Методы и средства измерений скорости и температуры частиц в быстропротекающих процессах напыления порошковых покрытий тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

004616942

На правах рукописи

Соловьев Андрей Александрович

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ СКОРОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЫ ЧАСТИЦ В БЫСТРОПРОТЕКАЮЩИХ ПРОЦЕССАХ НАПЫЛЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ ПОКРЫТИЙ

01.04.01 - Приборы и методы экспериментальной физики

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

- 9 ДЕК 2010

Барнаул - 2010

004616942

Работа выполнена в Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова и Алтайском государственном университете

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук, доцент,

Иордан Владимир Иванович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор,

Шайдук Александр Михайлович кандидат физико-математических наук, доцент, Милюкова Ирина Васильевна

Ведущая организация: Томский государственный университет систем

управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

Защита состоится 21 декабря 2010 г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.005.03 Алтайского государственного университета по адресу: 656049, Барнаул, пр-т Ленина, 61.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного университета.

Автореферат разослан 20 ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

РудерД.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Актуальность технологической задачи в области плазменного и детонационно-газового напыления (ДГН) металлических и композиционных порошковых покрытий на изделия связана с улучшением функциональных характеристик (прочность связи с основой, структура пористости, кристаллическая структура и т.д.), обеспечивающих более высокий ресурс их эксплуатации. Такие покрытия производятся с помощью мелкодисперсного порошка частиц металла или их оксидов, распыленных дозатором технологической установки напыления в процессе загрузки порошка, например, в струю плазматрона или струю ДГН, истекающей из выходного «сопла» установки напыления. Объемная плотность напыляемых частиц в транспортирующей струе обычно не велика, поэтому такие гетерогенные многофазные потоки называют «запыленными» струями.

При плазменном напылении покрытий в последнее время применяют и комбинированные технологические способы, использующие предварительно активированные механосинтезом и модифицированные наночастицами агломераты частиц (микрокомпозиты). Свойства и функциональные характеристики порошковых покрытий в процессе их формирования во многом определяются параметрами скорости и температуры частиц дисперсной фазы, которые являются распределенными динамическими параметрами двухфазного потока, так как в любом поперечном сечении потока (и в целом по всему потоку) частицы характеризуются изменяющимися во времени определенными распределениями по скоростям, температурам, размерам и другим параметрам. Поэтому измерение только лишь одного «осредненного» значения температуры, а также и одного «осредненного» значения скорости частиц, в непосредственной близости к напыляемому покрытию не может считаться достаточным, так как, кроме частиц потока с «осредненными» значениями температуры и скорости, на функциональные характеристики покрытия оказывают влияние и все остальные частицы потока с отличающимися значениями температур и скоростей. Следует заметить, что в потоке в действительности может и не оказаться частиц с «осредненными» значениями температуры и скорости, например, когда температурное распределение частиц состоит из неперекрывающихся разнесенных между собой двух мод и «осредненное» значение температуры частиц приходится на промежуток между ними. Следовательно, вид распределений и значения их параметров оказывают существенное влияние иа функциональные характеристики напыляемых покрытий.

Измерение скорости и температуры дисперсной фазы потока в технологии ДГН затруднено в связи с проявлениями характерных особенностей процессов взрыва и горения. К тому же, при разработке большинства приборов

измерения температурно-скоростных параметров высокотемпературных быстропротекающих технологических процессов получения покрытий не всегда учитывается гетерогенность и дисперсность сред, высокая температура, быстротечность и распределенный характер измеряемых параметров. Кроме того, частицам дисперсной фазы, рассматриваемым как конденсированная фаза потока, в различных сечениях струи характерна определенная степень динамической и тепловой неравновесности фаз двухфазного потока.

В связи с этим, необходим комплексный подход, опирающийся на развитие физико-математических моделей процессов напыления и на разработку методов и аппаратуры для оперативной диагностики состояния дисперсной и газовой фаз в потоке, а также свойств получаемых покрытий.

Состояние вопроса.

Быстродействующие бесконтактные оптико-электронные анемометры позволяют получать данные о динамике сверхскоростных гетерогенных потоков и новых эффектах в дисперснофазных средах, характеризующихся появлением локальной самоорганизации и стратирования потока в виде метастабильных кластеров. Среди методов измерения скорости двухфазных потоков или их компонентов следует выделить: лазерно-доплеровскую анемометрию (ЛДА), интегральные и дискретные время-пролетные методы, а также быстроразвивающиеся в последнее время стробоскопические «трековые» методы измерения скорости потока частиц с помощью быстродействующих оптических затворов и телевизионных ССБ-матриц высокого разрешения. В области ЛДА следует выделить труды и научные публикации Ю.Н. Дубнищева и Б.С. Ринкевичюса. Методы ЛДА позволяют определять локальные скорости в различных локальных участках фиксированного поперечного сечения потока, однако такой способ накопления статистики по скорости происходит в различные моменты времени быстропротекающего процесса. Поэтому в фиксированном поперечном сечении потока гистограмма распределения скоростей частиц, определяемая традиционным методом накопления статистики по отдельным частицам, пересекающих это сечение в различные времена (соответствующих различным пространственно-временным состояниям), может не соответствовать истинному распределению скоростей частиц (поток может быть не полностью стационарным и эргодическим).

В области интегральных и дискретных время-пролетных методов измерения скорости частиц двухфазного потока можно выделить публикации П.Ю. Гуляева с соавторами.

Среди стробоскопических «трековых» методов измерения скорости с помощью быстродействующих оптических затворов и телевизионных ССИ-матриц высокого разрешения можно отметить публикации Ф. Бианканьелло, К. Прессера и С. Риддера.

В настоящее время узкозонным полупроводниковым приемникам (X =8... 14 мкм), основанным на генерации светом носителей заряда по

механизму "зона-зона" присуще ряд недостатков: высокий уровень шумов, вызывающий необходимость их глубокого охлаждения, трудность в организации режима накопления, низкие воспроизводимость и надежность, низкая стойкость к радиации и воздействию внешней среды.

Перспективны для устранения указанных недостатков широкозонные пироэлектрические приемники ИК-излучегшя, которые имеют широкий рабочий диапазон ИК-излучения (>„=1...15 мкм). К тому же, регистрировать собственное излучение слабонагретых объектов и тем более наблюдать малые перепады температуры на их поверхности не позволяют ни специальные фоточувствительные материалы, ни телевизионные трубки с полупроводниковой мишенью. Наибольшей эффективностью обладают оптико-электронные системы измерения скорости и температуры, в том числе системы на основе пироэлектрических детекторов, которые обладают потенциально высокими технико-эксплуатационными характеристиками.

В области методов спектральной пирометрии как наиболее перспективных в настоящее время можно выделить публикации А.Н. Магунова, Л.Н. Латыева, К. Мураока, М. Маеда и многих других. Однако и у этих авторов при измерении температуры практически не учитывается распределенный характер данного параметра, определение которого связано с решением традиционно сложной «обратной» задачи.

Дальнейшее развитие технологий в области микро- и наноэлектроники по созданию наногетероструктур, а именно, по созданию фотоприёмников на эпитаксиальных гетероструктурах с квантовыми ямами и фотоприёмников на квантовых точках, расширяет на новом качественно более высоком уровне возможности схемотехники СБИС для разработки и реализации новых регистрирующих приборов и устройств. Например, твердотельные полихроматоры, в том числе в виде наноразмерных покрытий прямо на поверхности чувствительного элемента фотоматрицы, позволяют почти на три порядка увеличить мощность оптического сигнала, регистрируемого датчиком, за счет отсутствия входных апертурных щелей, а заодно и самого монохроматора. Тем самым, оптико-электронные и тепловизионные микропроцессорные измерительные системы расширяют возможности исследования быстропротекающих гетерогенных процессов в области экспериментальной физики и промышленных технологий.

Цель работы заключается в разработке методов и автоматизированных приборных комплексов, предназначенных для измерений скорости и температуры частиц как распределенных параметров двухфазного потока в быстропротекающих процессах напыления порошковых покрытий, и использование которых позволяет оптимизировать технологии напыления порошковых покрытий с улучшенными функциональными характеристиками.

Задачи исследования:

1. Разработать метод измерения скорости частиц как распределенного параметра двухфазного потока в быстропротекающих процессах напыления порошковых покрытий.

2. Разработать метод измерения температуры частиц как распределенного параметра двухфазного потока в быстропротекающих процессах напыления порошковых покрытий.

3. Создать автоматизированные комплексы с программно-аппаратным обеспечением для измерения скорости и температуры как распределенных параметров двухфазного потока в быстропротекающих процессах напыления порошковых покрытий.

4. Разработать методики и устройства калибровки и тестирования автоматизированных комплексов для измерения скорости и температуры как распределенных параметров двухфазного потока в быстропротекающих процессах напыления порошковых покрытий.

Научная новизна результатов исследований:

1. Разработан метод измерения скорости частиц как распределенного параметра двухфазного потока в быстропротекающих процессах напыления порошковых покрытий с использованием многоканального пироэлектрического детектора, обеспечивающего с высокой эффективностью за счет широкого спектрального диапазона учет в выходном сигнале вклада излучения от «низкотемпературных» частиц, тем самым способного измерять с большей достоверностью, чем фотодиодные и ПЗС-фотоприемники, концентрацию неоднородно нагретых частиц в измерительном объеме.

2. Разработан метод измерения температуры частиц как распределенного параметра двухфазного потока посредством «обращения» их интегрального теплового спектра в виде разложения по «виновским» спектрам. Процедура метода по восстановлению гистограммы температурного распределения частиц характеризуется численной устойчивостью, благодаря применению адаптации «многоцикловых встречных» прогонок к системе рекуррентных уравнений, содержащей неизвестные компоненты температурной гистограммы.

3. Созданы автоматизированные комплексы для измерения скорости и температуры как распределенных параметров двухфазного потока в быстропротекающих процессах напыления порошковых покрытий. Комплексы на основе измеряемых параметров скорости и температуры частиц позволяют исследовать волновую динамику двухфазного потока частиц в различных его пространственных сечениях при напылении покрытий, визуализировать результаты исследования в ходе процесса напыления, способствуя тем самым эффективному решению технологической задачи получения покрытий с заданными функциональными характеристиками.

4. Разработан способ высокоточной стабилизации выходного тока импульсного стабилизатора с цифровым адаптивным ШИМ-регулированием,

обеспечивающий прецизионное управление температурой эталона «абсолютно черного тела» для калибровки регистратора теплового спектра потока частиц.

Методы исследования а достоверность полученных результатов.

Решение поставленных в диссертационной работе задач осуществлялось методами экспериментальной физики, численного и аналитического моделирования. Среди них можно выделить методы электрических измерений, в том числе методы измерений на основе многоэлементных приемников излучения (фотоприемников) и оптико-электронных приборов, вычислительные методы, методы решения обратных задач, методы статистической обработки экспериментальных данных. В качестве основных теоретических положений и направлений использовалась теория взаимодействия излучения с веществом (излучение и поглощение света), физика полупроводников и др.

