Содержание к диссертации
Введение
1 Научно-техническая проблема разработки аппаратуры для контроля качества дистанционирующих решеток и пути её решения 10
1.1 Назначение дистанционирующих решеток в атомной энергетике и актуальность проблемы их контроля 10
1.2 Сравнительный анализ различных методов неразрушающего контроля контактно-точечных сварных соединений и современного состояния аппаратуры для их реализации 16
1.2.1 Дефекты сварных соединений и предъявляемые к ним требования 16
1.2.2 Радиационные методы и аппаратура 19
1.2.3 Акустические методы и аппаратура 24
1.2.4 Тепловизионные методы неразрушающего контроля и аппаратура 26
1.3 Определение целей и задач исследования 32
2 Теоретические исследования активного тепловизионного метода контроля точечной сварки 35
2.1 Термодинамическая модель процесса теплопереноса в зоне контактной сварки при активном тепловизионном методе контроля 35
2.2 Выбор метода решения дифференциального уравнения теплопроводности 39
2.3 Применение метода конечных элементов для решения задачи теплопереноса 42
2.4 Постановка задачи машинного эксперимента 45
2.5 Результаты численных исследований 49
2.6 Обсуждение результатов численных исследований 72
2.7 Краткие выводы по второму разделу 76
3 Разработка элементной базы тепловизионного дефектоскопа 78
3.1 Расчет параметров тепловизионного устройства 78
3.1.1 Обоснование требований, предъявляемых к дефектоскопу 78
3.1.2 Этапы разработки дефектоскопа 80
3.1.3 Энергетический расчет тепловизионного устройства дефектоскопа 82
3.1.4 Структурная схема и основные составляющие модули тепловизионнои установки дефектоскопа 96
3.1.5 Разработка и выбор компоновки и основных параметров оптической системы 97
3.1.6 Исследование возможности уменьшения влияния неоднородности чувствительности элементов InAs матричного фотоприемного устройства 118
3.1.7 Программное обеспечение для работы в комплексе с тепловизионным устройством 129
3.2 Определение параметров приёмного модуля ТВУ 135
3.3 Выводы по третьему разделу 141
4 Экспериментальные исследования тепловизионнои аппаратуры для неразрушающего тепловизионного метода контроля контактно-точечных сварных соединений 143
4.1 Введение 143
4.2 Параметры исследуемых образцов изделия и нагревателя 146
4.3 Результаты исследований и их анализ 149
5 Разработка автоматического тепловизионного дефектоскопа 158
Заключение 162
Приложение А 164
Приложение Б 179
Приложение В 181
Библиография 183
- Радиационные методы и аппаратура
- Постановка задачи машинного эксперимента
- Разработка и выбор компоновки и основных параметров оптической системы
- Определение параметров приёмного модуля ТВУ
Радиационные методы и аппаратура
В основе радиационных методов контроля качества сварных соединений лежит применение ионизирующих излучений, прохождение которых через вещество сопровождается ионизацией атомов и молекул среды, создающих радиационное изображение контролируемого объекта, с последующей регистрацией его на радиографическом снимке или записью изображения на запоминающем устройстве. При радиационном контроле используют, как минимум, два основных элемента [5] (рисунок 4): источник ионизирующего излучения 1 и детектор 3, регистрирующий дефектоскопическую информацию о контролируемом объекте 2.
При прохождении через изделие ионизирующее излучение ослабляется -поглощается и рассеивается. Степень ослабления зависит от толщины ё и плотности р контролируемого объекта, а также от интенсивности и энергии излучения. При наличии в веществе внутренних дефектов размером A3 изменяются интенсивность и энергия прошедшего сквозь изделие пучка излучения.
В зависимости от используемых детекторов различают пленочную радиографию и ксерорадиографию (электрорадиографию). В первом случае детектором скрытого изображения и регистратором статического видимого изображения служит фоточувствительная пленка, во втором - полупроводниковая пластина, а в качестве регистратора используют обычную бумагу.
