Повышение эффективности бесконтактного мониторинга температуры в условиях запыленной среды путем многоканальных измерений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Чернышева Надежда Сергеевна

• Чернышева Надежда Сергеевна
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Чернышева Надежда Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ БЕСКОНТАКТНОГО МОНИТОРИНГА ТЕМПЕРАТУРЫ В СЛОЖНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ

1.1 Теоретические основы бесконтактного измерения температуры

1.2 Системы для бесконтактного измерения температуры

1.3 Особенности метрологических характеристик приборов бесконтактных температурных измерений

1.3.1 Анализ влияния различных факторов измерительной ситуации

1.3.2 Влияние атмосферных газов на результаты бесконтактного измерения температуры

1.3.3 Влияние пылевой среды на результаты бесконтактного измерения температуры

1.4 Интеллектуализация бесконтактных средств измерения

1.5 Текущее состояние требований и особенности бесконтактных температурных измерений при обжиге клинкера

1.6 Параметры пыли в цементном производстве

1.7 Выводы по главе

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ НА ПЕРВИЧНЫЙ СИГНАЛ ПРИБОРОВ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

2.1 Применение и уточнение модели для ряда измерительных ситуаций

2.2 Эффект поглощения излучения водяным паром

2.3 Эффект рассеяния излучения стационарной запыленной средой (отсутствие турбулентности)

2.4 Влияние собственного излучения нагретой пыли

2.5 Анализ влияния динамического пылевого облака

2.6 Выводы по главе

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЗАПЫЛЁННОЙ СРЕДЫ НА ПОГРЕШНОСТЬ ОДНОКАНАЛЬНЫХ ПИРОМЕТРОВ И ПИРОМЕТРОВ СПЕКТРАЛЬНОГО ОТНОШЕНИЯ

3.1 Многоканальная экспериментальная система бесконтактного мониторинга

температуры

3.2 Анализ эффективности использования одноканальных пирометров с разными спектральными характеристиками в условиях запыленности

3.3 Использование двухканальных пирометров в условиях повышенной запыленности

3.4 Выводы по главе

ГЛАВА 4 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОНЦЕПЦИИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

4.1. Теоретическое обоснование

4.2 Экспериментальное исследование эффективности работы алгоритма интеллектуального пирометра

4.3 Выводы по главе

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Список сокращений и условных обозначений

Список терминов

Список литературы

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности бесконтактного мониторинга температуры в условиях запыленной среды путем многоканальных измерений»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время основные тенденции развития теории и практики измерений направлены на интеграцию измерительных систем с системами искусственного интеллекта [39, 45]. Тем не менее, особое значение имеет этап первичного сбора информации от объекта, поскольку недостоверные первичные данные могут существенно снизить качество принимаемых решений на более высоком уровне обработки информации. Использование интеллектуальных измерительных датчиков позволяет повысить достоверность получаемой информации за счет реализации функции метрологического самоконтроля [105]. На текущий момент они получают все большее распространение в самых разнообразных сферах, включая промышленность, транспорт, область энергетики и т. п. Одной из основных задач их внедрения является повышение достоверности результатов измерений для минимизации риска возникновения аварий, техногенных катастроф и других критических ситуаций.

Актуальность темы. Одной из областей измерительной техники, где в последние два-три десятилетия произошел качественный скачок, связанный с появлением и удешевлением новой элементной базы, является область бесконтактных температурных измерений. Показателем этого служит факт широкого распространения тепловизионных систем, а также наполнение рынка средствами бесконтактного измерения температуры (пирометрами) [3, 117]. Основными преимуществами данного метода измерения являются: быстродействие, продолжительный срок службы, измерение температуры в местах недоступных контактным методом, повышение безопасности обслуживающего персонала за счет удаленности от опасных объектов контроля, и т.д. [104]. Однако, первоначальные ожидания широкого применения новых систем и приборов бесконтактного измерения температуры с целью замены существующих контактных систем, сменились некоторым разочарованием, а точнее - более корректным выбором области их использования.

В ходе внедрения постепенно выяснилось, что существует общая серьезная проблема для всех систем бесконтактного измерения температуры и теплового контроля, связанная с влиянием особенностей текущей измерительной ситуации (вариативностью внешних факторов) на результат измерений.

Если для одиночных измерений, либо для измерений, проводимых в априорно известных условиях, влияние мешающих внешних факторов может быть учтено оператором, путем установки соответствующего коэффициента коррекции, то в случае непрерывного мониторинга технологических процессов в запыленной и загазованной среде эта проблема приобретает критическое значение. Так как вероятность получения некорректного результата измерений в технически исправной системе достаточно велика. Погрешность в данном случае будет обусловлена изменением параметров радиометрической цепочки, под которой понимается совокупность процессов, происходящих с момента испускания инфракрасного (теплового) излучения источником (объектом измерения) до момента поглощения его приемником (сенсором прибора) [89].

Поэтому, при бесконтактном мониторинге температуры в промышленных условиях, характеризующихся нестационарной средой измерения, например, при обжиге цементного клинкера, возникает необходимость оценки достоверности результатов измерения. Указанное выше свидетельствует, о том, что диагностирование измерительной ситуации для подобного типа производств является актуальной задачей.