Достоверность полученных результатов обеспечена адекватным применением теории измерений, теории погрешности и цифровой обработки сигналов, применением стандартных приборов. На всех этапах работы происходило сопоставление полученных результатов с теоретическими моделями, результатами математического и компьютерного моделирования, а также с результатами тестовых физических экспериментов. Проводилось апробирование методик на тестовых данных.

Практическая ценность работы:

Разработанный метод измерения многоканальным пироэлектрическим детектором скорости частиц как распределенного параметра двухфазного потока в быстропротекающих процессах напыления покрытий и на его основе созданный автоматизированный измерительный комплекс позволяют оценивать неоднородность параметра скорости потока частиц в различных его сечениях, а также контролировать динамику этой неоднородности в процессе напыления покрытия непосредственно на технологической установке напыления.

Данный метод с учетом особенностей его калибровки может быть применен для измерения и контроля скорости фронта волны горения в процессе «самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС)» порошковых материалов с целью анализа и управления динамикой процессов структурных и фазовых превращений в ходе реакции СВ-синтеза.

Разработанный метод измерения температуры частиц как распределенного параметра двухфазного потока посредством «обращения» их интегрального теплового спектра в виде разложения по «виновским» спектрам, а также на его основе созданный автоматизированный измерительный комплекс позволяют оценивать температурную неоднородность потока частиц в различных его сечениях и контролировать динамику этой неоднородности в

процессе напыления покрытия непосредственно на технологической установке напыления (на плазматроне или на установке ДГН).

Созданные автоматизированные измерительные комплексы позволяют проводить исследования структуры и динамики двухфазного потока частиц в различных его пространственных сечениях при напылении покрытий, в частности, непосредственно вблизи перед покрытием изделия. Это дает возможность контролировать и поддерживать необходимые оптимальные параметры взаимодействия частиц с напыляемой поверхностью и, тем самым, дает возможность целенаправленно влиять на функциональные характеристики покрытия. Возможность визуализации результатов измерения в ходе процесса напыления повышает эффективность работы оператора технологической установки напыления.

Разработанный способ высокоточной стабилизации выходного тока импульсного стабилизатора с цифровым адаптивным ШИМ-регулированием обеспечивает прецизионное управление температурой модели (эталона) «абсолютно черного тела» для калибровки регистратора теплового спектра потока частиц.

На защиту выносятся следующие основные научные положения:

1. Метод измерения скорости частиц как распределенного параметра двухфазного потока в быстропротекающих процессах напыления порошковых покрытий с использованием многоканального пироэлектрического детектора.

2. Метод измерения температуры частиц как распределенного параметра двухфазного потока посредством «обращения» их интегрального теплового спектра в виде разложения по «виновским» спектрам с использованием «многоцикловых встречных прогонок» для регуляризации процедуры восстановления гистограммы температурного распределения частиц.

3. Автоматизированные комплексы для измерения скорости и температуры как распределенных параметров двухфазного потока в быстропротекающих процессах напыления порошковых покрытий.

Публикации:

Основные результаты диссертации опубликованы в 14-ти печатных работах, из них 6 статей опубликованы в журналах из списка ВАК. Апробация работы:

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на всероссийских и международных научно-практических конференциях: Электронные средства и системы управления. Опыт инновационного развития - Томск, 2007г.; Моделирование неравновесных систем «МНС-2007», - Красноярск 2007 г, Актуальные

проблемы радиофизики «АПР 2008» - Томск 2008 г., Моделирование неравновесных систем «МНС-2008», - Красноярск 2008г., Виртуальные и интеллектуальные системы «ВИС-2009», - Барнаул 2009 г., Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности - Санкт-Петербург 2009г., Актуальные проблемы радиофизики «АПР 2010» - Томск 2010 г.

Структура и объем работы:

Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации - 179 страниц текста, в т.ч. 148 страниц основного текста, диссертация содержит 34 рисунка, 1 таблицу, 11 приложений на 31 страницах, список литературы из 111 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснованы актуальность, сформулированы цель и задачи исследований, их научная новизна, обоснованы научная новизна и практическая значимость результатов работы, изложены основные положения, выносимые на защиту, приведена краткая характеристика работы.

В первой главе произведен аналитический обзор, отражающих текущее состояние проблемы измерения температурно-скоростных параметров частиц в двухфазных потоках в быстропротекающих процессах напыления порошковых покрытий. Показано, что в настоящее время известно большое число методов и приборов для измерения эффективной (средней) температуры и эффективной (средней) скорости двухфазных потоков частиц в быстропротекающих процессах напыления. Тем не менее, подавляющее число методов из них не учитывают тот факт, что на самом деле поток характеризуется существенной неоднородностью его температурно-скоростных параметров, и в методе измерения скорости частиц необходимо учитывать функциональный вид и параметры распределений частиц потока по температуре и по скорости.

Далее рассмотрено состояние проблем и перспектив развития методов оптической анемометрии и спектральной пирометрии для измерения температурно-скоростных параметров частиц в различных физических процессах. Отмечена важная роль современных оптоэлектронных многоэлементных фотоприемных устройств и современных микропроцессорных систем для скоростной съемки и автоматизации обработки измерительной информации о быстропротекающих процессах.

Для обеспечения требуемой точности измерения температурно-скоростных параметров быстропротекающих процессов необходимо использовать эффективные математические методы обработки сигналов и решения «некорректных» обратных задач по восстановлению характеристик исходных объектов. В конце первой главы приведен обзор наиболее эффективных таких методов обработки сигналов и решения «некорректных» обратных задач.

Во второй главе изложены методы для измерения скорости и температуры частиц как распределенных параметров двухфазного потока в быстропротекающих процессах напыления порошковых покрытий, а также приведены оценки погрешностей измерения для этих методов.

В разделе 2.1 излагается метод измерения скорости частиц как распределенного параметра импульсного двухфазного потока.

Основной физической моделью, лежащей в основе интегральных врсмяпролетных методов измерения скорости, является представление движения двухфазного потока в виде движения двух взаимопроникающих континуумов газовой фазы и «псевдогаза» частиц конденсированной фазы, для которой справедливо уравнение непрерывности

5 + = 0 (1)

VI

где: и=7У(г)/К - концентрация частиц в малом измерительном объеме К=Д/-5, в котором в момент времени I находится ЛГ(У) частиц; - площадь поперечного сечения потока, Д/ - толщина измерительного объема в направлении движения потока, V - скорость потока «псевдогаза» частиц.

Определим характеристики потока: К=АЛУДг -

интенсивность потока частиц. пересекающих поперечное сечение измерительного объема V, т.е. число частиц в единицу времени;

К=ДЛ'/Л/ - плотность частиц (приведенная к толщине измерительного объема), т.е. число частиц, приходящихся на единицу длины. Тогда уравнение непрерывности (1) в одномерном виде и в предположении того, что частицы в слое с координатой центра слоя х и толщиной Д/ имеют одинаковую (осредненную) скорость, записывается в виде:

ц(/,*)=-р-у. (2)

Скорость потока определяется отношением числа частиц, пролетающих измерительное сечение в единицу времени к числу частиц, приходящихся на единицу длины потока (в модулях величин, без знака)

(3)

Методика измерения скорости частиц двухфазного потока заключается в последовательном выделении оптическими средствами одинаковых порций частиц теплового потока, описываемых как континуумы, и измерении времени пролета каждым континуумом известного базового расстояния, задаваемого несколькими фотоприемниками. Интенсивность потока частиц определяется по интенсивности светового излучения, а плотность потока частиц - по разности интенсивностей входящего и выходящего потока частиц в сечениях, задающих базовое расстояние пролета I (рис. 1).

Количество частиц в г-ом сечении в момент времени г может быть найдено как произведение погонной плотности рпа, на этом участке на ширину сечения А/, т.е. М,{0=Р/{0-А1. Введем понятие средней погонной плотности частиц, как отношение разности числа частиц N^,,(0, вошедших в зону анализа

длиной Ь через г-ое сечение, и числа частиц ,+](?), вышедших из нее через

(/+1)-ое сечение, к расстоянию Ь между ними:

(р(0) = = _ (4)

и^З Ьгт—д гт тт \

Рис. 1. Оптическая схема измерения скорости частиц импульсного двухфазного потока: 1 - импульсный плазменный поток; 2, 3 - соседние /-ый и (г'+ 1)-ый датчики; 4 - частицы порошка; 5 - основа; 6 - покрытие.

Учитывая в уравнении непрерывности (2) переход к дифференциалам плотности и интенсивности, справедливо следующее уравнение:

4>по г(0)= ¿(но)

А сЬс

Тогда изменение средней интенсивности в сечении Ь за время

выборки Д.'кв будет равно (без учета знака):

(5)

а с учетом (4):

"'га

(6) (7)

Для используемых пироэлектрических приемников излучения (ПЛИ) их выходное напряжение пропорционально энергии £0(Г)50 потока излучения, падающего на поверхность ППИ и формируемого за единицу времени суммарным количеством частиц Лг(/) в измерительном объеме толщиной Д/, т.е. 1/(/)= Лу')- Здссь и'0 - среднее значение площади

поверхности излучения одной частицы с потоком излучения Ей(Г)=вТ. Т.е. величины Щ1)~и,{1)/(Ко-Ео(Т)) и /У';т ](/)= (У1+1 (г)/(А'0-£о(определяют количества частиц, находящихся в течение единицы времени в г-ом и (/+1 )-ом сечениях. К моменту времени г количества частиц, вошедших через г'-се сечение в зону анализа потока и вышедших из нее через (¡'+1)-ое сечение, определяются интегрированием по всему временному отрезку

лио = ■ /ВДА, Л'вых,,+1(/) = —1— ■ ]им(т)сН, (8) ) о ) о

где и,{{) и — сигналы напряжений, снимаемые с г-го и (/+1)-го приемников, соответственно. На основе (4), (7) и (8) верно

(ц(/)) =---Где/ ,, Шт. (9)

Д .......

Выражая (3) с учетом (4) и (9):

V

(10)

Пренебрегая изменением погонной плотности р„ог между ;'-ым и (/+1)-ым сечениями можно записать (малое пролетное расстояние):

и С,л\ .. ^(0.. .. Щ0 + _ пп

1Р„„г(о;- ь ~ д/ ~ д/ ~ 2 Д/ - д/ . ии

что позволяет произвести замену в знаменателе выражения (10), т.е. величину Щм№ заменить на N,{1)1 АI, либо на среднюю величину по двум сечениям Л',,ф(1')/Д/-(//,{0+ Л',,,(0У(2Д0- Учитывая зависимость иппЖ)=К0-Ей(1) Щ) и обозначение К0У2, в г'-ом сечении потока распределение

скорости имеет вид

|Дг7м+1(т)Л М,+1(т)А

= -- или = -- О2)

°А/И !/,(/) А/кв £/,.сД0

С учетом (12) получена оценка относительной погрешности метода в виде

Е,=^+Е2+8З+£24 + 85 +Е (13)

глер р р Р -ЁЬ. Р .