При радиационно-дефектоскопическом контроле качества сварных соединений применяют источники излучения трех основных типов: рентгеновские аппараты, гамма дефектоскопы, заряженные радиоизотопными источниками излучения, а также ускорители электронов (бетатроны, линейные ускорители и митроны). Выпускаемые отечественной промышленностью источники фотонного излучения для неразрушающего контроля охватывают диапазон энергий от і 0 кэВ до 35 МэВ [4].
Рентгеновские аппараты применяются как источники фотонов в диапазоне энергий от единиц до сотен киловольт, по конструктивному исполнению делятся на моноблочные и кабельные, по напряжению отечественные рентгеновские аппараты подразделяют условно на следующие группы: до 160 кВ; от 160 до 400 кВ; 1 МэВ.
Гамма-дефектоскопы заряжаются радиоизотопными источниками. Основные, важные для дефектоскопии характеристики радиоизотопных источников - энергетический спектр излучения, выход излучения, период полураспада и геометрические размеры источников. Энергетический спектр гамма-излучения имеет характер дискретных линий, как правило, в широком диапазоне энергий и с различной относительной интенсивностью. В зависимости от энергий у-фотонов радиоизотопные источники излучения делят на три группы: источники с жестким у-излучением (энергия фотонов около 1 МэВ и более), источники с у-излучением средней энергии (от 0,3 до 0,7 МэВ) и низкоэнергетические источники у-излучения (энергия менее 0,3 МэВ).
Линейные ускорители, микротроны, бетатроны используются в качестве источников высокоэнергетического фотонного излучения в радиационных не-разрушающих методах контроля для придания электронам кинетической энергии в диапазоне от 1 до 100 МэВ. Большинство ускорителей работает в десятисантиметровом диапазоне длин волн. Ускорение электронов происходит в прямом волноводе благодаря осевому электрическому полю, создаваемому высокочастотным генератором. На конце волновода электроны ударяются в мишень, генерирующую тормозное рентгеновское излучение. Ускорители обеспечивают получение излучения с максимальной энергией от 1,5 до 30 МэВ.
Области применения различных источников излучения и методов радиационной дефектоскопии определяются по ГОСТ 20426-75 «Контроль неразру-шающий. Радиационные методы дефектоскопии. Область применения» и включают возможность контроля сварных соединений различных типов.
Рассмотрим возможности использования радиографического метода для контроля контактно-точечных сварных соединений в изделиях сложной формы.
В качестве регистраторов излучения в радиографическом методе нераз-рушающего контроля используют рентгеновские пленки. В этом методе расположение, форма и размеры внутренних дефектов определяются по фотографическому изображению теневой проекции изделия - рентгеновскому снимку. В радиографии используют свойство рентгеновских пленок изменять оптическую плотность после соответствующей фотообработки под действием ионизирующих излучений. Микродефекты неразъемных соединений имеют, как правило, характер пустот (раковин, трещин, непроваров и т.д.). На рентгеновских снимках эти дефекты выявляются в виде темных пятен (раковина, пора), искривленных линий (трещины) или полос (непровары) и т.д.
В процессе точечной сварки тонкостенных материалов электроды сварочной машины обеспечивают плотное прижатие листов в месте сварки. При пропускании через электроды тока в месте контакта происходит расплавление металла обоих листов и образование литого ядра, соединяющего свариваемые элементы. По радиографическим снимкам этих соединений удается выявить трещины, поры, раковины, выплески. Основной и наиболее опасный дефект контактно-точечных соединений - непровар. Этот дефект удается выявить радиографическим методом в случае, когда свариваемый металл обладает неоднородным химическим составом.
Выявить литую зону для титановых сплавов, сплавов АМг, АМц и сталей радиографическим методом не удается в связи с незначительным различием в ослаблении излучения в литой зоне и основном металле [4]. Такие же проблемы, по мнению автора, должны возникать и для циркониевого сплава типа Э-110.
Для того, чтобы обеспечить различие в коэффициентах ослабления, предлагается [4] вводить между свариваемыми листами контрастирующие материалы, обладающие более высоким коэффициентом ослабления, чем основной металл, которые в процессе сварки расплавляются и концентрируются на границе литого ядра, что и позволяет выявить литое ядро в процессе просвечивания. Для дистанционирующих решеток такой метод контроля может оказаться малопригоден ввиду технологических особенностей изготовления решеток.
