Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время широкое распространение имеют автоматические средства наблюдения, работающие в инфракрасном диапазоне спектра. В задачи данных информационно-измерительных комплексов входит сбор с датчиков сенсорной системы данных об объекте, подлежащем контролю, обработка поступающей информации и выдача пользователям данных в удобном для принятия решений виде.
Современный этап развития технических средств анализа и визуализации ИК-данных характеризуется, во-первых, существенным ростом объемов данных, получаемых при анализе объектов с сенсоров, во-вторых, стремлением извлечь из полученных данных максимум достоверной информации и, в-третьих, стремлением переложить на ЭВМ большую часть нагрузки, создаваемой при принятии решения Из этого вытекает необходимость создания автоматизированных информационно-измерительных систем (ИИС) работы с излучением в ИК-диапазоне
Рассматриваемые системы содержат генератор ИК-излучения, воспроизводящий тепловую картину фоно-целевой обстановки Обеспечение подобия излучения имитатора излучению реального объекта, вызывает необходимость использования более совершенной элементной базы для их конструирования, в частности полунатурных моделей, что приводит к увеличению материальных затрат на проведение исследований
Альтернативным методом решения задач моделирования изображения является создание излучателей матричного типа Приборы данного класса обеспечивают возможность генерации произвольных изображений Однако на тек> щий момент существует ряд проблем в этой области, связанных как с час-то'ными диапазонами излучения, так и с динамическими характеристиками формируемых картин
В силу разнообразия принципов функционирования тепловых излучателей не существует единой аналитической модели их работы, обеспечивающей сквозное определение параметров и характеристик излучающих экранов Отсутствие алгоритмов расчетов вызвано стремлением авторов решать отдельные прикладные задачи без интеграции полученных данных в единые комплексы.
Все выше перечисленное, а именно потребности в создании технических объектов, обеспечивающих генерацию изображения материальных приборов и систем в ИК-диапазоне, отсутствие общей теории анализа и расчета парамет-
ров систем излучателей объясняет необходимость и актуальность исследований, проведенных в диссертации.
Объектом исследования диссертационной работы является система формирования пространственного сигнала в дальнем инфракрасном диапазоне спектра, состоящая из взаимодействующих частей, таких как излучающие элементы, блок управления и блок хранения информации о формируемой сигнале
При создании систем формирования пространственного теплового сигнала необходимым этапом является расчет параметров основных элементов, методика которого в настоящее время отсутствует. Это обуславливает выбор в качестве предмета исследования технических характеристик системы формирования пространственного теплового сигнала, обеспечивающих пространственное и динамическое подобие излучений модели и реального объекта
Цель диссертации: повышение эффективности и качества работы ИИС тепловых излучений путем создания методики проектирования систем генерации управляемого пространственного теплового сигнала, и построения математической модели процесса формирования теплового изображения.
В соответствии с поставленной целью автором решены следующие задачи:
Разработка структуры системы формирования пространственного теплового сигнала, имитирующего излучение физических объектов
Определение параметров единичных элементов излучающего экрана
Разработка математической модели динамики процессов нагревания и охлаждения элементов при их функционировании в составе излучающего экрана
4 Разработка методики теплового расчета элементов излучающего экрана при свободном и принудительном конвективном охлаждении
5. Разработка методики построения диаграмм направленности излучателей при их функционировании совместно и без рефлекторов.
Методы исследования. Проведенные исследования основаны на известных теориях и методах, а именно: теории подобия систем, теории теплопроводности, теории термодинамики и опираются на аналитические методы В основу работы положены достижения исследователей, работающих над аналогичными задачами: Бураковского Т., Гизиньского Е , Дорфмана А Ш , Кирпи-чева М В, Дульнева Г.Н.
Научная новизна работы заключается в следующем.
1. Предложена структура системы формирования теплового изображения подтвержденная патентом РФ №2262127, отличающаяся от известных наличием блока снижения последействия
Предложена модель устройства, обеспечивающего создание изображений в дальнем ИК—диапазоне спектра
Разработана методика построения диаграмм направленности излучателей, на базе методики реализована математическая модель построения диаграммы направленности для излучателя цилиндрической формы
Разработана методика расчета параметров систем формирования ИК-изображения, позволяющая создавать устройства данного класса с требуемыми характеристиками
Практическая ценность работы заключается в разработке комплекса алгоритмов вычислений для систем математического анализа, позволяющих определять такие характеристики систем формирования теплового изображения, как диапазон интенсивности излучения, время последействия элементов, изменение параметров системы при введении устройств принудительного охлаждения
Достоверность полученных теоретических результатов подтверждается корректным применением математического аппарата при получении конечных зависимостей, характеризующих процессы, протекающие при генерации теплового излучения, а также экспериментальными исследованиями ИИС на основе теплоизлучающего устройства матричного типа
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Структура системы формирования теплового изображения, отличающаяся наличием блока снижения последействия
Математическая модель устройства, обеспечивающего создание изображений в дальнем ИК-диапазоне спектра
Методика построения диаграммы направленности излучателей, позволяющая сравнительно просто получать данные о пространственном распределении излучения
Методика расчета параметров систем формирования пространственного теплового сигнала, позволяющая создавать устройства данного класса с требуемыми характеристиками.
Реализация результатов диссертационной работы. Практические результаты работы внедрены на ФГУП «ГНПП «Сплав» в виде методики расчета
тешіоизлучающего экрана с матричной структурой Теоретические результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс кафедры «Робототехники и автоматизации производства» ТулГУ
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на конференциях «Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов» проводимых в 2003-2004 гг; «Проблемы специального машиностроения», 2006г.; Всероссийская конференция, посвященная пятидесятилетию кафедры «Системы автоматического управления», 2006 г., научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета, 2004-2006 гг.
По теме диссертации опубликовано 11 работ, включенных в список литературы, в том числе- 1 патент РФ, 10 статей
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 33 рисунка, 4 таблицы, список использованной литературы изЛ7 наименований и 7 приложений Объем основного текста диссертации 151 страница
Похожие диссертации на Системы формирования управляемого теплового изображения