1ДС ь, - , ь2 - , ь3 - , ь4 - , ь5 - ,ь6 - .

То А/ <Ч„ ^ ( )ф '

В разделе 2.2 излагается метод измерения температуры частиц как распределенного параметра импульсного двухфазного потока, который опирается на модель интегрального теплового спектра частиц в виде уравнения Фредгольма 1 рода с неизвестной функцией плотности температурного распределения. Краткое обоснование модели интегрального теплового спектра состоит в следующем.

Допущения о низкой концентрации частиц в «запыленной» струе, однородных по размеру и находящихся в изотермическом состоянии с неизменной температурой за время прохождения частицей зоны регистрации,

позволяют для каждой частицы как "серого" тела использовать модель излучательной способности частицы

г{\,Т) = г(Х,Т)-<р(Х,Т)> (И)

где с(Х, Т) - поглощателькая способность (коэффициент излучения) или относительная излучательная способность частицы.

Выходной сигнал В(Х) линейного многоэлементного фотоприемника, установленного в фокальной плоскости спектрального регистратора, пропорционален суммарному тепловому спектру G(X) частиц, прошедших зону регистрации, и определяет «измерительное уравнение»

B(X) = y(X)-G(X), (15)

в котором интегральный спектр частиц определяется следующим образом

т

да 'тах

G(X) = ¡R(X,T) ■ X{T)dT = \R(X,T) ■ X(T)dT, (16)

-со

Tmiii

где Х(Г) - искомая функция плотности температурного распределения частиц порошка дисперснофазной струи. Выражения (15) и (16), с учетом использования спектрального прибора с высокой разрешающей способностью, позволяют записать «измерительное уравнение» в виде

мн— ^тпах

В(Х) = у(Х) Jr<X, T)X{T)dT = Та(Х, Т) ■ X(T)dT. (17)

^min ^min

где функция А(к, Т) = у(А,) • r(X, Т) = у(Х) • Т) • (р{\% Т), а интегральный тепловой спектр частиц можно записать в виде

Ттях

G(X) = B(X)/y(X)= jz(X,T)-<p(X,T)-X(T)dT. (18)

т . 'min

Обращение интегральных уравнений Фредгольма 1-го рода (17) и (18) определяет искомую функцию плотности температурного распределения частиц. Задача обращения уравнений оказывается «некорректной» и требует применения методов «регуляризации» решения.

В настоящей работе на основе измерительного уравнения (17) реализован подход редукции функции плотности температурного распределения частиц в ее гистограмму {Xj\ j = 1,2,....,и) - производится замена гладкой функции

плотности распределения на ступенчатую функцию. Кроме того, для ядра интегрального оператора А(Х,Т) используется разложение функции Планка в

ряд по «виновским» спектрам сй(Х,Т1) = С1ХГ5е~с"~/хт' фиксированного набора температур 7) - ТИ. Производя замену под интегралом в уравнении (17) ядра А(Х,Т) и функции плотности Х(Т) на их приближения, аналитическим способом удается получить выражение для регистрируемого интегрального теплового спектра частиц

/

сг А г ¡=о

1 "

^ВД-ЁГту-ЕГ^Д (19)

7=0V I

где

с учетом е

Уо •Р..

У; п Р, -Р,+1

Уп = 2, Р.-

(20)

"у _ „ й»

Таким образом, регистрируемый тепловой спектр частиц оказывается пропорционален разложению по «виновским» спектрам а(к, 7\,), среди

которых доминирующим является компонент сч(Х,Тп1) с максимальной

температурой Тп, = Ттш. Значения температур Г, - центры у'-ых участков

разбиения диапазона [ГШ(П,Гтах] с узловыми точками Т] - осредненная по

«псевдослучайным» значениям температура в каждому'-ом участке разбиения. Для вычислений коэффициентов у) по спектру В(Х) более удобным, чем

выражение (19), Являстся линейное разложение по системе функций \уу(),Ту)

Зарегистрированные с

1=1 I

помощью

ГХ'4 «1

(22)

С, М I

откалиорованного дискретного

фотоприемника спектральные отсчеты {В(Хк )',к = 1,2,...,К} и матрица

рассчитанных коэффициентов ||\1/. >|;^ = 1,2,..,,АГ;_/' = 0,1,2,....,и], где

Ун = используются в качестве входных данных для процедуры

метода «наименьших квадратов», позволяющей аппроксимировать искомые коэффициенты разложения Искажения коэффициентов у], главным

образом, определяются остаточными «искажениями» после коррекции и фильтрации отсчетов {В(Хк )',к = 1,2,..., К}, которые в процессе решения системы (20) влияют на точность вычисления компонентов 2Г Некоторые относительно малые по значению компоненты 2) могут быть отрицательными

по знаку, что не соответствует их физическому смыслу. Для регуляризации решения обратной задачи применяется алгоритм «многоцикловых встречных

прогонок» с последовательным уменьшением «невязки» на крайних элементах Z0 и 1, который является «адаптацией» известного метода «встречных прогонок». С учетом (19) «прямая» и «обратная» прогонки имеют вид

Z,+1 = —- Zj - , / = 0,1,2,..., и; (23)

Pj+i Pj+i

Z, J-J±ZM / = и,и-1,л-2,..,1,0. (24)

' Р/ ' Py

«Физически корректный» набор вычисленных коэффициентов \Zy,j = l,2,.....п\ позволяет вычислить «физически корректный» набор

коэффициентов температурной гистограммы [Xj = Z,/£1(TJ); j = 1,2,....,«].

Получены оценки погрешностей на параметры температурного распределения:

я

на «выборочное среднее» Тср = X ^ и на °ЧенкУ «выборочной дисперсии»

J-I

п

S* -(Tj-Тф)2 как полудлины соответствующих «доверительных

м

интервалов»: A(Tcp) = tr P^ -ST/Jn и A(Sr) = (n~l)S$!zlР.. с учетом

критических значений t - распределения и х1 ~ распределения.

Третья глава посвящена проектированию программно-аппаратных измерительных комплексов, позволяющих проводить исследования скоростных и температурных параметров импульсного двухфазного потока частиц в различных его пространственных сечениях в процессах напыления покрытий, визуализировать результаты исследования в ходе процесса напыления.

В разделе 3.1 рассмотрен программно-аппаратный комплекс для измерения скорости частиц как распределенного параметра потока.

Структурная схема аппаратной части представлена на рис. 2. Инфракрасное излучение от объекта попадает на фотоприемник (ФП), который преобразует оптический сигнал в напряжение или ток. Электрический сигнал с выхода ФП поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) через схему согласования (СС), в которой происходит первичное аналоговое шумоподавление и линейное масштабирование сигнала, чтобы максимально использовать динамический диапазон АЦП. Внешний высоксстаоилькый источник опорного напряжения (ИОН), необходим для того, чтобы обеспечить максимальную точность аналого-цифрового преобразования.

Микроконтроллер (МК) считывает данные с АЦП и производит их первичную обработку, затем передает их в персональный компьютер (ПК) через интерфейс USB. Первичная обработка заключается в нормировке отсчетов сигнала согласно калибровочной таблице, которая хранится в ПЗУ МК. Сигнал также подвергается фильтрации на шумоподавление, а необходимые параметры загружаются в МК из ПК при инициализации. Вместе

с отсчетами оцифрованных сигналов также передаются метки синхронизации для каждого канала.

К»н*п1 АЦП ч ¥ мк

ФП сс

К*м»Щ и

ФП сс к.ивв

1Ши ФП 1Л N -Г 1 ион

-1

Рис. 2. Структурная схема многоканальной системы регистрации теплового излучения двухфазных потоков и компьютерной обработки.

На рисунке 3 представлена структурная схема ПО измерительного

Рис. 3. Структурная схема программного обеспечения.

Взаимодействие между ПК и «аппаратным обеспечением» системы регистрации теплового излучения происходит через специальный драйвер, который предоставляет удобный программный интерфейс для остальных компонентов программного обеспечения: считывание результатов измерений, конфигурирование и настройка системы, а также и ее калибровка.

В разделе 3.2 рассмотрен состав и принцип работы программно-аппаратного комплекса по измерению температуры частиц как распределенного параметра потока.

Структурная схема аппаратного обеспечения измерительного комплекса представлена на рис,4, Световой поток от плазменной струи фокусируется на входной щели спектрального дисперсионного устройства, которое разлагает входное излучение в непрерывный спектр. В фокальной плоскости дисперсионного устройства установлен многоэлементный линейный фотоприемник, в качестве которого используется ПЗС или фотодиодная линейка. Управление временем накопления, тактовой частотой опроса фотоприемника и преобразование видеосигнала в цифровую форму для ввода в компьютер, осуществляется измерительным модулем. Как видно из структурной схемы, представленной на рис. 5, ПО для восстановления температурных распределений состоит из одного основного и нескольких вспомогательных модулей. Под основным модулем понимается модуль восстановления температурных распределений, в котором происходит решение обратной задачи по методике, изложенной в главе 2.

Отсчеты зарегистрированного теплового спектра нормируются с учетом калибровочных коэффициентов. Затем выполняется вычитание фонового спектра плазменной струи, незагруженной порошком частиц, регистрируемого перед началом измерений, обновляемого в процессе работы системы для учета нестационарности характеристик устройства напыления.

Для тестирования основного модуля реализован генератор тестовых спектров, который имеет в своем составе генератор температурных распределений. Эти два модуля позволяют по заданным параметрам температурного распределения получить его спектр. Для тестирования

доступны одно- и двух-модовые треугольное, распределения с учетом «зашумления» спектра.

нормальное и делыа

Плазменный поток \ Измерительное сечение

Частицы конденсированной фазы

Линейный фотоприемник

Система иэв

регистрации /1-к ч,- пк

спектра

Рис. 4. Структурная схема комплекса спектральной диагностики температуры частиц в потоке: - длины волн входного излучения.

Рис. 5. Структурная схема ПО для восстановления температурных распределений.

В разделе 3.3 рассмотрены комплексы и устройства для имитационного моделирования и калибровки автоматизированных комплексов по измерению скорости и температуры частиц двухфазного потока (рис. 6).

В состав имитатора быстропротекающего импульсного двухфазного потока частиц входят (рис. 6,а): а) аппаратное обеспечение (1) по управлению процессом последовательного зажигания и гашения миниатюрных ламп накаливания; б) линейка (4) миниатюрных ламп накаливания; в) ПЭВМ (3).

Сигналы с линейки фотоприемников (5), регистрирующей движущийся фронт теплового излучения, передаются в многоканальную измерительную систему (2), которая передает в ПЭВМ (3) измерительную информацию в цифровом представлении для программной обработки и определения скорости движущегося фронта теплового излучения, имитирующего движение частиц импульсного двухфазного потока (рис. 6,а).