Степень разработанности темы исследования. Активное развитие пирометрии началось в 60-х годах ХХ века, ключевые принципы методов пирометрии систематизированы в фундаментальных трудах (М. А. Брамсон, Д. Я. Свет, Дж. Ллойд, А. Н. Гордов, Ж. Госсорг. D. P. DeWitt). Современные исследования глубоко проработали отдельные аспекты: методы, применение и аппаратуру теплового контроля (В. П. Вавилов, А. Н. Магунов, А. Ф. Фрунзе, Z. M. Zhang, B. K. Tsai, G. Machin, И. Я. Орлов, Е. В. Абрамова и др.), а также влияние среды и неопределённость измерений (W. Minkina, S. Dudzik, Б. П. Ионов, В. А. Захаренко, Ю. И. Баранов и др.).

Несмотря на это, актуальной задачей остаётся обобщение накопленных знаний для создания адаптивных интеллектуальных систем. Существует потребность в разработке специализированных пирометров с улучшенными параметрами и новых методик их метрологического обеспечения, позволяющих автоматически оценивать достоверность измерений в изменяющихся реальных условиях, что и определяет цель настоящего исследования.

Основная идея работы состоит в анализе факторов, влияющих на достоверность бесконтактных измерений температуры, и создании информационной избыточности путем использования некоторого числа относительно независимых каналов получения первичной информации с последующей обработкой регистрируемых данных для обеспечения возможности проведения измерений в условиях динамической запыленности с параллельным контролем качества их результатов самим средством измерения.

Цель работы: повышение достоверности результатов бесконтактного мониторинга температуры, проводимого в условиях динамической запыленности, за счет формирования прибором дополнительного показателя, характеризующего степень адекватности используемой измерительной модели текущим условиям измерения, на основе специально создаваемой информационной избыточности.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Разработать и исследовать модель радиометрической цепочки, соответствующую процессу бесконтактного измерения температуры в нестационарных условиях, характерных для технологических процессов обжига цементного клинкера.

2. Провести моделирование влияния параметров модели на методическую погрешность бесконтактных температурных измерений.

3. Провести исследование целесообразности применения подходов спектральной (двухканальной) пирометрии в условиях повышенной запыленности в диапазоне измеряемых температур от 350 до 700 °С.

4. Разработать и экспериментально апробировать алгоритм оценки степени адекватности измерительной модели, используемой пирометром, текущему состоянию параметров радиометрической цепочки.

Объект исследования: Процесс бесконтактного измерения температуры в условиях вариативности внешних факторов.

Предмет исследования: Степень влияния параметров радиометрической цепочки на качество результатов бесконтактных температурных измерений.

Научная новизна:

1. Для снижения погрешности при проведения пирометрических измерений в условиях динамической запыленности при отсутствии априорных данных о состоянии среды распространения излучения обоснована необходимость реализации в приборе информационной избыточности, заключающейся в использовании в составе прибора дополнительных (избыточных) каналов регистрации излучения с последующей вероятностно-статистической обработкой данных и количественной оценкой достоверности измерений.

2. Впервые предложена модель выходного сигнала приемника инфракрасного излучения пирометра, учитывающая три динамических состояния пылевого облака, и отражающая их различное влияние на методическую погрешность измерений: нестационарные изменения уровня запыленности при эпизодических выбросах продукта; квазистационарные интервалы интенсивного перемешивания частиц пылевого облака под воздействием внешнего воздушного потока; квазистационарные ламинарные потоки осаждающегося пылевого облака.

3. Впервые предложен алгоритм, заключающийся в вероятностном анализе степени совместимости показаний двух параллельных измерительных каналов спектрального отношения пирометра, что позволяет идентифицировать состояние пылевой среды, сформировать качественный показатель достоверности результата измерений, а также снизить методическую погрешность в 2-5 раз.

Теоретическая и практическая значимость работы

1. Предложена математическая модель процесса бесконтактного измерения температуры в условиях повышенной запыленности, учитывающая динамические факторы радиометрической цепочки.

2. Предложен вариант реализации полихроматического пирометра защищенный патентом на полезную модель «Полихроматический пирометр» №139153 Российская Федерация, МПК G01J 5/10. - №2013154369/28.

3. Разработан алгоритм обработки информации многоканального интеллектуального пирометра, который позволяет оценить допустимость использования результатов измерений, полученных на ограниченном временном интервале в условиях повышенной запыленности при отсутствии априорных данных о состоянии среды распространения излучения.

4. Показана эффективность использования подхода многоканальной пирометрии при измерении относительно невысоких температур (от 400 до 700 °С) в условиях динамического изменения параметров среды распространения излучения.

5. Обосновано расширение допустимых условий проведения пирометрических измерений (в условиях повышенной динамической запыленности) за счет применения подхода многоканальной пирометрии.

6. Экспериментальным путем получены значения методической погрешности для разработанного и построенного прототипа интеллектуального пирометра, реализующего принцип информационной избыточности, для различных состояний среды распространения, демонстрирующие снижение методической погрешности измерений в 2-5 раз по сравнению с одноканальным пирометром в условиях динамического пылевого облака.

Методология и методы исследования. Теоретическая часть исследования базировалась на применении методов теории вероятностей и математической статистики, методов принятия решения. Имитация поглощения излучения парами воды учитывалась при помощи базы знания ШТЯАК. Эмпирическая часть

исследования основывалась на теории планирования эксперимента.

8

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертация удовлетворяет пунктам 4 и 6 паспорта научной специальности 2.2.8. «Методы и приборы контроля и диагностики материалов, изделий, веществ и природной среды»:

4. Разработка методического, математического, программного, технического, приборного обеспечения для систем технического контроля и диагностирования материалов, изделий, веществ и природной среды, экологического мониторинга природных и техногенных объектов, способствующих увеличению эксплуатационного ресурса изделий и повышению экологической безопасности окружающей среды.