Радиоскопический метод, в отличие от радиографического, позволяет наблюдать изображение просвечиваемого объекта в реальном масштабе времени. Интенсивность прошедшего ионизирующего излучения в радиоскопии оценивают при помощи флюороскопических экранов, электронно-оптических преобразователей, оптических усилителей и рентгеновских телевизионных систем. Производительность этого метода в 3-5 раз превышает производительность радиографического метода, однако чувствительность уступает той, которая достигается в радиографии. Возможности метода по выявлению литой зоны точечной сварки аналогичны радиографическому методу
Радиометрический метод контроля позволяет автоматизировать обработку результатов контроля [6]. Он основан на просвечивании исследуемых объектов узким коллимированным пучком излучения и регистрации прошедшего излучения высокоэффективными детекторами: сцинтилляционными кристаллами, газоразрядными счетчиками и др. (рисунок 5).
При сканировании объекта пучком на выходе детектора образуется электрический сигнал, величина которого пропорциональна плотности потока прошедшего через объект излучения.
Все приведенные радиационные методы хорошо зарекомендовали себя в промышленности для контроля различных видов сварных соединений. Однако для контроля контактно-точечных сварных соединений дистанционирующих решеток они являются малопригодными ввиду однородности свариваемых материалов, сложной конфигурации ячеек решеток, ограничивающей доступ к сварному соединению и требуют сложной технической реализации.
Дополнительным ограничением на применимость этих методов является необходимость использования при контроле ионизирующего облучения и, соответственно, принятия специальных мер, обеспечивающих безопасную работу дефектоскопического оборудования.
Постановка задачи машинного эксперимента
Рассмотрим постановку задачи машинного эксперимента применительно к дистанционирующим решеткам.
Для исследования распределения тепла при неразрушающем контроле необходимо задать геометрические и теплофизические характеристики, а также начальные и граничные условия исследуемой модели. В то же время отсутствует необходимость анализа всей внутренней поверхности ячейки. Потому в качестве исследуемой модели, без потери сущности, были взяты две пластины, соединенные контактно точечной сваркой. К тому же такая модель соответствует тестовым образцам сварных соединений, на которых в дальнейшем (раздел 4) проводились исследования пригодности тепловизионного метода нераз-рушающего контроля. Создание модели, полностью соответствующей реальному сварному соединению, не представлялось возможным, поэтому сварное ядро выполнено в виде цилиндрического столбика диаметром 0,8 мм, теплофизические характеристики которого соответствуют основному материалу пластин.
Геометрические и теплофизические характеристики модели выбирались в соответствии с характеристиками ячеек дистанционирующей решетки и рекомендациями ОСТ 95 503-84, в соответствии с которым размеры литого ядра сварной точки характеризуются диаметром описанной окружности и при этом последний должен находиться в диапазоне от 0,8 до 1,5 мм. Литое ядро размером описанного диаметра менее 0,8мм считается забракованным (не проваренным). На рисунке 11 представлено изображение исследуемой модели с соответствующими размерами. Нагреваемой поверхности ячейки решетки при исследованиях соответствовала поверхность А модели, а анализ распределения температур осуществлялся на поверхности В.
Значения теплофизических характеристик материала модели приняты в соответствии с указанными в п. 1.1. для циркониевых сплавов.
При проведении численных исследований определялось распределение температур по поверхности В в различные промежутки времени с момента начала нагрева. При этом необходимо было определить условия проведения теп-ловизионного контроля сварных соединений дистанционирующей решетки, обеспечивающие погрепшость измерения ядра сварного соединения не более 10%. Для задания величин интервалов решения уравнения (3) проведем оценку постоянных времени тепловых процессов, протекающих в области сварного соединения решетки:
а) постоянная времени конвективного теплообмена со средой: h-c где с-Ср-р = 1.9Л06 Дж/(м3-К); h - 0.25 10" м - толщина пластины; а - коэффициент теплообмена.