Рис. 6. Структурные схемы: а) схема комплекса для тестирования автоматизированного комплекса по измерению скорости частиц двухфазного потока; б) схема комплекса для тестирования автоматизированного комплекса по измерению температуры частиц двухфазного потока; в) схема излучателя.

В состав имитатора теплового излучения неоднородно нагретых частиц двухфазного потока для тестирования комплекса по измерению температуры частиц с определенным температурным распределением входят (рис. 6,6): а) аппаратное обеспечение (8) по управлению значениями токов н различных группах сверхминиатюрных лампочек накаливания, задающих тестовую температурную гистограмму распределения; б) излучатель (1) с 9-ю группами миниатюрных ламп накаливания; в) ПЭВМ (7).

От излучателя (1), управляемого аппаратным обеспечением (8), тепловое излучение фокусируется линзой (2) на входную щель спектрального прибора (3). В плоскости линейного фотоприемника (5) фокусируется непрерывный спектр излучения. Поворачивая диспергирующую призму прибора с помощью барабана (4), можно добиться оптимального проецирования теплового спектра на фотоприемник (5). В блоке «выделения и обработки сигнала» (6) происходит регистрация сигнала спектра и окончательная обработка в ПЭВМ (7). Конкретный вид и значения параметров тестовой температурной гистограммы, определяющей соответствующее тепловое излучение излучателя (1), задается специально разработанной прикладной программой

Для питания эталонного источника теплового излучения, такого как ТРУ 1100-2350, необходим высокостабильный регулируемый источник тока, чтобы достигнуть максимальной точности при калибровке измерительных приборов. Для гарантирования минимальной погрешности на температуру эталона, указанной в паспорте лампы, требуется точность стабилизации не менее 99,95% (нестабильность не более 0,05%). Для решения указанной задачи предложен и

реализован высокоточный способ управления импульсным стабилизатором

Охотной фильтр

2 Инвертор =¡>1 3 Цьшрямшсль =5 4 Выходной фильтр

-¡V ■

10 шим- контроллер 9 МК 8 АЦП

г-С

н

Предусклигель

Рис, 7. Схема стабилизатора тока для питания температурного эталона,

В четвертой главе изложены методики калибровки и тестирования программно-аппаратных комплексов по измерению скорости и температуры частиц как распределенных параметров двухфазного потока, приведены основные результаты тестирования в виде графиков и гистограмм, подтверждающие достоверность разработанных методов и средств измерений.

Раздел 4.1 содержит методику калибровки комплекса по измерению скоростных параметров процессов получения порошковых покрытий, которая заключается в определении калибровочного коэффициента у0 в выражении (12), в нормировке времени релаксации для каждого пироэлектрического приемника излучения (ППИ) в измерительной системе, а также в настройке системы «автоматического регулирования усиления (АРУ)» в случае ее применения в измерительной системе. Проведен анализ результатов, полученных при тестировании комплекса по измерению скорости потока на имитаторе быстропротекающего импульсного двухфазного потока частиц (рис. 6,а).

£

§ 30

О 20-

10

бремя, не

— кандл1 • канал?

3,3

',6 9,9

Время, мс

13,2

16,5

а)

б)

Рис. 8. Графики измерений и вычислений результатов: а) графики измеренных сигналов фотоприемников в двух соседних сечениях для измерения скорости объекта с тестовым значением 50 м/с; б) расчетное распределение скорости во времени для тестового случая (в одном из двух соседних ссчсний).

На рис. 8,а приведены графики сигналов, зарегистрированные двумя каналами пироэлектрического детектора с базовым расстоянием между фотоприемниками 5 см, и график результата тестирования скорости в таком процессе имитации (рис. 8,6). Отклонение от тестового значения скорости 50 м/с в рабочем временном диапазоне (от 4 до 16 мс) составляет порядка 5%.

В разделе 4.2 описаны методика калибровки и анализ результатов тестовых измерений температуры имитируемых частиц (рис. 6,6 и 6,в). Калибровка автоматизированного комплекса по измерению температуры частиц двухфазного потока состоит из 3 основных этапов: фокусировка измерительной системы интегрального теплового спектра и привязка номеров ячеек фотоприемника к шкале длин волн, калибровка чувствительности ячеек фотоприемника и получение коэффициентов аппаратной функции искажений (функции у(М), регистрация фонового спектра излучения плазмы непосредственно в технологическом процессе.

По линейчатому спектру (рис. 9,а) ртутно-кадмиевой лампы СМРК-2 получена зависимость длины волны от номеров ячеек

\ = 426,28 + 0,02176 • N + 2,81 • 10~5 • ^ - 5,4 ■ 10~" • А^3.

На рис. 9,6 приведен пример калибровки чувствительности ячеек линейного ПЗС-фотоприемника.

«Г 0.71 Ь,7

489 978 1467 195Е 2445 2334 Номера ячеек фотоприемника

4гб.З 443.6 474.4 51В.5 Ь75.9 648.7 Длина волны, нм

а) б)

Рис. 9. Графики спектров: а) линейчатый спектр лампы СМРК-2; б) тепловой спектр эталонной температуркой лампы ТРУ 1100-2350 для температуры 1751 К (1 - зарегистрированный спектр, 2 - расчетный спектр по функции Планка).

Моделирование с помощью программного комплекса, позволяющего генерировать расчетные тепловые спектры для тестовых распределений (пример нормального распределения на рис. 10), определило пороговое значение «уровня шума» (отношение амплитуды шума к амплитуде сигнала спектра) со значением 0,001 (отношение «сигнал/шум» равно 60 дБ), выше которого результат восстановления температурной гистограммы физически не корректен (рис. 10,г). Возможности аппаратной регистрации перекрывают пороговое значение 60 дБ на 12 дБ (значение «сигнал/шум» регистратора 72 дБ). Следует отметить, что при восстановлении гистограмм на этапе

моделирования не использовалась «регуляризация многоцикловыми встречными прогонками».

Р, о.«.

0,0wa-0.000«-0,0004' Ü,Ú0Ü¿-

1 М

Р, о.е. 0,25

0.2

0,15

0,1

0,05' 0

а)

П.

1000

2000

В)

3000 т, к

Р, о.е.

0,3

0,2 0,1

3 ООО 1.

1000

2000

и

3000 т, к

б)

Р,о.е.

L-O,

т,к

г)

Рис, 10, Функция «нормального» температурного распределения и результаты ее восстановления в виде гистограмм: а) — тестовая функция плотности: б) восстановленная гистограмма для «уровня шума» 5-10"*; в) восстановленная гистограмма для «уровня шума» КГ3; г) физически некорректно восстановленная гистограмма для «уровня шума» 3 -1 (Г3.

На рис. 11 приведен пример тестирования метода измерения температуры частиц как распределенного параметра двухфазного потока с помощью имитатора, для которого было задано тестовое нормальное распределение (рис. 11 ,а) и получено адекватное восстановленное распределение с погрешностями на параметры «выборочного среднего» и «выборочной дисперсии» порядка 6%.

Р, о.е.

0,4 0,30,2 0,1 0

1119 1429

1692 T, К

2007 2296

Р. о-в- 0,2

0,15 -0,1 -0,05 -0

-0,05

Н-гП

LM i '

-LÍ-Ь

т,к

а)

б)

Рис. 11. Результаты исследования с использованием имитатора температурных распределений: а) тестовое распределение; б) восстановленное распределение.

Тестирование методов измерения скорости и температуры частиц проведено с помощью данных по интенсивностям в двух сечениях потока и тепловым спектрам струи ДГН, полученных от других авторов.

В заключении диссертации сформулированы основные выводы и результаты:

1. Разработан метод измерения скорости частиц как распределенного параметра двухфазного потока в быстропротекающих процессах напыления порошковых покрытий с использованием многоканального пироэлектрического детектора, обеспечивающего с высокой эффективностью учет в выходном сигнале вклада излучения от «низкотемпературных» частиц, тем самым способного измерять с большей достоверностью, чем фотодиодные и ПЗС-фотоприемники, концентрацию неоднородно нагретых частиц в измерительном объеме.

2. Разработан метод измерения температуры частиц как распределенного параметра двухфазного потока посредством «обращения» их интегрального теплового спектра в виде разложения по «виновским» спектрам. Процедура метода по восстановлению гистограммы температурного распределения частиц характеризуется численной устойчивостью, благодаря применению адаптации «многоцикловых встречных» прогонок к системе рекуррентных уравнений, содержащей неизвестные компоненты температурной гистограммы.

3. Созданы автоматизированные комплексы для измерения скорости и температуры как распределенных параметров двухфазного потока в быстропротекающих процессах напыления порошковых покрытий. Комплексы на основе измеряемых параметров скорости и температуры частиц позволяют исследовать волновую динамику двухфазного потока частиц в различных его пространственных сечениях при напылении покрытий, визуализировать результаты исследования в ходе процесса напыления, способствуя тем самым эффективному решению технологической задачи получения покрытий с заданными функциональными характеристиками.

4. Разработан способ высокоточной стабилизации выходного тока импульсного стабилизатора с цифровым адаптивным ШИМ-регулированием, обеспечивающий прецизионное управление температурой эталона «абсолютно черного тела» для калибровки регистратора теплового спектра потока частиц.

5. Разработаны устройства - имитаторы для тестирования методов измерения скорости и температуры, подтверждающие их достоверность.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Гуляев П.Ю. Виновский критерий выбора параметров редукции температурного распределения частиц по их суммарному тепловому спектру / П.Ю. Гуляев, В.И. Иордан, И.П. Гуляев, А.А. Соловьев // Известия вузов. Физика. - 2008.- Т.51.- № 9/3.- с. 69-76.

2. Гуляев П.Ю. Оптико-электронная система диагностики двухфазных потоков динамическим методом счета частиц / П.Ю. Гуляев, В.И. Иордан, И.П. Гуляев, A.A. Соловьев // Известия вузов. Физика. - 2008. - Т.51. - №9/3. - С. 7987.

3. Соловьев A.A. Измерение скорости волнового фронта быстропротекающих процессов многоканальным пироэлектрическим детектором / A.A. Соловьев, В.И. Иордан // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. - 2009. - № 4(88). - С. 158-167.

4. Иордан В.И. Редукция температурного распределения частиц гетерогенных потоков методом «обращения» их интегрального теплового спектра / В.И. Иордан, A.A. Соловьев // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. - 2010. - № 2(98). - С. 85-95.

5. Иордан В.И. Оптико-электронный имитатор теплового излучения для тестирования системы измерения температуры частиц при напылении порошковых покрытий / В.И. Иордан, A.A. Соловьев // Известия вузов. Физика. - 2010. - Т.53. - № 9/3. - С. 70-76.

6. Иордан В.И. Оптико-электронные методы тестирования систем измерения температурно-скоростных параметров частиц при плазменном напылении порошковых покрытий / В.И. Иордан, А.А.Соловьев // Известия Алтайского государственного университета. Сер.: Физика. - Барнаул: Издательство Алтайского государственного университета, 2010. - № 1/2(65). -С. 168-171.