6. Разработка математических моделей, алгоритмического и программно-технического обеспечения обработки результатов регистрации сигналов в приборах и средствах контроля и диагностики с целью автоматизации контроля и диагностики, подготовки их для внедрения в цифровые информационные технологии.

Основные научные результаты, выносимые на защиту:

1. Закономерности, происходящие в пылевом облаке клинкерной пыли, позволившие выявить признаки трех основных состояний пылевого облака, а также построить эмпирическую модель выходного сигнала приемника излучения пирометра для интервалов времени, в течение которых динамические процессы внутри облака пыли можно считать условно стационарными.

2. Закономерности поведения методической погрешности бесконтактного измерения температуры в диапазоне от 350 до 700 °С в зависимости от вариации параметров радиометрической цепочки для одноканальных и двухканальных пирометров, использующих приемники излучения с рабочим диапазоном длин волн от 1,6 до 4,5 мкм.

3. Способ оценки соответствия используемой пирометром модели измерений текущим условиям измерительной ситуации, предполагающий вычисление количественного значения вспомогательного параметра (оценки достоверности) на

основе данных, получаемых за счёт структурной информационной избыточности, с последующим сравнением данного параметра с граничным значением.

Степень достоверности результатов работы подтверждена экспериментальными исследованиями на аттестованных и поверенных средствах измерений, в полной мере подтвердившими теоретические положения. Результаты обоснованы применением известных методов математической статистики, теории вероятностей и методик планирования эксперимента.

Личный вклад автора состоит в проведении аналитического обзора, теоретических и экспериментальных исследований, обобщении и анализе результатов, апробации и подготовке публикаций. Все выводы и закономерности, изложенные в диссертации, сформулированы автором самостоятельно. Публикации подготовлены в соавторстве на паритетной основе.

Апробация результатов исследования докладывалась и обсуждалась на: международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (НГТУ, Новосибирск 2014); международной конференции молодых специалистов IEEE в области электронных устройств и материалов EDM (Новосибирск 2015, 2020 гг); Metrology and Metrology Assurance 2015: proceedings of the 25th National Scientific Symposium with International Participation. (Болгария, 2015); международной конференции по мягким вычислениям и измерениям SMC-2016 (Санкт-Петербург, 2016); международной научно-технической конференции "Динамика систем, механизмов и машин" (Омск, 2018, 2024, 2025); международной конференции по инновациям в неразрушающем контроле «SibTest - 2019» (Екатеринбург, 2019); всероссийской научно-технической конференции «Стандартизация, метрология и управление качеством» (Омск 2015) и т.д.

Результаты диссертационной работы использованы ООО «НПК «Термоприбор» при создании и модернизации разрабатываемых экспериментальных систем, предназначенных для мониторинга температуры технологических процессов производства цемента, в частности, внутри вращающихся печей, а также в зоне охлаждения материала (Приложение А)

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит постановку проблемы, обоснование актуальности, определение цели и задач, анализ степени разработанности темы, научной новизны и практической значимости.

Глава 1. Анализ проблемы бесконтактного мониторинга температуры в сложных производственных условиях выявил ключевые источники погрешности, а также ограниченность возможности применения одноканальных пирометров в нестационарных условиях, что обосновало необходимость разработки интеллектуальных систем на основе структурной избыточности данных.

Глава 2. Исследовано влияние отдельных параметров среды распространения излучения на погрешность пирометров. Моделирование количественно оценило вклад водяного пара и пыли, эксперименты подтвердили связь запылённости с параметрами сигнала, обосновав необходимость создания адаптивной системы.

Глава 3. Исследование, проведенное с использованием построенной пятиканальной пирометрической системы показало, что пылевое облако вызывает погрешности в сотни градусов у одноканальных пирометров. Двухканальный метод (спектральное отношение) снижает погрешность в несколько раза, но её уровень остаётся неприемлемым, что требует перехода к интеллектуальным методам.

Глава 4. Предложена конструкция интеллектуального пирометра со структурной избыточностью. Характерной особенностью его алгоритма является количественная оценка достоверности результата. Проведенное экспериментальное исследование показало снижение погрешности от 2 до 5 раз в динамической среде при сохранении точности в стабильных условиях, что подтверждает её эффективность для работы в нестационарной среде.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ БЕСКОНТАКТНОГО МОНИТОРИНГА ТЕМПЕРАТУРЫ В СЛОЖНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ

1.1 Теоретические основы бесконтактного измерения температуры

Температура является универсальной характеристикой объектов и процессов физического мира. Процесс испускания и поглощения электромагнитного излучения материей происходит непрерывно. При температуре, отличной от абсолютного нуля, всякая поверхность испускает электромагнитное излучение. Чем выше температура тела - тем больше интенсивность излучения [89]. Сам процесс излучения связан с возбуждением молекул внутри вещества, из-за чего возникают излучательные переходы электронов. Энергия Ж в форме излучения, выделяется из материи и уносится квазичастицами - квантами (фотонами) электромагнитного поля, при этом она характеризируется длиной волны X:

Ж=Ис / X , (1)

где: h=6,6256■10'34Дж■с - постоянная Планка; с=2,998108м/с - скорость электромагнитной волны (света). При этом происходит испускание смеси излучений, разной длины волны [118].