Подставляя указанные величины для свободной конвекции на воздухе находим постоянную времени гс = 24 с .
б) постоянная времени кондуктивного распространения тепла по пластинке Tx=J r\- (16) где г = 510 м - полуширина модели. Подставляя числовые значения, получим Гд = 3,4 с.
Суммарная толщина двух пластин (рисунок 11) составляет величину 5Ю"4лг. В соответствии с формулой (16) постоянная времени для направления, перпендикулярного поверхности В, составит 0,03 сек. Таким образом, по предварительным оценкам, появление сигнала на контролируемой поверхности В следует ожидать через сотые доли секунды после начала нагрева поверхности А.
Нагрев изделия можно осуществлять различными способами, выбор которых зависит от характеристик контролируемого изделия и предъявляемых требований к дефектоскопическому оборудованию. При этом могут использоваться как контактные способы нагрева при которых нагреватель находится в непосредственном контакте с нагреваемой поверхностью, так и бесконтактные - нагреватель расположен на расстоянии от нагреваемой поверхности, а нагрев производится либо прямым излучением от нагревателя, либо совмещением излучающей поверхности нагревателя с нагреваемой поверхностью при помощи проекционных оптических элементов. Кроме того, существуют и другие варианты нагрева (лазером, электромагнитный и т.п.), различающиеся как физической основой процесса нагрева, так и исполнением нагревателя.
Численные исследования распределения температурных полей по поверхности изделия при проведении тепловизионного контроля проводились для двух вариантов нагрева:
- задается температура нагрева всей поверхности А (площадной нагрев);
- задается температура локальной области поверхности А в зоне сварного соединения (локальный нагрев). При локальном нагреве размер нагреваемой области выбирался соизмеримым максимальному размеру ядра сварного соединения и был равен 2 мм. Эта величина выбрана с учетом возможной ошибки позиционирования нагревателя таким образом, чтобы гарантировать попадание проекции поперечного сечения сварного ядра в нагреваемую область.
Конкретная реализация нагревателя определялась при разработке дефектоскопического оборудования в соответствии с результатами численного эксперимента. При расчетах принималось, что нагреватель имеет идеальный тепловой контакт с источником тепла. Для случая локального нагрева также производился расчет для нагревателя, расположенного на расстоянии 0,2 мм от поверхности пластины.
Так как циркониевые сплавы для снятия наклепа подвергают отжигу при температуре 853 К в течение от 1 до 2,5 ч [1], то было принято проводить поиск распределения температуры по поверхности ячеек при проведении тепловизионного контроля для следующих температур нагревателя, не превышающих указанное значение с шагом 200 К: 400 К; 600 К; 800 К - для контактного способа нагрева, и 1000К- для бесконтактного нагрева. Численные исследования проводились для начальной температуры сварного соединения, равной 293 К.
Для проведения численного анализа распределения температурных в области сварного соединения автором была создана объемная модель, согласно рисунку 11, в комплексе программного обеспечения SolidWorks, на основе которой производились дальнейшие расчеты с использованием программы COSMOS/Works. Для дальнейших расчетов необходимо было выбрать пространственные и временные интервалы узлов сетки, на которую будет разбиваться созданная модель. Временные интервалы и шаг сетки выбирались таким образом, чтобы заданная схема обладала численной устойчивостью и погрешность определения температур была не более 0,001 К. Для этих целей на основе созданной модели были проведены оценочные расчеты, которые показали, что для временных интервалов, не превышающих 0,1 с, схема гарантированно устойчива. Пространственные интервалы при этом выбирались соизмеримыми наименьшему геометрическому размеру модели, т.е. менее 0.02 мм.
Таким образом, в среде программного обеспечения создается компьютерная теплофизическая модель, на основе которой и осуществляется машинный эксперимент, результаты которого приводятся в подразделах 2.5 и 2.6.
Разработка и выбор компоновки и основных параметров оптической системы
Оптика, используемая в тепловизионном устройстве, может быть как чисто зеркальной, так и линзовой или зеркально-линзовой. В случае использования зеркальной оптики она полностью ахроматична и может работать с очень хорошим пропусканием на всех длинах волн. Однако её недостаток заключается в том, что нельзя обеспечить большое поле зрения из-за внеосевых геометрических аберраций и виньетирования.