7. Соловьев A.A. Автоматизированный комплекс спектрального анализа на базе линейного ПЗС / A.A. Соловьев, В.И. Иордан, П.Ю. Гуляев // Вторая Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь». Секция «Новые материалы и технологии». / Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова. - Барнаул: Издательство Алтайского государственного университета, 2005. - С. 25-27.

8. Гуляев П.Ю. Имитационное моделирование интегрального тепловою спектра в задаче диагностики температурного распределения частиц диспсрснофазных струй / П.Ю. Гуляев, В.И. Иордан, К.Ю. Родионов, A.A. Соловьев // Материалы VIII-го Всероссийского семинара «Моделирование неравновесных систем», 14-16 октября 2005 г./ Под редакцией В.В. Слабко. Ответственный за выпуск М.Ю. Сенашова.- Красноярск: ИВМ СО РАН, 2005.-С. 47-48.

9. Соловьев A.A. Система регистрации спектра излучения дисперснофазных систем в быстропротекающих процессах / A.A. Соловьев // Труды молодых ученых Алтайского государственного университета: Материалы XXXIV научной конференции студентов, магистрантов, аспирантов и учащихся лицейных классов. - Выпуск 4. - Барнаул: Издательство Алтайского государственного университета, 2007. - 524 с. С. 205-208.

10. Иордан В.И. Измерение скорости фронта волны в быстропротекающих процессах горения двухканальным пироэлектрическим детектором (материалы конференции) / В.И. Иордан, A.A. Соловьев // Материалы Х-го Всероссийского семинара «Моделирование неравновесных систем», 12-14 октября 2007 г. Под редакцией В.В. Слабко. Ответственный за выпуск М.Ю. Сенашова. - Красноярск: ИВМ СО РАН, 2007. - С. 75-76.

11. Иордан В.И. Полуавтоматический быстродействующий регистратор интегрального теплового спектра частиц дисперсной фазы в быстропротекающих процессах напыления покрытий (материалы конференции) / В.И. Иордан, A.A. Соловьев // Электронные средства и системы управления. Опыт инновационного развития: Доклады Международной научно-практической конференции (31 окт.-З ноября 2007 г.). - Томск: В-Спектр, 2007. В 2-х ч. 4.2. - 324 с. - С. 34-37.

12. Иордан В.И. Восстановление гистограммы температурного распределения частиц многофазных потоков по «виновским спектрам» / В.И Иордан, В.Б. Маркин, A.A. Соловьев // Материалы XI-го Всероссийского семинара «Моделирование неравновесных систем», 26-28 сентября 2008 г. Под редакцией В.В. Слабко. Ответственный за выпуск М.Ю. Сенашова.-Красноярск: ИВМ СО РАН, 2008.- 233 е.- С. 100-103.

13. Соловьев A.A. Автоматизированный комплекс для измерения температуры потока частиц в процессе плазменного напыления порошковых покрытий / A.A. Соловьев, В.И. Иордан, В.Б. Маркин // Высокие технологии, фундаментальные исследования, образование, промышленность: сборник трудоп Восьмой международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». 27-28.10.2009, Санкт-Петербург, Россия / Под редакцией А.П. Кудинова. - СПб.: Издательство Алтайского государственного политехнического университета, 2009.-359 е.- С. 185-188.

14. Иордан В.И. Виртуальный метод измерения температуры потока частиц при напылении порошковых покрытий / В.И. Иордан, A.A. Соловьев, В.Б. Маркин // Материалы IV международной научно-практической конференции ''Виртуальные и интеллектуальные системы ВИС-2009", 20 ноября 2009 г. -Йолзуновский альманах, Т.2, 2009.-200 е.- С. 128-131.

Подписано в печать 18.11.2010. Формат 60x84/16 Усл.печл. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 374

Типография Алтайского государственного университета: 656049, Барнаул, ул. Димитрова, 66

ВВЕДЕНИЕ.6>

ГЛАВА 1. ОБЗОР' МЕТОДОВ И АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ АППАРАТНЫХ' СРЕДСТВ ДЛЯ« ИЗМЕРЕНИЯ/ ТЕМПЕРАТУРНО-СКОРОСТНЫХ ПАРАМЕТРОВ. БЫСТРОПРОТЕЬСАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ

В,ЗАДАЧАХ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ФИЗИКИ.20<

1.1ч Состояние1 проблем и перспектив1 развития- методов спектральной пирометрии! и оптической анемометрии для измерения температурно-скоростных параметров частиц в различных физических процессах.

1.1.1. Состояние проблем и'перспектив развития методов спектральной. пирометрии для измерения, температуры нагретых тел.

1.1.21 Состояние проблем* и перспектив развития методов * оптической анемометрии.для измерения скоростиластиц двухфазных потоков.

1.2. Оптоэлектронные фотоприемные устройства" и- микропроцессорные системы для- измерения. температурно-скоростных параметров* быстропротекающих процессов.

1.2.1'. Современные оптоэлектронные фотоприемные устройства для скоростной съемки-быстропротекающих процессов.

1.2.2. Современные микропроцессорные системы* для? автоматизации процессов, регистрации и. обработки* измерительной» информации» о быстропротекаюпщх процессах.

1.3. Математические методы,« обработки- сигналов * и решения «некорректных» обратных задач по восстановлению характеристик исходных объектов.

1.3.1. Статистический метод обращения.

1.3.2. Метод редукции (обращения) Бакуса-Гильберта.

1.3.31 Методы цифровойюбработкшсигналов.

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ" ИЗМЕРЕНИЙ СКОРОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЫ. ЧАСТИЦ КАК РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВУХФАЗНОГО з ; ' :

ПОТОКА В БЫСТРОШЮТЕКАЮЩИХ ПРОЦЕССАХ НАПЫЛЕНИЯ

ПОРОШКОВЫХ ПОКРЫТИЙ.

211*'. Метод измерения ' скорости' частиц как, распределенного: . динамического:- параметра двухфазного потока! в быстропротекающих процессах напыленияшорошковых покрытий.

2.1.1. Интегральный^ метод измерения" скорости частиц как; распределенного-динамическогопараметра;двухфазного:потока;.

2.1.2. Особенности формирования: сигнала при использовании в качестве измерительного!датчика различных типов.фотоприемников^.

2.1.3. Оценка погрешности интегрального метода измерения скорости частиц как распределённого динамического - параметра; двухфазного потока".;.

• 2.2. Метод измерения температуры частиц как ■ распределенного» параметра • двухфазного потока в быстропротекающих процессах напы ленияпорошковыхпокрытий.

2.2.1. Модель сигнала интегрального теплового спектра и? измерительное уравнение.69'

2.2.2. Редукция температурного распределения? частиц в виде гистограммы.;.

2.2.3. Решение обратной задачи восстановления гистограммы . температурного .распределения;.частиц, .по^ их интегральному тепловому спектру.V. 8йг

2.2.4. Оценка погрешности: метода; измерения; температуры частиц как распределенного параметра двухфазного потока в быстропротекающих процессах напыленияшорошковых покрытий:.;.86!

2.3. Выводы по второшглаве.

ГЛАВА 3. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ КАЛИБРОВКИ^ СРЕДСТВ« ИЗМЕРЕНИЙ СКОРОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЫ ЧАСТИЦ КАК РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВУХФАЗНОГО ПОТОКА.

3.1. Реализация программно-аппаратного обеспечения автоматизированного комплекса для измерения скорости частиц как распределенного параметра двухфазного потока.

3.1.1. Общая схема аппаратного обеспечения автоматизированного комплекса для измерения» скорости частиц как распределенного параметра двухфазного потока.

3.1.2. Аппаратные особенности реализации*блока-первичной обработки сигнала на основе пироэлектрического фотоприемника.

3.1.3. Программное обеспечение автоматизированного комплекса для измерения скорости как распределенного параметра, двухфазного потока

3.2. Реализациям программно-аппаратного обеспечения автоматизированного комплекса для измерения температуры частиц как распределенного параметра двухфазного потока.

3.2.1. Аппаратное обеспечение* системы регистрации интегрального теплового спектра частиц двухфазного потока.

3.2.2. Программное обеспечение системы регистрации интегрального теплового спектра частица двухфазного потока.

3.2.3. Программное обеспечение для восстановления температурных распределений частиц по их интегральному тепловому спектру.

3.3. Устройства для калибровки'4 и "тестирования автоматизированных комплексов по измерению скорости и температуры частиц* как распределенных параметров двухфазных потоков.

3.3.1. Прецизионный стабилизатор1 тока для питания эталонного источника теплового излучения*.

3.3.2. Оптико-электронные имитаторы теплового излучения двухфазного потока для тестирования автоматизированных комплексов по измерению скорости и температуры частиц как распределенных параметров двухфазного потока.

I Ч. ч-С

ГЛАВА 4. МЕТОДИКИ КАЛИБРОВКИ И АНАЛИЗ ТЕСТОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРНО-СКОРОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БЫСТРОПРОТЕКАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ.

4.1. Методика^ калибровки и. анализ результатов тестовых измерений скорости частиц, как распределенного параметра двухфазного- потока в быстропротекающих процессах.

4.2. Методика калибровки и анализ результатов, тестовых измерений температуры частиц как распределенного параметра двухфазного потока в быстропротекающих процессах.

4.2.1. Методика калибровки ; комплекса для измерения1 температуры частиц как распределенного параметра двухфазного потока в быстропротекающих процессах.

4.2.2. Использование программного моделирования- дляг анализа' достоверности восстановления тестовых температурных распределений по соответствующим им «расчетным» тепловым спектрам.

4.2.3. Исследование характеристик имитатора теплового> излучения с тестовым температурнымфаспределением.133'

Актуальность проблемы.

Актуальность технологической задачи: в области плазменного- и детонационно-газового* напыления (Д1 И) - металлических и композиционных порошковых покрытий на" изделия связана с улучшением, функциональных характеристик (прочность, связи с- основой, структура* пористости, кристаллическая* структура и т.д.), обеспечивающих более высокий ресурс их эксплуатации. Такие покрытия-производятся с помощью» мелкодисперсного порошка частиц металла или их оксидов, распыленных дозатором технологической установки напыления в процессе загрузки порошка, например, в струю плазматрона или- струю ДГН; истекающей из выходного «сопла» установки- напыления: Объемная плотность, напыляемых частиц* в» транспортирующей струе обычно не велика, поэтому такие гетерогенные многофазные потоки'называют «запыленными» струями.

