Cole, M. Lamontagne, Y. Simard // Infrared Physics & Technology. Vol. 45, Issue 1, January 2004, p.p. 59-68.

120. Bertranda Ph. Pyrometry applications in thermal plasma processing Текст.: Ph. Bertranda, M. Ignatieva, G. Flamanta, I. Smurov // Vacuum. Vol. 56, Issue 1, January 2000, p.p. 71-76.

121. Bhattacharyaa A. Characterization of Yb203 based optical temperature sensor for high temperature applications Текст.: A. Bhattacharyaa, R. Srinivasa Raoa, M. Ghanashyam Krishna // Sensors and Actuators. Vol. 134, Issue 2, 15 March 2007, p.p. 348-356.

122. Bonassoa N. In situ control of AlCuFe thin film crystallization using optical pyrometry Текст.: N. Bonassoa, C. Petitota, D. Rouxelc, P. Pigeatc // Thin Solid Films. Vol. 485, Issues 1-2,1 August 2005, p.p. 8-15.

123. Chi C. The effects of gas pressure in plasma surface alloying process on testing accuracy of the photoelectric pyrometer Текст.: Chengzhong Chi, Zhiyong He, Zhong Xu // CIRP Annals Manufacturing Technology. Vol. 45, Issue 1, 1996, p.p. 293-298.

124. Coppa P. Normal emissivity of samples surrounded by surfaces at diverse temperatures Текст.: P. Coppa, A. Consorti // Measurement. Vol. 38, Issue 2, September 2005, p.p. 124-131.

125. Doubenskaia M. Optical monitoring of Nd:YAG laser cladding Текст.: M. Doubenskaia, Ph. Bertrand, I. Smurov // Thin Solid Films. Vol. 453-454, 1 April 2004, p.p. 477-485.

126. Gordon R. A Calculated Look at Fixed-Point. http://www.embedded.com/98/9804fe2.htm

127. Histen E. Computer-controlled switch for temperature ranging with a recording optical pyrometer Текст.: E. Histen, A. Holcombe // Spectrochimica acta. Part B52. 1997. p.p. 1861-1864.

128. ITU-T. Recommendation G.652. Characteristics of a single-mode optical fibre cable.

129. ITU-T. Recommendation G.653. Characteristics of a dispersion-shifted single-mode optical fibre cable.

130. ITU-T. Recommendation G.654. Characteristics of a cut-off shifted single-mode optical fibre cable.

131. ITU-T. Recommendation G.654. Characteristics of a non-zero dispersion-shifted single-mode optical fibre cable.

132. Madura H. Automatic compensation of emissivity in three-wavelength pyrometers Текст.: H. Madura, M. Kasteka, T. Pi^tkowskia // Infrared Physics & Technology. Vol. 51, Issue 1, July 2007, p.p. 1-8.

133. Mark Stokera R. Measuring temperature Текст.: Mark Stokera R. // Anaesthesia &intensive care medicine. Vol. 6, Issue 6, 1 June 2005, p.p. 194198.

134. Miiller B. Time resolved temperature measurements in manufacturing Текст.: В. Miiller, U. Renz // Measurement. Vol. 34, Issue 4, December 2003, p.p. 363-370.

135. Ohtsukaa M. Measurement of size-of-source effects in an optical pyrometer Текст.: M. Ohtsukaa, R. E. Bedfordb // Measurement. Vol. 7, Issue 1, January-March 1989, p.p. 2-6.

136. Sabel T. Application of quotient pyrometry to industrial pulverised coal combustion Текст.: Т. Sabel, S. Unterberger, K. R. G. Hein // Experimental Thermal and Fluid Science. Vol. 26, Issues 2-4, June 2002, p.p. 283-289.

137. Sun X.G. Development of a special multi-wavelength pyrometer for temperature distribution measurements in rocket engines Текст.: X.G. Sun,

138. J.M. Dai, D.C. Cong, P. Coppa // International journal of thermophisics. Vol. 23. -№5, September 2002.-p.p. 1293-1301.

139. Uedaa T. Temperature measurement in laser forming of sheet metal Текст.: Т. Uedaa, E. Sentokua, K. Yamadaa, A. Hosokawaa // CIRP Annals -Manufacturing Technology. Vol. 54, Issue 1,2005, p.p. 179-182.

140. Veda T. Measurement of grinding temperature of silicon nitride using infrared radiation pyrometer with optical fibre Текст.: Т. Veda, A. Torii, S. Nakamura, T. Sugita. // Precision Engineering. Vol.13, Issue 1, January 1991, p.p. 75.

141. William J. Optical pyrometric measurements of surface temperatures during black liquor char burning and gasification Текст.: William J., Mikko Hupa, Stenberg J., Hernberg R. // Elsevier. Vol. 73, Issue 12, December 1994, p.p. 1889-1893.

142. МЭГАРИФ БУЙЫНСА ФЕДЕРАЛЬ АГЕНТЛЫКеФедэулэтитстисад ьэм сервис академияьы» югары ьенэрибел ем биреу дэулэт мэгариф учреждениеьы450078, ЭфекалаЬы, Чернышевский урамы, 145 Тел.: (347) 228-91-34, факс: (347) 252-08-061. УГАЭСe-mail: post@ugaes.ru

143. В диссертационный совет ДМ 212.009.03 при Астраханском государственном университете

144. О внедрении в учебный процесс

145. Проректор по учебной работе,к.э.н., профессор