Определение параметров тепловизоров с пировидиконом, страница 2

Способ измерения  заключается в визуальном наблюдении квадратного тест-объекта, расположенного перед фоновым излучателем значительно больших размеров (рис. 3). Угловые размеры тест-объекта должны быть больше или равными 10 min. Первоначально температура фонового излучателя  и тест-объекта равны. Постепенно увеличивая температуру тест-объекта, наблюдатель фиксирует момент обнаружения тест-объекта на экране ВКУ.

,

(5)

Этот способ измерения  зависит от субъективной оценки наблюдателей, поэтому их показания необходимо усреднять.

Минимальная разрешаемая разность температур

Для измерения минимальной разрешаемой разности температур (МРРТ) перед входным окном тепловизора (рис 4) устанавливают фильтр с коэффициентом ослабления , органами управления приводят тепловизор в режим максимальной чувствительности, в поле зрения его устанавливают несколько четырехштриховых мир с наименьшей пространственной частотой штрихов. Затем за мирой на расстоянии 30 .. 50 мм располагают фоновый излучатель с температурой, близкой к температуре близкой окружающей среды. Постепенно  увеличивая температуру фонового излучателя, записывают значение полученного перепада в момент времени,  когда штрихи различаются хотя бы двумя из двух наблюдателей. Затем эти операции проводят с следующими мирами. На основании результатов измерений КРРТ определяют по формуле

,

(6)

Где  - разность температур штрихов и промежутков между ними, при которой штрихи различимы на термограмме;

        - коэффициент теплового излучения поверхности кюветы и тест-объекта.

Пространственную частоту миры  рассчитывают по формуле

,

(7)

где - ширина штриха;

       - рабочее расстояние;

       -  фокусное расстояние объектива тепловизора.

По полученным данным строят пространственно-частотную температурную характеристику (ПЧТХ) . В описанной методике измерения МРРТ в качестве фонового излучателя рекомендуется использовать кювету размерами порядка 330х250х75мм с водой, способную медленно изменять температуру. Для ускорения замеров оптических характеристик разработаны методы, использующие оптические фильтры с быстро регулируемым коэффициентом ослабления при фиксированной разности температур. Фильтры выполняют в виде поворотных сеток  с квадратными отверстиями, установленными перед выходным окном тепловизора. Для измерения ММРТ можно использовать одномерный излучатель типа тепловой клин, перед которым размещается мира а также малоинерционные фоновые или стационарные излучатели.

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка характеризируется следующими техническими параметрами:

-  диапазон воспроизводимых радиационных  температур фонового излучателя, град. Кельвина _________________________________293…333;

-  диапазон воспроизводимых радиационных температур тест-объекта соответствует диапазону температур  внутри помещения;

-  погрешность измерения разности температур фонового излучателя и тест-объекта,  град. Кельвина _________________________________0,05;

-  диапазон измерения скорости перемещения тест-объекта, мм/с _________10..300;

-  погрешность измерения скорости тест-объекта, мм/с _________0,05;

Тепловизор:

-приемник	Пировидикон ЛИ-476
-объектив	f=150мм
-отн. отверстие	А=1:2

Функциональная лабораторная установка состоит из двух частей (рис 5): имитатора тепловых воздействий и комплекса приборов для измерения выходных сигналов тепловизора с заданной скоростью.

Имитатор тепловых воздействий предназначен для установки и поддержания необходимой разности температур между тест-объектом и фоновым излучателем и его контроля с заданной точностью, а также для перемещения тест-объекта в поле зрения тепловизора с заданной скоростью.

Он состоит из источника фонового излучателя 1, выполненного в виде металлической кюветы, рабочая сторона которой покрыта глубокоматовой эмалью АК-243, имеющую нормированный коэффициент излучения =0,97. Кювета оборудована встроенным нагревателем 2 и двигателем 3 с крыльчаткой для перемешивания воды внутри кюветы.  Тест-объект 4 представляет собой штриховую миру рабочая сторона, которой также покрыта эмалью АК-243. Крепится тест-объект на подвижной каретке 5 и располагается на расстоянии 4-5 см от рабочей поверхности фонового излучателя. Подвижная каретка перемещается по направляющим под воздействием устройства перемещения тест-объекта 6 параллельно фоновому излучателю. Скорость движения каретки контролируется с помощью датчиков положения 7 и 8, сигналы от которых поступают в устройство формирования импульсов 9, связанное с частотомером 10. изменение направления движения каретки осуществляется автоматически по концевых датчиков положения 11 и 12. Температура фонового излучателя контролируется термометром 13. управление температурой источника фонового излучателя 1 осуществляется с помощью нагревателя 2

В комплекс приборов для измерения выходных параметров тепловизора 14 входят: видеоконтрольное устройство (ВКУ 15); 16-осциллограф с выбором строки;

Работа стенда обеспечивается блоками питания 17 (+15 и –15В) и 18 (+8…20В), а также сетью переменного тока напряжением 220В.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕННИЯ РАБОТЫ

1. Измерение минимальной обнаруживаемой разности  температур.

Измерения выполняются на установке, функциональная схема которой приведена на рис. 5. Перед тепловизором устанавливается фоновый излучатель 1. На объективе устанавливается ослабляющий фильтр 19 с коэффициентом ослабления . Предварительно излучатель наполняется холодной водой, температура которой должна быт ниже температуры воздуха в помещении лаборатории. В подвижной каретку 5 устройства перемещения меры 4 укрепляется квадратный тест-объект (рис. 6а), включается тепловизор (преподавателем или лаборантом) и устройство перемещения меры. После выхода тепловизора на рабочий режим на экране монитора должен наблюдаться светлый тест-объект на светлом фоне. Медленно повышая температуру воды в фоновом излучателе с помощью нагревателя 2, определить ее температуру при которой тест-объект исчезнет с экрана монитора. Температура определяется с помощью термометра 13. Затем нагрев воды продолжается до тех пор, пока на экране монитора не появится темный тест-объект на темном фоне (тест-объект холоднее фонового излучателя). Зафиксировать температуру воды  можно фоновом излучателе.

 Температура тест-объекта определяется так

,

(8)

Минимальная обнаруживаемая разность температур с учетом  равна

,

(9)

Измерение минимальной разрешаемой разности температур.

Измерение этой характеристики  является продолжением работы, выполненной в предыдущем разделе. Из набора имеющихся штриховых мир (рис 66) в выдвижной каретке укрепляется мира с наименьшей пространственной частотой (имеющая наибольший период 2а) и включает механизм перемещения миры. После этого, медленно нагревая воду. Определить температуру , в которой становятся различимыми отдельные штрихи миры. Исходная минимальная разрешаемая разность температур -  определяется, как

,

(10)

В таком же порядке выполняются измерения для остальных мир набора.

По результатам измерений необходимо построить график зависимости - от , где -пространственная частота изображения миры.

Для  

1.  T₁=20 ⁰C;  T₂=20,5 ⁰C; K_ос=1

2.  

N миры	пространственная частота, мм-1	T2, 0C.
2	1/20	21,5
3	1/16	22
4	1/14	22,5
5	1/13	23
6	1/10	23
7	1/10	26
8	1/9	31

3. 

       

  

ΔTразр,    0С.	f, мм-1
11,25	1/20
11,75	1/16
12,25	1/14
12,75	1/13
12,75	1/10
15,75	1/9
20,75	1/7

Выводы: В ходе лабораторной работы были приобретены навыки работы с тепловизором на пировидеконе. Были рассчитаны температура тест-объекта, минимальная обнаружительная разность температур построен график зависимости минимальной разрешенной разности температур от пространства.