При-плазменном' напылениишокрытий в последнее время применяют и комбинированные технологические способы, использующие предварительно« ^ активированные* механосинтезом и- модифицированные наночастицами агломераты частиц (микрокомпозиты): Свойства и функциональные характеристики порошковых покрытий в процессе их формирования во многом определяются "параметрами' 'скорости и температуры частиц дисперсной^ фазы, которые являются распределенными- динамическими параметрами двухфазного потока, так как в любом поперечном, сечении потока (и в целом по* всему потоку) частицы характеризуются изменяющимися во времени определенными распределениями-по скоростям, температурам, размерам и другим параметрам. Поэтому измерение только лишь одного «осредненного»' значения температуры, а также и одного «осредненного» значения скорости- частиц, в непосредственной близости- к напыляемому покрытию не может считаться достаточным, так как, кроме частиц потока с «осредненными» - значениями температуры и скорости, на функциональные характеристики покрытия оказывают влияние и все остальные, частицы, потока с отличающимися значениями температур5 и скоростей. Следует заметить, что в, потоке в: действительности может и не оказаться: частиц с: «осредненными» значениями температуры, и; скорости, например, когда температурное распределение: частиц состоит из неперекрывающихся5 разнесенных- между собой двух мод и «осредненное» значение температуры- частиц? приходится! на промежуток между ними; Следовательно; вид распределений и значения? их параметров, оказывают существенное влияние , на; функциональные характеристики напыляемых покрытий.

Измерение скорости и температуры дисперсной фазы потока в технологии • ДГН : затруднено? ■ в связи? с; проявлениями характерных особенностей; процессов взрыва и горения: К тому же, при разработке большинства, приборов;' • измерения« температурно-скоростных параметров' высокотемпературных быстропротекающих технологических процессов: получения покрытий не всегда учитывается гетерогенность и дисперсность сред, высокая« температура, быстротечность и распределенный характер; измеряемых параметров;; Кроме; того, частицам дисперсной фазы, рассматриваемым как конденсированная5 фаза потока, в, различных сечениях, струи? характерна определенная степень динамической- и тепловой неравновесности фаз двухфазного потока.,.

В связи с этим; необходим? комплексный: подход,, опирающийся на развитие физико-математических!-моделей процессов напыления- и на разработку методов и аппаратуры; для оперативной: диагностики состояния-дисперсной и газовой фаз в потоке, а также свойств получаемых покрытий;

Состояние вопроса;

Быстродействующие бесконтактные: оптико-электронные: анемометры позволяют получать данные о динамике сверхскоростных гетерогенных потоков и новых эффектах, в дисперснофазных средах, характеризующихся появлением локальной самоорганизации и стратирования потока в виде метастабильных кластеров. Среди методов измерения скорости двухфазных потоков или их компонентов следует выделить: лазерно-доплеровскую анемометрию (ЛДА), интегральные и дискретные время-пролетные'методы, а также быстроразвивающиеся в« последнее время стробоскопические «трековые» методы измерения скорости потока частиц с помощью-быстродействующих оптических затворов и телевизионных ССВ-матриц высокого разрешения. В области ЛДА следует выделить труды и научные публикации Ю.Н. Дубнищева и Б.С. Ринкевичюса. Методы ЛДА позволяют определять локальные скорости в различных локальных участках фиксированного поперечного? сечения потока, однако такой способ накопления статистики по скорости происходит в различные моменты времени быстропротекающего процесса. Поэтому в фиксированном поперечном' сечении- потока гистограмма распределения скоростей^ частиц, определяемая» традиционным методом накопления статистики по отдельным частицам, пересекающих это- сечение в различные* времена (соответствующих ■ различным). пространственно-временным состояниям), может не соответствовать истинному распределению скоростей' частиц (поток может быть не полностью стационарным и эргодическим):

В области интегральных и дискретных время-пролетных методов измерения скорости частиц двухфазного потока можно выделить публикации П.Ю. Гуляева с соавторами.

Среди стробоскопических «трековых» методов измерения скорости с помощью быстродействующих'оптических затворов и телевизионных ССБ-матриц высокого разрешения можно отметить публикации Ф. Бианканьелло, К. Прессера и С. Риддера. . , , , ,

В настоящее время узкозонным полупроводниковым приемникам (А,=8. 14 мкм), основанным на генерации светом носителей заряда по механизму "зона-зона" присуще ряд недостатков: высокий уровень шумов, вызывающий необходимость их глубокого охлаждения, трудность в организации режима накопления, низкие воспроизводимость и надежность, низкая стойкость к радиации и воздействию внешней среды.

Перспективны для устранения указанных недостатков широкозонные пироэлектрические приемники ИК-излучения, которые имеют широкий рабочий диапазон ИК—излучения (71=1. 15 мкм). К тому же; регистрировать собственное излучение слабонагретых объектов и тем более наблюдать малые перепады температуры на их поверхности не позволяют ни специальные фоточувствительные материалы, ни телевизионные трубки с полупроводниковой мишенью. Наибольшей эффективностью обладают оптико-электронные системы измерения скорости и температуры, в том числе системы на основе пироэлектрических детекторов, которые обладают потенциально «высокими технико-эксплуатационными характеристиками.

В; области методов, спектральной пирометрии как наиболее * перспективных в настоящее время1 можно выделить публикации А.Н. Магунова-, Л.Н. Латыева, К. Мураока, М*. Маеда и многих других. Однако и у ■> этих авторов при измерении температуры практически не учитывается распределенный характер данного параметра^ определение которого связано « с решением традиционно сложной «обратной» задачи.

Дальнейшее развитие технологий в области микро- и наноэлектроники по созданию наногетероструктур, а именно, по созданию фотоприёмников на эпитаксиальных гетероструктурах с квантовыми ямами и фотоприёмниковгна квантовых точках, расширяет на новом качественно более высоком уровне возможности схемотехники- СБИС'чдлж-разработки и реализации новых-регистрирующих приборов и устройств. Например, твердотельные полихроматоры, в том числе в виде наноразмерных покрытий прямо на поверхности чувствительного элемента фотоматрицы, позволяют почти на три порядка увеличить мощность оптического сигнала, регистрируемого датчиком, за счет отсутствия входных апертурных щелей, а заодно и самого монохроматора. Тем самым, оптико-электронные и тепловизионные микропроцессорные измерительные системы расширяют возможности исследования быстропротекающих гетерогенных процессов^ в области^ экспериментальной^ физики^непромышленных технологий;

Цель работы заключается в разработке методов и автоматизированных приборных комплексов, предназначенных, для измерений скорости и температуры, частиц как распределенных параметров двухфазного потока в* быстропротекающих процессах напыления; порошковых« покрытищ, и-использование: которых позволяет оптимизировать технологии напыления; порошковых: покрытий« с улучшенными1 функциональными? характеристиками:. распределенного«

Задачи исследования:

Г. Разработать» метод; измерения скорости« частиц как, параметра двухфазного потока в быстропротекающих процессах напыления порошковых покрытий. •

2. Разработать метод.измерения температуры частиц как распределенного параметра двухфазного потока в быстропротекающих процессах напыления порошковых покрытий;, ,

3. Создать автоматизированные комплексы с программно-аппаратным обеспечением для измерения скорости и температуры как распределенных параметровщвухфазного потока в быстропротекающих процессах напыления порошковых, покрытий.

4: Разработать методики и устройства калибровки и тестирования автоматизированных комплексов для измерения скорости итемпературы как распределенных параметров: двухфазного потока в; быстропротекающих процессах напыления порошковых покрытий!

Научная новизна результатов исследований:

1. Разработан метод ' измерения скорости частиц как распределенного параметра двухфазного потока в быстропротекающих процессах напыления порошковых покрытий; : с/""' использованием многоканального пироэлектрического детектора; обеспечивающего с высокой эффективностью за: счет широкого спектрального; диапазона учет в выходном- сигнале: вклада излучения от «низкотемпературных» частиц,.тем самым способного измерять с; большей;;; достоверностью^ чем; фотодиодные и ] 13С-фотоприемники, концентрацию неоднородно нагретых частиц в измерительном объеме.

2. Разработан метод измерения температуры;частиц, как распределенного параметра двухфазного потока посредством , «обращения»- их: интегрального -теплового спектра; в виде; разложения по «виновским» спектрам. Процедура метода по восстановлению? гистограммы^ температурного* распределения: частиц характеризуется- численной« устойчивостью, благодаря применению адаптации« «многоцикловых: встречных» прогонок к системе рекуррентных уравнений^ содержащей? неизвестные;; компоненты температурной? гистограммы. ч

35 Созданы , автоматизированные л комплексы^ для« измерения» скорости? и температуры, как/ распределенных параметров» двухфазного* потока в, быстропротекающих процессах напыления; порошковых покрытий. Комплексы на основе измеряемых параметров;; скорости« и температуры . частиц; позволяют исследовать волновую- динамику двухфазного потока частиц; в различных его пространственных: сечениях при? напылении: покрытий;, визуализировать результаты . исследования в ходе процесса напыления, способствуя • - • : тем1 - - самым - эффективному решению технологической задачи? получения покрытий; с заданными, функциональными характеристиками.^ ^

4. Разработан способ высокоточною стабилизации выходного тока импульсного стабилизатора с цифровым адаптивным ШИМ-регулированием, обеспечивающий прецизионное управление: температурой эталона «абсолютно черного - тела» для; калибровки регистратора теплового спектра потока частиц.

Методы;исследования идостоверность полученныхрезультатов.

Решение поставленных в диссертационной работе задач осуществлялось методами экспериментальной физики, численного и аналитического^ моделирования. Среди них можно выделить методы электрических измерений, в том числе методы измерений на основе многоэлементных приемников излучения (фотоприемников) и оптико-электронных приборов; вычислительные методы, методы решения обратных задач, методы статистической' обработки экспериментальных данных. В качестве основных теоретических положений" и направлений использовалась теория взаимодействия излучения с веществом (излучение и поглощение света), физика полупроводников и др.

Достоверность полученных результатов обеспечена адекватным применением теории измерений, теории погрешности и цифровой обработки, сигналов; применением стандартных приборов. На всех этапах работы происходило сопоставление полученных результатов с теоретическими моделями, результатами математического' и- компьютерного моделирования, а также-с результатами-тестовых ^ физических экспериментов. Проводилось апробирование методик на тестовых данных.

Практическая ценность работы:

Разработанный метод измерения многоканальным пироэлектрическим детектором скорости частиц как распределенного параметра двухфазного потока* в быстропротекающих процессах напыления покрытий и на его основе созданный-автоматизированный1-измерительный комплекс позволяют оценивать неоднородность параметра скорости потока частиц в» различных его сечениях, а также1 контролировать- динамику этой неоднородности в процессе напыления покрытия непосредственно на технологической установке напыления.

Данный метод с учетом особенностей его калибровки может быть применен для измерения и контроля скорости фронта волны горения в процессе «самораспространяющегося'высокотемпературного синтеза (СВС)» порошковых материалов с целью анализа и управления динамикой процессов структурных и фазовых превращений в ходе реакции СВ-синтеза.

Разработанный метод измерения температуры частиц как распределенного параметра двухфазного потока посредством «обращения» их интегрального' теплового спектра в виде разложения по «виновским» спектрам, а также на его основе созданный автоматизированный измерительный комплекс позволяют оценивать температурную неоднородность потока частиц в различных его сечениях и контролировать динамику этой неоднородности- < в процессе напыления покрытия непосредственно на технологической установке напыления (на плазматроне или на установке ДГН).