Фундаментальным законом, на котором основаны бесконтактные измерения температуры, является закон Планка и вытекающие из него частные законы. Спектральная плотность энергетической светимости абсолютно черного тела (АЧТ) определяется выражением [89, стр. 18]:

/т (X)=dRАчт(X,T)/dX=2жhc2X'5 / [ехр(Ис / XЩ - 1], [Вт/м3] (2)

где: dRАчт(X,T)/dX - спектральная плотность энергетической светимости (поток излучения с единицы площади АЧТ в единичном интервале длин волн); Т -абсолютная температура АЧТ; k=1,38054 Дж/К - постоянная Больцмана.

Спектральная плотность энергетической светимости черного тела зависит от длины волны и температуры.

На рисунке 1 [89] приведены кривые функции Планка для двух различных температур 6000 К и 77 К. Площади, ограниченные кривыми графиков, определяют интегральную светимость при заданной температуре.

Л,мкм

Рисунок 1 - Спектральное распределение энергетической светимости Солнца при Т1= 6000 К (линия 1) и АЧТ при Т2=77 К (линия 2)

Кривая спектрального распределения энергетической светимости проходит через максимум при определенной температуре Т. Как видно из рисунка 1, с ростом температуры точка максимума кривой Планка смещается в сторону коротких длин волн. Данная зависимость описывается законом смещения Вина:

Хтах =2898 / Т, [мкм]. (3)

Чтобы получить интегральную плотность потока излучения при температуре Т с единицы поверхности тела необходимо интегрировать закон Планка по всем длинам волн. Данное выражение называется законом Стефана-Больцмана и имеет вид:

Ят = оТ, [Вт/м2], (4)

где о=5,67 10-8 Вт/(м2 К2) - постоянная Стефана-Больцмана.

Физически Ят- это площадь под кривой йЯлчт (Х,Т)МХ (рисунок 2).

13

Чтобы получить плотность потока излучения АЧТ в определенном интервале длин волн, необходимо проинтегрировать уравнение Планка по X в этих пределах:

Яачт£ = /ЯЯ;[^АЧТ(А, Т)/Щ дк. (5)

Лтах Л а

Длина волны, мкм

Рисунок 2 - Поверхностная плотность потока излучения черного тела в

спектральной полосе

Описанные выше законы применимы к абсолютно черному телу. В природе не существует идеального АЧТ, есть только объекты, приближенные по характеристикам к нему. Обычные объекты называют - не черными или серыми телами. Поэтому, данные законы можно применять только при условии внесения определенных поправок, так как: серое тело часть падающего излучения поглощает а, часть отражает р и часть пропускает т (в случае, если тело прозрачное). Коэффициенты а(Х), р(Х) и т(Х) селективны - зависят от длины волны X.

На рисунке 3 представлен объект под воздействием энергии падающего излучения. В соответствии с законом сохранения энергии (Закон Кирхгоффа), в системе находящейся в состоянии термодинамического равновесия, энергия накапливаемая поглощением, равняется энергии, которая возвращается в среду излучением, отражением и/или пропусканием. Поэтому вводят коэффициент излучения б(А), который компенсирует поглощение а(Х), т.е. а(Х)=е(Х):

е(Х) + р(Х) + т(Х)= 1. (6)

е(Х) - спектральный коэффициент излучения объекта

8(1)

£Д

Рисунок 3 - Объект под воздействием падающего излучения

Спектральный коэффициент излучения идеального АЧТ равен единице, что означает полное поглощения падающего излучения на поверхность (р(Х)=0 и т(Х)=0). Для реальных объектов е(Х) < 1, т.е. может присутствовать отражение или пропускание излучения через прозрачное тело [89].

Поток излучения от серого тела является функцией неизвестного коэффициента излучения и температуры исследуемого объекта. Спектральная плотность потока излучения любого тела коррелирована со спектральной плотностью потока излучения АЧТ и определяется законом Планка следующим образом:

Мощность излучения (поток) от поверхности реального тела с площадью Б, при температуре Т в спектральной полосе ДХ, определяется по формуле:

dR(X,T)/dX = s(X)dRАЧI(X,T)/dX= е(Х) /т(Х).

(7)

(8)

1.2 Системы для бесконтактного измерения температуры

Приборы для бесконтактного измерения температуры называют пирометрами. Все методы обработки первичной информации, используемые в пирометрии, так

или иначе, базируются на законе излучения абсолютно черного тела (законе Планка). Первичный выходной сигнал измерительной системы пирометра определяется интегралом произведения спектра принятого излучения (спектра излучения объекта с учетом влияния ослабления средой распространения) и спектральной характеристикой самого прибора, а также собственной температурой приемника излучения (ПИ). Очевидно, что выходной сигнал равен нулю при отсутствии теплообмена излучением между объектом (источником) и сенсором, т.е при равенстве их температур. Отсюда следует, что всегда измеряется разностный тепловой поток.

В зависимости от свойств и возможностей, пирометры можно классифицировать по различным признакам. Основные из них: принцип действия, особенности конструкции, используемая область спектра излучения, технические и метрологические характеристики, количество каналов, используемых при измерении температуры [6, 9, 28, 35, 36, 51, 72, 71]. В зависимости от способа используемого спектрального диапазона излучения от объекта (рисунок 4) пирометры классифицируют на пирометры полного излучения (радиационные), частичного излучения, яркостные (монохроматические) и спектрального отношения (цветовые).

Пирометры полного излучения (радиационные) (рисунок 4а) воспринимают лучистую энергию в широком диапазоне длин волн с максимальным приближение к закону Стефана-Больцмана. Они имеют неселективные приемники излучения (болометры и т.д.). Результат измерения -радиационная температура. Пирометры полного излучения являются системами специализированного назначения, поэтому занимают небольшую долю рынка измерительных систем температуры.

