Wielosektorowy promiennik podczerwieni TTP-2009

Krajowa Konferencja
2009
Termografia i Termometria w Podczerwieni
Wielosektorowy promiennik podczerwieni
Wielosektorowy, promiennik podczerwieni, mo¿e byæ wykorzystany przy badaniach rozdzielczoœci temperaturowej kamer termowizyjnych.
Powierzchnia takiego promiennika zawiera sektory o ró¿nych wspó³czynnikach emisyjnoœci wykonane z mikrownêk. Umieszczenie
wielosektorowego promiennika podczerwieni w odpowiednio zaprojektowanej os³onie termicznej umo¿liwia przestrajanie kontrastu
s¹siaduj¹cych ze sob¹ sektorów z rozdzielczoœci¹ blisk¹ 100mK.
Proponowane rozwi¹zanie polega na zastosowaniu zamiast dwóch elementów jednego, to
jest monolitycznej p³yty wielosektorowego promiennika podczerwieni, która zawiera
sektory o odpowiednio dobranej efektywnej emisyjnoœci. W rezultacie poszczególne
sektory obserwowane s¹ przez kamerê termowizyjn¹ jako powierzchnie o zró¿nicowanych
temperaturach.
Porównanie konstrukcji powierzchniowego promiennika
z testem paskowym stosowanego w pomiarach MRTD;
A - z wielosektorowym promiennikiem podczerwieni
B - z ekwiwalentnymi temperaturami T1, T2, T3 i T4
Wymagan¹ emisyjnoœæ sektorów uzyskuje siê poprzez
wytworzenie mikrownêk o kszta³cie grzebieniowym
i odpowiednio dobranym wspó³czynniku kszta³tu.
Poszczególne obszary odpowiadaj¹ce paskom
w klasycznym teœcie wytworzone s¹ na fragmentach
powierzchni monolitycznej p³asko-równoleg³ej p³yty
metalowej np. metod¹ obróbki elektroerozyjnej WEDM.
Obróbka elektroerozyjna WEDM
(ang. Wire Electrical Discharge Machining).
Jest to technologia polegaj¹ca na wycinaniu
drutem o ma³ej œrednicy 100µm do 250µm.
Obróbka jest wykonywana na materia³ach
przewodz¹cych pr¹d elektryczny w oœrodku
roboczym o w³aœciwoœciach dielektryka
(np. woda destylowana). Usuwanie materia³u
nastêpuje przez okresowe wy³adowania
iskrowe lub wy³adowania w ³uku elektrycznym
pomiêdzy przedmiotem i narzêdziem.
Strukturê grzebieniow¹ w kszta³cie prostok¹tnych
rowków o zadanej g³êbokoœci h i szerokoœci w
charakteryzuje wspó³czynnik kszta³tu c
=
h/w
Sektory p³yty promiennika podczerwieni s¹ promiennikami termicznymi o cechach cia³a idealnie szarego, wielkoœæ kontrastu termicznego obserwowanego przez kamerê termowizyjn¹ zale¿y
zarówno od temperatury p³yty promiennika, jak i od promieniowania t³a odbitego od jej powierzchni. Je¿eli p³yta wielosektorowego promiennika podczerwieni zostanie umieszczona
w odpowiedniej os³onie termicznej to mo¿na uzyskaæ dodatkow¹ mo¿liwoœæ przestrajania kontrastu termicznego poprzez zmianê temperatury tej os³ony.
Schemat budowy wielosektorowego promiennika podczerwieni
w os³onie termicznej umo¿liwiaj¹cej wytwarzanie powierzchni
o zró¿nicowanym kontraœcie termicznym.
Piêciosektorowy promiennik podczerwieni
do wytwarzania kontrastu termicznego na
stanowisku pomiarowym: os³ona termiczna-1,
ró¿nicowy miernik temperatury-2,
Mo¿liwoœci przestrajania kontrastu termicznego zbadano
zmienij¹c temperaturê promiennika Tpw i temperaturê os³ony
termicznej Tpo w zakresie od 25oC do 35 oC.
W celu opracowania odpowiedniego zestawu powierzchni
promienników przeprowadzono badania emisyjnoœci
promienników wytworzonych w p³ytach ze stali nierdzewnej
EmisyjnoϾ ekwiwalentna mikrostruktury grzebieniowej e
i
zale¿y od emisyjnoœci powierzchni e
s i wspó³czynnika
kszta³tu c
0,8
111 [C]
46 [C]
32 [C]
0,6
)
e
f(
e
i =
S,c
0,5
0,4
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1,5
1
0,5
y = 0,0747x + 3E-05
Przy ustalonej temperaturze p³yty promiennika
ekwiwalentn¹ temperaturê i-tej mikrostruktury mo¿na
przedstawiæ jako funkcjê emisyjnoœci efektywnej:
0,3
2
A1-A5
A2-A5
A4-A5
A2-A5
A4-A5
A1-A5
Kontrast termiczny
EmisyjnoϾ
0,7
Termogram wielosektorowego promiennika podczerwieni
0
-3
-1
1
3
5
7
-0,5
Wspó³czynnik kszta³tu
Tpp-Tot [C]
o
o
Rodzina charakterystyk temperaturowych, w zakresie 32 C ÷111 C,
przedstawiaj¹cej zmiany efektywnego wspó³czynnika emisyjnoœci
w kierunku normalnym do powierzchni struktury grzebieniowej
wykonanej ze stali nierdzewnej.
1
-
1
4
Ti =
a4 e
=
ae
i
i
Przebiegi zmian kontrastu termicznego piêciosektorowego
promiennika podczerwieni w zakresie zmian ró¿nicy
temperatur Tpw- Tpo (-3 oC ÷ +6oC)
Wnioski.
Przeprowadzone badania wykaza³y, ¿e korzystaj¹c z obróbki metali metod¹ elektroerozyjn¹ WEDM mo¿na wytworzyæ grzebieniowe
mikrostruktury, przydatne do wytworzenia wielosektorowych promienników podczerwieni. Emisyjnoœæ wytworzonych t¹ metoda mikrostruktur
grzebieniowych jest funkcj¹ wspó³czynnika kszta³tu. Dobieraj¹c jego wartoœæ mo¿na zmieniaæ ich efektywn¹ emisyjnoœæ w zakresie od 0,3 do 0,8.
Umieszczenie wielosektorowego promiennika podczerwieni w odpowiednio zaprojektowanej os³onie termicznej umo¿liwia przestrajanie kontrastu
s¹siaduj¹cych ze sob¹ sektorów w pobli¿u zera, od wartoœci ujemnych do dodatnich z rozdzielczoœci¹ blisk¹ 100mK.
H. Polakowski, T. Piàtkowski, R. Dulski, K. Firmanty, M. Morawski
Instytut Optoelektroniki
Wojskowa Akademia Techniczna
ul. gen. Sylwestra Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa
Tel: (48 22) 68393 83, Fax: (48 22) 6668950, e-mail: [email protected]