Увеличить поле можно путем введения преломляющих элементов. Коррекционные элементы ограничивают и ухудшают спектральное пропускание, которое зависит в данном случае от материала преломляющих элементов, введенных в систему.
Наконец, для широкоугольной по полю оптики применяются в основном преломляющие элементы. Достаточная коррекция хроматических и геометрических аберраций требует применения относительно большого числа преломляющих поверхностей. Введение асферических поверхностей позволяет существенно уменьшить число элементов в системах, предназначенных для решения конкретной задачи. Оптическое пропускание можно улучшить путем обработки преломляющих поверхностей (просветления), особенно, когда применяемые материалы имеют высокие показатели преломления. Спектральные ограничения определяются главным образом внутренним поглощением в материалах.
Объективы, работающие в широкой спектральной области и предназначенные для работы с удаленными объектами, имеющие малые поля зрения целесообразно выполнять зеркальными. Коррекция геометрических аберраций в диапазоне от бесконечности до фокуса системы может быть достигнута с помощью зеркал, профили которых представляют собой конические сечения. Решение задачи неразрушающего контроля требует применения оптических компонентов, работающих на расстояниях от долей миллиметра до нескольких метров от измеряемого объекта, что затрудняет возможность использования зеркальных объективов.
В нашем случае для целей дефектоскопии лучшим вариантом является использование линзовых либо зеркально-линзовых объективов, причем последние что является наиболее оптимальным с точки зрения массоогабаритных показателей.
При проектировании промышленной установки следует учесть габаритные ограничения, накладываемые формой и размерами ячеек дистанционирующих решеток. Поэтому возникает необходимость выноса изображения контролируемой поверхности за пределы решетки, что требует использования малогабаритных зеркально-линзовых компонентов и системы переноса при относительно небольшом поле зрения.
Для получения наибольшего объема информации о тепловом поле объекта объектив тепловизионного устройства должен давать изображение, обеспечивающее максимальное использование возможностей фотоприемной матрицы. Требуемые предельные значения функции концентрации энергии на площадке, равной размеру элемента матрицы, должно концентрироваться не менее 80 % энергии пучка.
В тоже время оптическая схема объектива тепловизионного устройства должна удовлетворять требованиям, сформулированным в п. 3.1.1 - 3.1.3, в соответствие с которыми на рисунках 37-40 изображены возможные схемы построения оптического тракта тепловизионного устройства.
Для построения макета тепловизионного устройства и проведения эксперимента была принята схема, представленная на рисунке 37. Этот вариант позволяет при моделировании использовать готовые объективы, разработанные для тепловизионных обзорных систем. Однако, для промышленного дефектоскопа необходимо использовать оптические компоненты, рассчитанные под конкретный приемник, геометрию установки и условия работы.
Для принятой схемы в качестве объектива тепловизионного устройства, используемого в составе макета дефектоскопа, использовался объектив «Терм-2» производства КТИ ПМ СО РАН. Характеристики объектива приведены в таблице 19, а графики аберраций представлены на рисунке 41. Чтобы уменьшить фоновые засветки элементов конструкции для выбранного объектива рассчитана экранирующая диафрагма, и установлена в охлаждаемую зону за входным окном криостата тепловизионного устройства. Форма и размер диафрагмы соответствует форме сечения пучка лучей за объективом в плоскости установки диафрагмы. Как видно из приведенных данных, диаметр кружка рассеяния меньше размера элемента фотоприемного устройства, а характеристики объектива удовлетворяют требованиям проведения эксперимента и позволяют использовать его в составе макета дефектоскопа.
Для тепловизионного устройства дефектоскопа необходимо использовать малоформатное матричное фотоприемное устройство и специальную оптическую систему переноса теплового изображения сварного соединения в плоскость матричного фотоприемного устройства. Было решено остановиться на двух наиболее вероятных вариантах исполнения оптических систем, схемы которых представлены на рисунке 42. Функционально каждую схему можно разбить на две составляющие части (модули), первая из которых представляет собой оптическую систему, предназначенную для переноса теплового изображения сварной точки за пределы ячейки дистанционирующей решетки в плоскость промежуточного изображения, а вторая - оптическую систему переноса промежуточного изображения в плоскость элементов матричного фотоприемного устройства при этом каждая может быть выполнена в виде объектива, проекционного объектива или оборачивающей системы либо является комбинацией подобных компонентов.