Пирометры частичного излучения (рисунок 4б) воспринимают излучение

объекта в достаточно широком, но ограниченном интервале длин волн,

определяемом чаще всего диапазоном спектральной чувствительности приемника

излучения, а также, фильтрами, ограничивающими область спектральной

чувствительности полосами прозрачности атмосферы. В пирометрах частичного

16

излучения используют, как правило, фотоэлектрические приемники (Ge и Si -фотодиоды, фотоэлементы, фоторезисторы).

Пирометры данного типа являются самыми распространёнными, это связано с простотой конструкции и дешевизной. У всех производителей ИК-техники (FLUKE, Testo, RGK, Мегеон, Эталон и т.д.) представлен большой модельный ряд приборов данного типа.

Яркостные (монохроматические) (рисунок 4в) пирометры принимают излучение от объекта контроля в узком спектральном диапазоне длин волн (в пределе, измеряется энергетическая яркость на избранной длине волны). Результатом измерения является, так называемая, яркостная температура.

Цветовые пирометры используют два и более спектральных диапазона (рисунок 4г). Двухканальные пирометры спектрального отношения работают на основе использования изменения относительного спектрального распределения энергетической яркости излучающего тела от изменения его температуры, то есть с изменением температуры меняется цвет накаленного тела. Такие пирометры определяют температуру объекта по отношению сигналов от двух приемников, работающих на разных длинах волн. В пирометрах спектрального отношения используют фотоэлектрические приемники. Данные системы компенсирует влияние коэффициента излучения серых тел.

Пирометры с тремя и более каналами (мультиспектральные) встречаются редко и применяются в узкоспециализированных ситуациях, они могут учесть сразу несколько факторов условий измерения. Данные системы слаборазвиты из-за сложного технического исполнения и им требуется специальные способы обработки данных.

В спектральных и мультиспектральных пирометрах тем или иным способом оценивается форма спектра излучения объекта и степень приближения к спектру Планка.

Длина волны, мкм Длина волны, мкм

В г

Рисунок 4 - Классификация пирометров по способу использования спектра

излучения

а - радиационный пирометр, б - пирометр частичного излучения, в - яркостной пирометр,

г - пирометр спектрального отношения

Тепловизор - это устройство для пространственного наблюдения за

распределением температуры исследуемой поверхности в инфракрасном (ИК)

диапазоне длин волн. Данные приборы формируют тепловую карту (термограмму)

излучения объектов, которые находятся в поле зрения прибора. Распределение

температуры отображается на дисплее тепловизора или компьютера как цветовое

поле, где каждой температуре соответствует определённый цвет. Тепловую

картину позволяет получить матрица, размещенная в фокальной плоскости

объектива. Матричные фотоприемники состоят из множества чувствительных

элементов (детекторов), установленных по рядам и столбцам прямоугольной

матрицы. Матрицы характеризуются коэффициентом заполнения от общей

площади площадки на которую попадает излучение. Чем больше коэффициент

18

заполнения, тем выше качество изображения тепловой картины тепловизора. Сами матрицы можно классифицировать в зависимости от типа детекторов, из которых они произведены: матрицы из фотоприемников на основе квантовых ловушек; неохлаждаемые микроболометрические матрицы; фотонные; на основе барьера Шоттки; матрицы на суперрешетках и т.д. Спектральная чувствительность тепловизоров определяется используемым приемником излучения. Обычно принято считать, что данные системы используют диапазон чувствительности 3-14 мкм, однако существуют так называемые коротковолновые тепловизоры со спектральным диапазоном 3-5 мкм и длинноволновые 7-14 мкм [3, 4]. По сути тепловизоры можно отнести к классу пирометров частичного излучения, т.к. они воспринимает излучение объекта в достаточно широком, но ограниченном интервале длин волн. Тепловизоры имеют широкий спектр применения: медицина, мониторинг температур объектов, поисков дефектов и т.д. [3, 26]

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Чернышева Надежда Сергеевна, 2026 год

- 19 с.

16. ИТС 6-2022. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Производство цемента : утв. Приказом Росстандарта от 16 дек. 2022 г. № 3199 : дата введ. 2023-09-01. - Москва : Бюро НДТ, 2022. -294 с.

17. Ионов, А. Построение эффективной модели взаимодействия: интеллектуальный измерительный прибор - оператор / А. Ионов, Н. Чернышева // Metrology and Metrology Assurance 2015 : proceedings of the 25th National Scientific Symposium with International Participation (Sozopol, Bulgaria, 7-11 September 2015).

- Sozopol, 2015. - P. 393-399.

18. Интеллектуализация прибора как способ минимизации влияния человеческого фактора при бесконтактных температурных измерениях / А. Б. Ионов, Н. С. Чернышева, Б. П. Ионов, Е. В. Плоткин // Приборы. - 2014. - №2 6 (168).

- С. 1-10.

19. Ионов, А. Б. Метрологические проблемы пирометрии: анализ и перспективы преодоления / А. Б. Ионов // Измерительная техника. - 2013. - № 6. - С. 42-45.

20. Нейросетевой алгоритм обработки сигналов в радиационной пирометрии / А. Б. Ионов, Н. С. Чернышева, Е. В. Плоткин, Б. П. Ионов // Измерение, контроль, информатизация : материалы XIV Междунар. науч.-техн. конф. (Барнаул, 10 апр. 2013 г.) / Алт. гос. техн. ун-т им. И. И. Ползунова. - Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 2013.

- Т. 1. - С. 121-124.