Созданные автоматизированные измерительные комплексы позволяют проводить исследования структуры и динамики? двухфазного потока частиц в различных его пространственных сечениях при напылении покрытий, в частности, непосредственно ■> вблизи перед покрытием' изделия. Это дает возможность контролировать и поддерживать необходимые оптимальные параметры взаимодействия» частиц с напыляемой поверхностью и, тем самым, дает возможность целенаправленно» влиять на функциональные характеристики покрытия. Возможность визуализации' результатов' измерения в ходе процесса напыления повышает эффективность, работы оператора технологическойустановки напыления.

Разработанный- способ высокоточной стабилизации выходного тока импульсного стабилизатора' с цифровым; адаптивным ШИМ-регулированием обеспечивает прецизионное управление температурой модели (эталона) «абсолютно черного- тела» для* калибровки регистратора теплового спектра потока частиц.

На защиту выносятся следующие основные научные положения:

1. Метод измерения скорости частиц как распределенного параметра двухфазного потока в быстропротекающих процессах напыления порошковых покрытий с использованием многоканального пироэлектрического детектора.

2. Метод измерения температуры частиц как распределенного^ параметра-двухфазного потока посредством «обращения» их интегрального* теплового спектра в виде разложения* по «виновским» спектрам, с использованием «многоцикловых встречных прогонок» для регуляризации* процедуры восстановления4 гистограммы температурного распределения частиц.

3. Автоматизированные комплексы для измерения- скорости и температуры* как, распределенных параметров двухфазного потока, в, быстропротекающих процессах напыления порошковых покрытий.

Публикации:*

Основные1 результаты диссертации опубликованы- в 14-ти печатных работах, из них 6 статей опубликованы в журналах из списка ВАК., Апробация'работы:"'.

Основные положения- и результаты диссертационной3 работы докладывались и г обсуждались * на всероссийских и международных научно-практических-конференциях: Электронные средства и' системы* управления. Опыт инновационного развития - Томск, 2007г.; Моделирование неравновесных систем «МНС-2007», - Красноярск 2007 г,. Актуальные' проблемы радиофизики «АПР" 2008» - Томск 2008 г., Моделирование неравновесных систем «МНС-2008», - Красноярск 2008г., Виртуальные и интеллектуальные системы «ВИС-2009», - Барнаул 2009 г., Исследование, разработка'и «применение высоких технологий* в промышленности - Санкт-Петербург 2009г., Актуальные проблемы радиофизики «АПР 2010» — Томск 2010 г.

Структура и объем работы:

Диссертационная- работа состоит из введения, 4-х глав, заключения* и списка литературы. Общий объем диссертации — 179 страниц текста, в т.ч.

Основные выводы и результаты;

В рамках выбранной цели исследований и поставленных задач сделаны, и получены следующие выводы и результаты:

1. Разработан метод измерения скорости частиц как распределенного параметра-: двухфазного потока, в быстропротекающих процессах: напыления порошковых; покрытий; с использованием? многоканального пироэлектрического детектора; обеспечивающего с высокой эффективностью; учет в выходном сигнале вклада излучения от «низкотемпературных» частиц, тем самым способного измерять с большей? достоверностью, чем фотодиодные: и. ПЗС-фотоприемнпки, концентрацию неоднородно' нагретых частиц в измерительном объеме.

2. Разработан метод измерения температуры частиц как распределенного параметра: двухфазного шотока посредством* «обращения»* их интегрального' теплового1:спектра в, виде: разложения; по «виновским» спектрам., Процедура-метода^ по? восстановлению гистограммы^ .температурного распределения частица характеризуется! численной устойчивостью; благодаря применению адаптации «многоцикловых встречных» прогонок к системе рекуррентных уравнений, содержащей неизвестные компоненты температурной гистограммы.

3. Созданы автоматизированные комплексы для« измерения скорости и температуры как распределенных параметров двухфазного потока в: быстропротекающих процессах^ напыления: порошковых . покрытий. Комплексы нал основе: измеряемых параметров скорости и температуры частиц позволяют исследовать волновую- динамику , двухфазного потока: частиц в различных егог пространственных сечениях при напылении покрытий, визуализировать результаты исследования^ в; ходе процесса напыления, способствуя тем1 самым эффективному решению технологической задачи получения покрытий с заданными функциональными характеристиками.

4. Разработан способ высокоточной стабилизации выходного тока импульсного стабилизатора с цифровым адаптивным ШИМ-регулированием, обеспечивающий прецизионное управление температурой эталона «абсолютно черного тела» для калибровки регистратора теплового спектра потока частиц.

5. Разработаны устройства - имитаторы для тестирования методов измерения скорости и температуры, подтверждающие их достоверность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Кавалеров Г.И. Введение в информационную теорию измерений / Г.И. Кавалеров, С.М. Мандельштам. М.:,Энергия, 1974. - 376 с.

2. Эльясберг П.Е. Измерительная- информация. Сколько ее нужно, как ее обрабатывать? / П.Е. Эльясберг. М.: наука, 1983. — 208 с.

3. Новицкий П.В. Основы информационной теории измерительных устройств / П.В. Новицкий. Л.: Энергия, 1968.- 248 с.

4. Страхов А.Ф. Автоматизированные измерительные комплексы / А.Ф. Страхов. М.: Энергоиздат, 1982. — 216 с.

5. Петраков A.B. Автоматические телевизионные комплексы для* ' I Iрегистрации быстропротекающих процессов / A.B. Петраков. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 152 с.

6. Сафронов Ю.П. t Инфракрасные^, распознающие устройства / Ю.П. Сафронов, Р.И. Эльман. — М.: Военное изд-во Мин. Обороны СССР; 1976. -208 с.

7. Физика и техника инфракрасного излучения / Пер. с англ.; под общ. Ред. HB. Васильченко. -М.: Сов. Радио, 1965. 644 с.

8. Новицкий Л.А. Фотометрия быстропротекающих процессов / Л.А. Новицкий, Б.М*. Степанов. М-.: Машиностроение, 1983.

9. Климин В.Ф. Оптические методы регистрации быстропротекающих процессов / В.Ф. Климин, А.Н. Папырин, Р.И. Солоухин. Новосибирск: Наука, 1980.- 208 с.

10. Полоник B.C. Телевизионные автоматические устройства / B.C. Полоник.1 *-М.: Связь, 1974.

11. П.Грязин Г.Н. Импульсные телевизионные датчики / Г.Н. Грязин. М.: Связь, 1980.-102 с.I

12. Стемпковский А.Л. КМОП-фотодиодные СБИС перспективная элементная база однокристальных систем приёма и обработки изображений / А.Л. Стемпковский., В.А. Шилин // Электроника: наука, технология, бизнес. - 2003. - № 2. — С. 14-20.

13. Тарасов В.В. Двух- и много диапазонные оптико-электронные системы с матричными приемниками излучения / В.В. Тарасов, Ю.Г. Якушенков. -М.: Университетская книга, 2007. -192 с.

14. Тарасов-В.В. Оптико-электронные системы визуализации и обработки оптических изображений / В.В. Тарасов, Ю.Г. Якушенков. М.: ОАО ЦНИИ ЦИКЛОН, 2007. - 285 с.

15. Сверхбольшие интегральные схемы и. современная обработка сигналов: Пер. с англ. / Под ред. С. Гунна, X. Уайтхауса, Т. Кайлата.- М.: Радио и связь, 1989.-472 е.: ил.

16. Кузнецов' Ю.А. Микросхемотехника БИС на приборах с зарядовой1 связью / Ю:А. Кузнецов, В.А. Шилин. М-.: Радио и связь, 1988. - 160sc.

17. Полупроводниковые формирователи сигналов изображения. Под ред. П. Йесперса, Ф. Ванде Виле, М. Уайта. Пер. с англ. М.: Мир, 1979. 575'с.

18. Пресс Ф.П. Формирователи^ видеосигнала на приборах с зарядовой связью / Ф.П. Пресс. -М.: Радио и связь, 1981. 136 с.

19. Иордан В.И. Эффективные методы определения*энергетического спектраматриц большой размерности» в задачах экспериментальной физики' :|диссертация . канд. физ.-мат. наук. : 01.04.01. Барнаул, 2003. -205-е:

20. Галимзянов Ф.Г. Теория внутреннего турбулентного движения: Монография- / Ф.Г. Галимзянов, Р.Ф: Галимзянов; под ред. Ф.Г. Галимзянова: Уфа: Эксперт, 1999. - 352 е.

21. Приборы с зарядовой связью / Под ред. М. Хоувза, Д. Моргана; под ред. Ф.П. Пресса. М.: Энергоиздат, 1981. - 372 с.

22. Пустынский И.Н. Адаптивные фотоэлектрические преобразователи смикропроцессорами / И.Н. Пустынский, B.C. Титов;-Т.А. Ширабакина. -М.~: Энергоатомиздат, 1990.- 80 с.

23. Пустынский -И:Н. Диссекторные следящие системы / И.Н: Пустынский, С.М. Слободян. -М.: Радио и связь;-1984. -136 с.

24. Преснухин JI.H. Фотоэлектрические- преобразователи информации / JI.H. Преснухин, В.Ф. Шаньгин, С.А. Майоров и др.; под ред. JI.H. Преснухина. -М.: Машиностроение, 1974. 376 с.

25. Аксененко М.Д. Приемники оптического излучения: Справочник / М.Д. Аксененко, M.JI. Бараночников. М.: Радио и связь, 1987. - 296 с.

26. Зотов В.Д. Полупроводниковые устройства восприятия оптической информации / В.Д. Зотов. М.: Энергия, 1976. - 152 с.

27. Ишанин Г.Г. Приемники излучения оптических и оптико-электронных приборов / Г.Г. Ишанин. — JI.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1986. — 175 с.

28. Ишанин F.F. Источники и приемники излучения / Г.Г. Ишанин, Э.Д. Панков, B.C. Радайкин. — Л:: Машиностроение, Ленингр: отд-ние; 1982. — 224 с.

29. Секен К. Приборы с переносом заряда / К. Сенек.; Пер. с англ.; под ред. В .В. Поспелова, P.A. Суриса. М.: Мир, 1978. - 327 с.

30. Якушенков Ю.Т. Теория и расчет оптико-электронных приборов: Учебник для студентов приборостроительных специальностей вузов / Ю.Г. Якушенков. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989. - 360 е.: ил.

31. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов: учебное пособие- для. приборостроительных вузов / М.М*. Мирошников. — 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, Ленингр. Отд-ние, 1983. - 696 с.: ил.

32. Петров A.C. Основы приема оптических сигналов: учебное пособие / A.C. Петров. Томск: Изд-во Томск, ун-та, 1982. - 144 с.

33. Купершмидт (Я.А. Точность телеизмерений' / Я.А. Купершмидт. М.: Энергия, 1978.

34. Новицкий П.В. Оценка погрешностей* результатов измерений- / П.В. Новицкий: Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1985. - 248 с.