Система переноса, использованная в схеме «б», по своей сути не отличается от схемы «а», ввиду того, что первые два компонента схемы «а» выполняют ту же функцию что и один компонент в схеме «б». Различие состоит в том, что система переноса, построенная по схеме «а» является более удобной в реализации и позволяет оптимальным образом разрабатывать и компоновать оптическую систему дефектоскопа. Например, рассматривая совместно второй и третий компоненты системы переноса изображения в схеме «а», получаем систему из двух объективов (компоненты 1 и 2,3), первый из которых создает параллельный ход лучей в пространстве изображений, а другой соответственно переносит изображение в плоскость элементов матричного фотоприемного устройства. Таким образом, расчет объективов можно проводить независимо друг от друга, согласовывая лишь апертуры и фокальные отрезки объективов. При совместной компоновке первого и второго компонентов получаем схему, аналогичную схеме «б», содержащую по существу два проекционных объектива. Окончательный выбор той или иной схемы системы переноса зависит от конкретной реализации тепловизионного устройства дефектоскопа.
Система переноса изображения сварной точки в плоскость промежуточного изображения является основной частью оптической системы тепловизионного устройства дефектоскопа и предназначена для «выноса» изображения сварной точки в область, доступную для прямого наблюдения тепловизионным устройством. Схема, представленная на рисунке «а», состоит из призмы АР-90 с наклеенным на неё положительным компонентом, «б» - содержит объектив, выполненный в виде полусферической линзы с плоской отражательной поверхностью, «в» - содержит два мениска и зеркало либо призму АР-90, «г» - выполнена по схеме эндоскопа с толстыми компонентами, содержащими отражательные поверхности. Автором были проведены исследования и расчеты схемы «в» с параллельным ходом лучей в пространстве изображений и схемы «г», представленных на рисунке 43, в результате которых было выяснено, что при построении системы переноса по приведенным схемам, качества теплового изображения в плоскости промежуточного изображения соответствует дифракционному. При этом в качестве материала оптических компонентов использовался германий (Ge). Расчет систем производился таким образом, чтобы изображение формировалось в бесконечности.
Одновременно с разработкой макета для тепловизионного устройства дефектоскопа разработан тепловизионный эндоскоп (рисунок 45), содержащий систему переноса, выполненную по схеме «б» (см. рисунок 43), и обладающий характеристиками, удовлетворяющими требованиям для проведения тепловизионного неразрушающего контроля сварных соединений циркониевых дис-танционирующих решеток. Эндоскоп позволяет обеспечить доступ к области сварных соединений и одновременно спроецировать в плоскость элементов ФПУ их тепловое изображение.
Определение параметров приёмного модуля ТВУ
На основании проведенных расчетов (п. 3.1 ) был изготовлен макет дефектоскопа, предназначенный для исследования возможности контроля сварных соединений циркониевых дистанционирующих решеток тепловизионным методом. Макет включает в себя непосредственно тепловизионное устройство на базе InAs 256 х256 матричного ФПУ, нагреватель, штатив для крепления образцов проверяемого изделия, блок электронной обработки и синхронизации, а также программное обеспечение GELAS. Основным узлом макета является тепловизионной устройство, для определения характеристик которого была разработана методика проверки работоспособности макетов тепловизоров. Методика приведена в Приложении А и используется для проверки макетов тепловизионных устройств различного назначения в КТИ ПМ СО РАН.
В соответствии с приведенной методикой были проведены измерения характеристик тепловизионного устройства макета, результаты которых представлены в ниже. В Приложении Б приведены протоколы измерений двух тепловизоров с матричными ФПУ различной конфигурации.