21. Оценка влияния атмосферного водяного пара на результаты бесконтактного измерения температуры / А. Б. Ионов, Н. С. Чернышева, Б. П. Ионов, М. А. Рябова.

- DOI: 10.25206/1813-8225-2023-187-131-139 // Омский научный вестник. - 2023. -№ 3 (187). - С. 131-139.

22. Применение нейроных сетей при обработке сигналов многоканальных

пирометров / А. Б. Ионов, Б. П. Ионов, Н. С. Чернышева, Е. В. Плоткин //

Ползуновский вестник. - 2013. - № 2. - С. 82-85.

125

23. Ионов, А. Б. Синтез малоканальных систем пирометрического мониторинга объектов с температурой 200...800 °С / А. Б. Ионов // Мир измерений. - 2012. - № 10. - С. 42-47.

24. Использование температурно-спектрального представления данных для спектрально-статистической многоканальной пирометрии / Б. П. Ионов, А. Б. Ионов, Н. С. Чернышева, А. В. Ольшанский // Приборы. - 2015. - № 11 (185). - С. 5-11.

25. Какоткин, А. С. Особенности этапа настройки и калибровки на примере проектирования системы измерения концентрации пыли / А. С. Какоткин, Н. С. Чернышева, Б. П. Ионов // Ученые Омска - региону : материалы III Регион. науч.-техн. конф. (Омск, 6-7 июня 2018 г.) / Ом. гос. техн. ун-т. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2018. - С. 7-11. - 1 CD-ROM. - Загл. с этикетки диска.

26. Эффективность применения тепловизоров различного типа при активном тепловом контроле расслоений в неметаллах / Д. Ю. Кладов, А. О. Чулков, В. П. Вавилов [и др.]. - DOI: 10.31857/S0130308223070035 // Дефектоскопия. - 2023. - № 7. - С. 25-32.

27. Клименко, А. П. Методы и приборы для измерения концентрации пыли / А. П. Клименко. - Москва : Химия, 1978. - 207 с.

28. Справочник по приборам инфракрасной техники / Л. З. Криксунов, В. А. Волков, В. К. Вялов [и др.] ; под ред. Л. З. Криксунова. - Киев : Техшка, 1980. - 231 с.

29. Куинн, Т. Температура : пер. с англ. / Т. Куинн. - Москва : Мир, 1985. - 448 с.

30. Котов, П. А. Повышение достоверности передачи цифровой информации / П. А. Котов. - Москва : Связь, 1966. - 184 с.

31. Лапшин, А. Б. Технология обеспыливания в производстве цемента / А. Б. Лапшин. - Новороссийск : НПО «Стромэкология», 1996. - 149 с.

32. Лисиенко, В. Г. Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология :

в 2 кн. / В. Г. Лисиенко, Я. М. Щелоков, М. Г. Ладыгичев. - Москва : Теплотехник,

2004. - Кн. 1. - 687 с. - ISBN 5-98457-017-3.

126

33. Лисиенко, В. Г. Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология : в 2 кн. / В. Г. Лисиенко, Я. М. Щелоков, М. Г. Ладыгичев. - Москва : Теплотехник, 2004. - Кн. 2. - 588 с. - ISBN 5-98457-018-1.

34. Лысенко, С. А. Восстановление массовой концентрации пыли в промышленных выбросах из результатов оптического зондирования / С. А. Лысенко, М. М. Кугейко // Оптика атмосферы и океана. - 2011. - Т. 24, № 11. - С. 960-968.

35. Магунов, А. Н. Спектральная пирометрия / А. Н. Магунов. - Москва : Физматлит, 2012. - 248 с. - ISBN 978-5-9221-1385-4.

36. Приборы и методы температурных измерений : учеб. пособие / Б. Н. Олейник, С. И. Лаздина, В. П. Лаздин [и др.]. - Москва : Изд-во стандартов, 1987. - 296 с.

37. Патент № 139153 Российская Федерация, МПК G01J 5/10. Полихроматический пирометр : № 2013154369/28 : заявл. 06.12.2013 : опубл. 10.04.2014 / Б. П. Ионов, А. Б. Ионов, Е. В. Плоткин, Н. С. Чернышева ; заявитель Ом. гос. техн. ун-т. - 8 с.

38. Плоткин, Е. В. Применение нейронных сетей при построении средств бесконтактного измерения температуры / Е. В. Плоткин, Н. С. Чернышева // Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке : тез. докл. 17 молодеж. Междунар. форума (Харьков, 22-24 апр. 2013 г.) / Харьковский нац. ун-т радиоэлектроники. -Харьков : ХНУРЭ, 2013. - C. 184-185.

39. Прокопчина, С. В. Измерительный искусственный интеллект: методологические основы, принципы создания и информационные технологии на основе регуляризирующего байесовского подхода / С. В. Прокопчина. - DOI: 10.36871/2618-9976.2023.10-2.003 // Мягкие измерения и вычисления. - 2023. - Т. 71, № 10-2. - С. 28-59.

40. Пронин, А. Н. Достоверность измерительной информации в системах управления. Проблемы и решения / А. Н. Пронин, К. В. Сапожникова, Р. Е. Тайманов // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2015. - Т. 9, № 3. - С. 3237.

41. Райст, П. Аэрозоли. Введение в теорию / П. Райст ; пер. с англ. под ред. Б. Ф. Садовского. - Москва : Мир, 1987. - 278 с.

