ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. ОБЗОР МЕТОДОВ И ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ СПЕКТРАЛЬНОЙ ПИРОМЕТРИИ 10
1.1. Т еоретические аспекты теплового излучения 10
1.2. Основные законы теплового излучения 11
1.3. Основы спектрофотометрии 16
1.4. Методы регуляризации обратных задач 17
1.5. Спектральная пирометрия 21
1.6. Устройство и принцип работы спектрометров 24
1.7. Обзор программных решений для работы со спектрометрами 24
1.7.1. Программное обеспечение спектрометра BTC- 110S 25
1.7.2. Программное обеспечение спектрометров компании Thorlabs . 26
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СПЕКТРОМЕТРОМ BTC-110S И ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПОТОКА
ЧАСТИЦ 29
2.1. Техническое описание спектрометра BTC- 110s 29
2.1.1. Режимы работы спектрометра 31
2.2. Общее проектирование программного комплекса 32
2.3. Выбор языка программирования и средств разработки 39
2.4. Структура программного комплекса для управления спектрометром
и работы со спектрами 39
2.4.1. Базовый модуль отрисовки 40
2.4.2. Модуль получения спектра со спектрометра 41
2.4.3. Модуль просмотра спектра 42
2.4.4. Модуль взаимодействия с последовательным портом 42
2.4.5. Модуль настройки калибровки 43
2.4.6. Управляющий модуль 44
2.5. Описание алгоритмов и структуры программы по обработки снимков
потока частиц 45
2.5.1. Алгоритм определения треков частиц на изображении плазменного
потока 45
2.5.2. Методы построения гистограммы распределения по скоростям,
углам и плотности потока 49
2.5.3. Общий алгоритм работы с снимками потока частиц 51
ГЛАВА 3. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО
КОМПЛЕКСА ДЛЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ КЛЮЧЕВЫХ ФИЗИЧЕСРКИХ ПАРАМЕТРОВ ЧАСТИЦ ГАЗОТЕРМИЧЕСКОГО ПОТОКА НАПЫЛЕНИЯ
ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ 53
3.1. Начало работы с программным комплексом 53
3.2. Основное окно программного комплекса 54
3.3. Окно получения спектра 55
3.4. Окно настройки коэффициентов калибровки 57
3.4.1. Процесс расчета коэффициентов калибровки 58
3.5. Выполнение операций математической обработки 60
3.5.1. Показ нескольких спектров в одном окне 60
3.5.2. Суммирование спектров 61
3.5.3. Вычитание и деление спектров 61
3.6. Проведение эксперимента по регистрации и обработки теплового
спектра 62
3.7. Проведение эксперимента по обработки снимка потока частиц 66
3.8. Перспективы развития программно-аппаратного комплекса 70
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 71
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 73
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Купить

Актуальность.
В настоящее время плазменное напыление покрытий с помощью микрокапель расплавов различных порошковых материалов является одной из перспективных технологий в области материаловедения. Для получения покрытий с заданными свойствами и для прогнозирования качества получаемых покрытий необходимо производить измерение параметров струи в технологической цепочке «плазмотрон-струя-покрытие». Наиболее важными параметрами струи напыления являются распределение скоростей и температур частиц в поперечных сечениях потока струи, а также и распределение объемной концентрации частиц (плотности частиц) не только в центре, но и на периферии струи.
Среди множества средств и методов определения температуры особенно выделяются пирометрические средства, достоинствами которых является: не искажают температурного поля объекта измерения; позволяют производить измерения на большом удалении от объекта. Возможность производить измерения на большом расстоянии и то, что температурное поле объекта измерение не искажается, делают пирометрические средства незаменимыми при работе с нестационарными температурами. Объекты измерения могут характеризоваться температурами нестационарными как во времени, так и в пространстве. Для объектов, обладающих нестационарными температурами, свойственна дискретизация на множество составляющих частиц. Также возможна дискретизация измерительной информации при применении пирометрических приборов на основе, например, ПЗС-фотоприемников. В том и другом случае, результатом измерения, как правило, является некая функция распределения частиц по температуре во времени и в пространстве. Стандартные пирометры, как измерители температуры, в качестве результата измерения представляют одно эффективное значение температуры как для
однородно нагретого объекта исследования (системы частиц), так и для неоднородно нагретого тела (системы частиц). Это эффективное значение температуры исследуемого тела определяется в соответствие со спектром излучения, который аппроксимируется спектром теплового излучения по модели Планка. Однако неоднородно нагретая система частиц соответствует спектру излучения, который может значительно отличаться от модели Планка, т.е реальный спектр излучения системы неоднородно нагретых частиц на самом деле соответствует взвешенной сумме (интегралу) Планковских спектров частиц, отличающихся по температуре. Поэтому вместо эффективного значения температуры, определяемой стандартным пирометром, должно определяться температурным распределением неоднородно нагретых частиц, соответствующему «интегральному» спектру излучения системы частиц. Следовательно, температурное распределение частиц должно определяться решением «обратной» задачи, в которой экспериментально регистрируемый «интегральный» спектр излучения системы частиц определяется интегральным оператором Фредгольма, ядро которого представляется спектром Планка, взвешенного на функцию плотности вероятности распределения частиц по температурам. Обращение интегрального уравнения Фредгольма по экспериментально
зарегистрированному спектру излучения системы частиц в результате определяет искомую функцию плотности вероятности распределения частиц по температурам.
Состояние разработки и степень готовности.
К настоящему времени был создан программно-аппаратный комплекс по регистрации спектра теплового излучения нагретого источника излучения. Затем была проведена калибровка этого комплекса на эталонных источниках излучения (модели «черного» тела). Создан имитатор теплового излучения системы неоднородно нагретых частиц на базе излучателя, содержащего в своем составе набор миниатюрных лампочек накаливания, для которых адекватна модель Планковского спектра. На этом комплексе были проведены 6
ряд экспериментов и проверена основная гипотеза о том, что спектр системы неоднородных излучателей действительно равен сумме спектров, зарегистрированных отдельно для каждой лампочки. В программно­аппаратном комплексе реализован блок для работы со снимками струи напыления, полученной с помощью высокоскоростной камеры. Блок позволяет строить по снимку распределение скоростей, углов наклона и плотности потока частиц. В дальнейшей работе над диссертационной темой необходимо доработать и протестировать блок, который решает упомянутую выше «обратную» задачу.
Объект исследования.
Объектом исследования являются газотермические потоки частиц порошкового материала, предназначенные для напыления из порошкового материала упрочняющих покрытий на поверхность промышленных изделий (деталей машин).
Предмет исследования.
Предметом исследования являются экспериментально регистрируемые спектры теплового излучения и снимки потока частиц порошкового материала при напылении упрочняющих покрытий на поверхность технических деталей машин.
Цель.
Целью исследования является разработка программно-аппаратного комплекса для контроля по интегральному спектру теплового излучения температурного распределения частиц в гетерогенных газотермических потоках, предназначенных для напыления из порошкового материала упрочняющих покрытий на поверхность промышленных изделий (деталей машин), а также контроля скорости, угла наклона и плотности потока частиц...
Купить