Угловое поле прибора в пространстве предметов 2а определялось в соответствии с п. 2.1 Приложения А. В результате проверки было установлено, что 2(0=29,7
Мгновенное поле зрения 2-Ошн рассчитывалось в соответствии с п. 2.2 (Приложение А). Для InAs матричного ФПУ, используемого в тепловизионном устройстве, N=256, и мгновенное поле зрения составляет величину 2а)мгн=6,96/
В тепловизионном устройстве использовался заливной криостат с периодом заливки 8 часов. Дрейф прибора измерялся в течение этого времени по п. 2.3. График изменения среднего значения темнового сигнала прибора представлен на рисунке 64. По оси ординат представлено время, в течении которого проводились измерения, по оси абсцисс - значение уровней сигнала U с выхода АЦП тепловизионного устройства. Дрейф составляет 100 бит.
Уровень шума рассчитывался по формуле п. 2.4 (Приложение А). Среднее значение среднеквадратического отклонения по всем элементам матрицы для шума составило величину, равную Sh = 1,16 бит .
График сигналов с участка ФПУ размером 17x17 элементов в окрестностях элемента, перекрытого изображением АЧТ, по которому определялась облученность, эквивалентная шуму (яркий круг в центре рисунка 66), изображен на рисунке 67, в таблице 20 приведены значения сигналов с этого участка.
В соответствии с п. 2.5 (Приложение А), среднее значение облученности, эквивалентной шуму, по элементам перекрытым изображением диафрагмы
АЧТ,равно Е = 2,383-10 13Вт.
Динамический диапазон рассчитывался по формуле п. 2.6 и равен # = 861.
При этом температура АЧТ выбиралась такой, чтобы элементы матричного ФПУ, перекрытые изображением АЧТ, находились в режиме насыщения.
На рисунке 68 приведено изображение диафрагмы АЧТ, по которой были получены сигналы насыщения.
Разность температур, эквивалентная шуму, АТЭШ рассчитанная в соответствии сп. 2.1 АЛ. для температуры АЧТ, равной 39,8 ЯС, и температуры фона, равной 26,5 С составляет: &ТЭШ = 0,069 С
Фоновое излучение оптики и элементов конструкции рассчитывалось в соответствии с п. 2.8 и для тепловизионного устройства составило величину, равную Фср= 1,6554О 12Вт.
На основании результатов проведенных измерений тепловизионных устройств с двумя различными матричными ФПУ было сделано заключение о соответствии характеристик тепловизионного устройства с 256x256 InAs матричном ФПУ требованиям к проведению неразрушающего контроля сварных соединений дистанционирующих решеток тепловизионным методом. В частности, температурное разрешение изготовленного тепловизионного устройства получилось не хуже 0,07 С , динамический диапазон - 861. Как видно, температурное разрешение получилось выше расчетного. Это произошло потому, что анализ чувствительности проводился с принятыми допущениями непосредственно для сигналов, поступающих с матричного ФПУ, а не зрительным анализатором. Следует ожидать, что характеристики дефектоскопа будут не хуже макетных ввиду использования меньшего формата матричного ФПУ.
Найдем ширину допустимого диапазона температур, которые одновременно можно визуализировать при проведении измерений. Как было выяснено, уровень насыщения тепловизионного устройства относительно уровня сигнала при закрытой диафрагме составляет 500 единиц. В режиме ограничения фоном диапазон не должен превышать - 500-0,07С-0,8 = 28 С при выравнивании чувствительности по двум полям и 500-0,0700,9=31.5С при выравнивании по трем полям. При выводе изображения на монитор учитывалось, что черно-белая палитра позволяет отображать 256 градаций серого, при том, что не каждый оператор способен различать все 256 градаций. Для сигнала, выводимого с погрешностью 0,1 С, максимальный диапазон одновременно отображаемых температур будет равен 25,6 С. Для лучшего восприятия поступающей информации при проведении экспериментов весь диапазон выводимого сигнала желательно разделять на зоны, шириной 5 f, либо выводить изображение в полноцветном формате с применением палитры, исключающей присутствие визуально близких оттенков для отображения температур, отличающихся друг от друга на величины, сравнимые с 0,1 С.