42. РМГ 29-2013. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения : утв. и введ. в действие Приказом Федер. агентства по техн. регулированию и метрологии от 5 дек. 2013 г. № 2166-ст : дата введ. 2015-01-01 / разраб. Федер. гос. унитарным предприятием «Всерос. науч.-исслед. ин-т метрологии им. Д. И. Менделеева». - Москва : Стандартинформ, 2014. - 60 с.

43. Слынько, Ю. В. Модель расчета переноса излучения на основе открытой базы данных HITRAN / Ю. В. Слынько // Вопросы радиоэлектроники. - 2007. - Т. 2, № 4. - С. 5-11.

44. Стафеев, С. К. Основы оптики : учеб. пособие для студентов высш. учеб. заведений, обучающихся по направлениям «Физика» (510400), «Прикладная математика и физика» (511600), «Оптотехника» (551900), «Приборостроение» (551500) и другим физич. и техн. направлениям подготовки / С. К. Стафеев, К. К. Боярский, Г. Л. Башнина. - Санкт-Петербург : Питер, 2006. - 336 с. - ISBN 5-46900846-0.

45. Тайманов, Р. Е. Преимущества и проблемы применения измерительных систем на основе искусственного интеллекта / Р. Е. Тайманов, К. В. Сапожникова, А. С. Аминова. - DOI: 10.36871/2618-9976.2023.04.001 // Мягкие измерения и вычисления. - 2023. - Т. 65, № 4. - С. 5-14.

46. Тимофеев, Ю. М. Теоретические основы атмосферной оптики : учеб. пособие / Ю. М. Тимофеев, А. В. Васильев. - Санкт-Петербург : Наука, 2003. - 475 с. - ISBN 5-02-024976-9.

47. Турдиев, О. А. Оценки эффективности обнаружения ошибок контрольного суммирования (CRC) передаваемых данных / О. А. Турдиев, С. В. Клименко, А. Б. Тухтаходжаев // Известия СПбГЭТУ ЛЭТИ. - 2019. - № 8. - С. 54-58.

48. Тымкул, В. М. Использование оптического трехспектрального пирометра при воздействии теплового излучения фона / В. М. Тымкул, Д. С. Шелковой //

Известия высших учебных заведений. Приборостроение. - 2012. - Т. 55, № 9. - С. 67-73.

49. Уорк, К. Загрязнение воздуха : Источники и контроль : пер. с англ. / К. Уорк, С. Уорнер ; под ред. Е. Н. Теверовского. - Москва : Мир, 1980. - 539 с.

50. Фрунзе, А. В. Методическая погрешность энергетических пирометров, обусловленная влиянием на результат измерения расстояния между пирометром и объектом / А. В. Фрунзе // Измерительная техника. - 2012. - № 10. - С. 37-41.

51. Фрунзе, А. В. Пирометрия XXI века : моногр. / А. В. Фрунзе. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. - 192 с. - ISBN 978-5-9729-2010-5.

52. Фрунзе, А. В. Повышение точности измерений широкополосными пирометрами спектрального отношения температуры металлов / А. В. Фрунзе // Приборы. - 2010. - № 12 (126). - С. 23-32.

53. Справочник по производству цемента / под ред. И. И. Холина. - Москва : Госстройиздат, 1963. - 851 с.

54. Чернышева, Н. С. Алгоритм обработки данных многоканального пирометра в условиях влияния фонового излучения / Н. С. Чернышева // Наука. Технологии. Инновации : сб. науч. тр. (Новосибирск, 5-9 дек. 2016 г.) / Новосиб. гос. техн. ун-т. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2016. - Ч. 2. - С. 201-204.

55. Чернышева, Н. С. Анализ принципов построения интеллектуальных пирометров промышленного назначения / Н. С. Чернышева, А. Б. Ионов // Международная конференция «Инновационные подходы к решению технико-экономических проблем» : сб. тр. (Москва, 15 дек. 2014 г.) / Нац. исслед. ун-т «Моск. ин-т электрон. техники». - Москва : Изд-во МИЭТ, 2014. - С. 62-66.

56. Чернышева, Н. С. Анализ эффективности использования одноканальных пирометров с разными спектральными характеристиками в условиях запыленности / Н. С. Чернышева, А. Б. Ионов, Б. П. Ионов. - DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-479-87 // Динамика систем, механизмов и машин. - 2018. - Т. 6, № 4. - С. 79-87.

57. Чернышева, Н. С. Анализ эффективности способов введения внешней

коррекции для радиационных пирометров / Н. С. Чернышева, А. Б. Ионов //

Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП-2014) : тр. XII

129

Междунар. конф. (Новосибирск, 2-4 окт. 2014 г.) / Новосиб. гос. техн. ун-т. -Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2014. - Т. 2. - С. 99-104.

58. Чернышева, Н. С. Бесконтактный мониторинг температуры в сложных измерительных условиях / Н. С. Чернышева // Наука. Технологии. Инновации : сб. науч. тр. (Новосибирск, 5-9 дек. 2016 г.) / Новосиб. гос. техн. ун-т. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2016. - Ч. 1. - С. 66-68.

59. Чернышева, Н. С. Диагностика измерительной ситуации при бесконтактных измерениях температуры в сложных условиях / Н. С. Чернышева, Б. П. Ионов, А. Б. Ионов // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. - 2016.

- № 6 (150). - С. 147-151.

60. Чернышева, Н. С. Имитационное моделирование влияния аэрозолей на бесконтактные измерения температуры / Н. С. Чернышева, А. Б. Ионов // Наука и молодежь в XXI веке : материалы III Всерос. студенческой науч.-техн. конф. (Омск, 30 нояб. 2017 г.). - Омск : Омскбланкиздат, 2017. - С. 192-195.