35. Каверкин И.Я. Анализ и синтез измерительных систем / И.Я. Каверкин, Э.И. Цветков. Ленингр. Отд-ние, 1974.

36. Порфильев Л.Ф. Теория оптико-электронных приборов и систем / Л.Ф. Порфильев. Л.: Машиностроение, Ленингр: отд-ние, 1980. - 272 с.

37. Порфильев Л.Ф. Основы теории преобразования сигналов в оптико-электронных системах: Учебное пособие для приборостроительныхспециальностей вузов / Л.Ф. Порфильев. Л.: Машиностроение, 1989. - 37

38. Козинцев В.И. Оптико-электронные системы экологического мониторинга природной среды / В.И. Козинцев, М. Орлов, M.JI. Белов. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 528 с.

39. Катыс Г.П. Восприятие и анализ оптической информации автоматической системой / Г.П. Катыс. — М.: Машиностроение, 1986. 416 с.

40. Ллойд Дж. Системы тепловидения / Дж. Ллойд.; Пер. с англ.; под ред. А.И. Горячева. М.: Мир, 1979. - 416 с.

41. Евтеев Ю.И. Цифровые системы обработки сканируемой информации / Ю.И. Евтеев, Б.Н. Юрухин. -М.: Энергия, 1975.

42. Свет Д.Я. Объективные методы высокотемпературной пирометрии при1. ' . 1 \liihнепрерывном спектре излучения / Д.Я: Свет. — М.: Наука, 1968. — 240 с.

43. Свет Д.Я. Оптические методы измерения истинных температур / Д.Я. Свет. М. : Наука, 1982. - 296 с.

44. Чернин С.М. Измерение температуры малых тел пирометрами излучения / С.М. Чернин, A.B. Коган. М.: Энергия, 1980.

45. Поскачей A.A. Пирометрия объектов с изменяющейся излучательной способностью / A.A. Поскачей, Л.А. Чарихов. М.: Металлургия, 1978.

46. Поскачей A.A. Оптико-электронные системы измерения температуры / A.A. Поскачей, Б.П. Чубаров. М.: Энергия, 1979.

47. Гордов А.Н. Основы пирометрии / А.Н. Гордов. М.: Металлургия, 1971.

48. Линевег Ф. Измерение температур в технике / Ф. Линевег. -М.: Металлургия, 1980.*

49. Олейник Б.Н. Приборы и методы температурных измерений: Учеб. пособие для учащ-ся средних спец; учеб. заведений по спец-ти «Электротеплотехнические измерения» / Б.Н. Олейник. М.: Изд-во стандартов, 1987.- 296 с, с илл.

50. Кадышевич А.Е. Измерение температуры пламени / А.Е. Кадышевич. -М.; Машгиз, 1962.

51. Магунов А.Н. Спектральная пирометрия (обзор) / А.Н. Магунов. // Приборы и техника эксперимента, 2009. — № 4. — С. 5-28.

52. Gardner J.L. High Temperatures High Pressures / J.L. Gardner, T.P. Jones, M.R. Davies. - 1981, V. 13, P. 459.

53. Duvaut Th. Infrared Phys. Technol. / Th. Duvaut., 2008, Y. 51, P. 292.

54. Гуляев П.Ю. Виновский критерий выбора параметров редукциитемпературного распределения частиц по* их суммарному тепловому спектру / П.Ю. Гуляев, В.И. Иордан, И.П. Гуляев, A.A. Соловьев // Изв. вузов! Физика. - 2008. - Т.51. - № 9/3. - С. 69-76.

55. Дубнищев Ю.Н. Методы лазерной доплеровской анемометрии / Ю.Н. Дубнищев, Б.С. Ринкевичюс,- М.: Наука, 1982.- 303 с.

56. Дубнищев Ю.Н. Оптические методы диагностики потоков / Ю.Н. Дубнищев. // Автометрия. 1998; № 6. - С. 93-105.

57. Ринкевичюс Б.С. Лазерная анемометрия / Б.С. Ринкевичюс,-М:¡Энергия, 1987.-289 с.59:Durst F. Principles and practice of laser-doppler anemometry / F. Durst,

58. Тихонов^ А.Н. Математические задачи компьютерной томографии / А.Н. Тихонов, В.Я. Арсенин, A.A. Тимонов. М.: Наука, 1987.

59. Пикалов В.В. Реконструктивная* томография в газодинамике и физике плазмы / В.В. Пикалов, Н.Г. Преображенский. Новосибирск: Наука, 1987. - '

60. Г. ван дер Хюлст Рассеяние света малыми частицами / Г. ван дер Хюлст. -М.: ИЛ, 1961. -536 с.

61. Mié G. Beitrage zur Optik trüber Medien, speziell kolloidaler Metallosunden. Annalen der Physik / Mie G. Beitrage. Bd. 25, № 2, S. 377, 1908.

62. Шифрин K.C. Рассеяние света в мутной среде / К.С. Шифрин. -М.: Гостехиздат, 1951.-288 с.

63. Stratton I. A theoretical investigation of the transmission of light through'fog /

64. Stratton, H. G. Houghton-Physical Review.-Vol. 38,1931.-159p.

65. Тихонов'А.Н. Методы решения некорректных задач / А.Н. Тихонов, В.Я. Арсенин. — М.: Наука. Глав. ред. физ.-мат. литературы, 1978.- 288 с.

66. Тихонов А.Н. Новый метод восстановления истинных спектров / А.Н. Тихонов, В.Я. Арсенин, A.A. Думова, JI.B. Майоров, В.И1. Мостовой. — Атомная энергия, 1965, 18, № 6.

67. Морозов В.А. О принципе невязки при решении несовместных уравнений методом регуляризации А.Н. Тихонова / В.А. Морозов.- ЖВМ и МФ, 1973,13, №'5.

68. Тихонов А.Н. К вопросу об обработке аппаратурных спектров у квантов и быстрых нейтронов, измеренных с помощью однокристальных сцинтилляционных спектрометров / А.Н. Тихонов, В.Я. Арсенин, JI.A.1.«

69. Владимиров, Г.Г. Дорошенко, A.A. Думова.- Изв. АН СССР, сер. физическая, 1966, XXXIX, № 5.

70. Тихонов А.Н. Определение функции распределения электронов-плазмы по спектру тормозного излучения / А.Н. Тихонов, В.В. Аликаев, В.Я. Арсенин, A.A. Думова.- Журнал эксп. и теор. физики, 1968, 55, № 5.

71. Гуляев Н.Ю. Пирометр с, широтно-импульсной модуляцией на основе МДП-фотодиодных матриц в режиме накопления заряда / П.Ю. Гуляев, В.И. Иордан // Известия,вузов. Физика.-2006.-Т.49.-№9. Приложение. С. 132-136.

72. Прэтт У. Цифровая* обработка изображений / У. Претт.- М: Мир, т.1, 1982.- 310 е.; т.2, 1982.- 790 с.

73. Microchip Technology Inc. is,.a. .Leading. Provider of Microcontroller andr

74. Atmel Corporation: Industry Leader in the Design andl Manufacturé of AdvancedSemiconductors Электронный ресурс./ - 2010L— Режим:доступа:http://www.atmel.com/, свободный: Загл. с экрана.— Яз. Англ.

75. Analog, Embedded Processing, Semiconductor Company, Texas Instruments Электронный ресурс./ 2010: - Режим доступа: http://www.ti.com/., свободный. - Загл. с экрана - Яз. Англ.

76. Грушвицкий Р.И. Проектирование систем? на микросхемах . программируемой логика / Р.И. Грушвицкий, А.Х. Мурсаев, • Е.1Т.

77. Угрюмов: СПб:: БХВ-Иетербург, 2002; - 608 е.,

78. Гуляев П.Ю; Оптико-электронная система диагностики двухфазных потоков динамическим методом счета частиц / П.Ю. Гуляев, В.И. Иордан, И.П. Гуляев, A.A. Соловьев. // Изв. вузов. Физика.-2008.-№9/3.-С. 79-87.V

79. Нигматулин PI И. Динамика многофазных сред / Р.И. Нигматулин. М.: Наука, 1987.- 464 с.'i

80. Ligthill MJJ. On kinetic waves I: Flood Movement in Long Rivers / M:J. Eigthill, G. B. Whitham. // Proc. of the Royal Society Ser. A. 1955. ~ Vol. 229. --No. 1178. --P. 281-316.

81. Уизем Дж. Линейные и нелинейные волны / Дж. Уизем. М.: Мир, 1977. -622 с. • ' • и" !'93."Pyroelectric Detectors General Characteristics / Electro Optical Components, Inc. Электронный ресурс., 2009. Режим доступа: http://www.eoc-inc.com

82. Косоротов В:Ф. Пироэлектрический эффект и его применение / В.Ф. Косоротов, В.Б. Самойлов, Л.В. Щедрина.; Под ред. Л.С. Кременчугского. -Киев: Ин-т физики, 1989. -223 с.

83. Жуков М.Ф. Высокотемпературные запыленные струи в. процессе обработки порошковых материалов Текст.: монография^ М4.Ф. Жуков, О.П. Солоненко; под ред. акад. В.Е. Накорякова. Новосибирск: СО" АН СССР, ин-т Теплофизики, 1990. - 516 с.

84. Иордан-В.И. Виртуальный метод измерения температуры потока частиц при напылении порошковых покрытий / В.И. Иордан, A.A. Соловьев; В.Б. Маркин. // Ползуновский альманах, Т.2, 2009.-200 е.- С. 128-131.

85. Pyroelectric Infrared Sensors / Murata Manufacturing Co.4, Ltd. Электронный ресурс.® 2009: Режим доступа: http://www.murata.com.

86. Pyroelectric Detectors- General* Characteristics / Electro Optical Components, Inc. Электронный ресурс., 2009. — Режим доступа: http://www.eoc-inc.com.

87. NEC Electronics Электронный ресурс./- 2007. — Режим доступа: http://www.necel.com/, свободный. Загл. с экрана - Яз. Англ.

88. Laptops, HDTVs, HD DVD-Players, Medical Imaging & More Toshiba America Inc Электронный ресурс./- 2007. - Режим доступа: http://www.toshiba.com/, свободный. - Загл. с экрана - Яз. Англ.

89. Волович Г.И.; Схемотехника . ^аналоговых аналого-цифровых электронных устройств / Г.И. Волович. М.: Издательский дом «Додэка XXI», 2005. - 528 с.

90. Иордан В.И. Оптико-электронный имитатор теплового излучения для тестирования системы измерения температуры частиц при напылении порошковых покрытий / В.И. Иордан, A.A. Соловьев. // Изв. вузов. Физика.-2010.- Т.53.- №9/3.-С. 70-76.

91. Латыев Л.Н. Излучательные свойства твердых материалов: справочник / Л.Н. Латыев, В.А. Петров, В.Я. Чеховской и др.; под общ. ред. А.Е. Шейндлина. М.: Энергия, 1974. - 472 е., илл.I1. Щ. ^ ^^5(1 Щ ||)эИ.1 Ш Ш Л}"