61. Чернышева, Н. С. Имитационное моделирование погрешности одноканальных и двухканальных пирометров / Н. С. Чернышева, А. Б. Ионов // Ученые Омска - региону : материалы IV Регион. науч.-техн. конф. (Омск, 4-5 июня 2019 г.) / Ом. гос. техн. ун-т. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2019. - С. 95-99. - 1 CD-ROM. - Загл. с этикетки диска.

62. Чернышева, Н. Интеллектуальный пирометр для бесконтактного измерения температур мини-объектов / Н. Чернышева, А. Ионов, Б. Ионов // Metrology and Metrology Assurance 2015 : proceedings of the 25th National Scientific Symposium with International Participation (Sozopol, Bulgaria, 7-11 September 2015). - Sozopol, 2015.

- P. 185-191.

63. Интеллектуальный пирометр для измерения температуры объектов сложной формы / Н. С. Чернышева, А. Б. Ионов, Б. П. Ионов, А. И. Мирная // Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям. - 2016. - Т. 2. - С. 169-172.

64. Чернышева, Н. С. Исследование влияния атмосферных газов на бесконтактное измерение температуры / Н. С. Чернышева, А. А. Начвина // Наука и образование: проблемы и тенденции развития. - 2016. - № 1 (4). - С. 65-67.

65. Чернышева, Н. С. Исследование влияния фонового излучения в многоканальной пирометрии / Н. С. Чернышева, А. Б. Ионов // Наука, образование, бизнес : материалы Междунар. науч.-практ. конф. ученых, преподавателей, аспирантов, студентов, специалистов пром-сти и связи, посвящ. Дню радио (Омск, 14 мая 2015 г.). - Омск : Образование-информ, 2015. - С. 303-305.

66. Чернышева, Н. С. Использование двухканальных пирометров в условиях повышенной запыленности / Н. С. Чернышева, А. Б. Ионов // БШТеБ! - 2019 : сб. тез. докл. V Междунар. конф. по инновациям в неразрушающем контроле (Екатеринбург, 26-28 июня 2019 г.) / Нац. исслед. Том. политехн. ун-т. - Томск : Изд-во ТПУ, 2019. - С. 68-69.

67. Чернышева, Н. С. Исследование радиометрической цепочки / Н. С. Чернышева // Наука, образование, бизнес : материалы Всерос. науч.-практ. конф. ученых, преподавателей, аспирантов, студентов, специалистов пром-сти и связи, посвящ. дню Радио. - Омск : КАН, 2013. - С. 375-377.

68. Чернышева, Н. С. Методы многоканальной пирометрии для компенсации фонового излучения / Н. С. Чернышева, А. Б. Ионов // Стандартизация, метрология и управление качеством : материалы Всерос. науч.-техн. конф., посвящ. 90-летию Росстандарта и 170-летию метролог. службы России (Омск, 20 мая 2015 г.) / Ом. гос. техн.ун-т. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2015. - С. 158-161.

69. Чернышева, Н. С. Многоканальный пирометр с автоматической компенсацией влияния фонового излучения / Н. С. Чернышева // Материалы 53-й Международной научной студенческой конференции МНСК-2015 : Инструментальные методы и техника экспериментальной физики (Новосибирск, 11-17 апр. 2015 г.) / Новосиб. гос. ун-т. - Новосибирск : Изд-во НГУ, 2015. - С. 41.

70. Чернышева, Н. С. Моделирование влияния нагретой пыли на спектр регистрируемого теплового излучения при пирометрических измерениях / Н. С.

Чернышева // Наука. Технологии. Инновации : сб. науч. тр. (Новосибирск, 2-6 дек.

131

2019 г.) / Новосиб. гос. техн. ун-т. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2019. - Ч. 2. - С. 70-74.

71. Чернышева, Н. С. Оценка влияния запыленности на бесконтактные измерения температуры / Н. С. Чернышева // Байкал 2018 : сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф. (Ольхонский район, 11-20 июня 2018 г.). - Иркутск : Изд-во Иркутск. нац. исслед. техн. ун-та, 2018. - С. 99-104.

72. Чернышева, Н. С. Разработка пирометра частичного излучения без модуляции лучистого потока / Н. С. Чернышева, С. Ю. Ерошенко, Н. В. Коваленко, Е. Р. Киклевич // Наука, образование, бизнес : материалы Всерос. науч.-практ. конф. ученых, преподавателей, аспирантов, студентов, специалистов пром-сти и связи, посвящ. 15-летию ИРСИД. - Омск : КАН, 2012. - С. 348-350.

73. Чернышева, Н. С. Разработка эмпирической модели поведения выходного сигнала приемника ик-излучения при проведении пирометрических измерений сквозь нестационарное пылевое облако / Н. С. Чернышева, А. Б. Ионов, Б. П. Ионов. - Б01: 10.25206/2310-9793-2025-13-4-39-46 // Динамика систем, механизмов и машин. - 2025. - Т. 13, № 4. - С. 39-46.

74. Чернышева, Н. С. Экспериментальная установка для изучения влияния запыленности на бесконтактные измерения температуры / Н. С. Чернышева, Б. П. Ионов, А. Б. Ионов. - Б01: 10.25206/1813-8225-2018-158-110-115 // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. - 2018. - № 2 (158). - С. 110-115.

75. Шевченко, М. В. Разработка способа численной оценки достоверности результатов измерений для интеллектуального пирометрического датчика / М. В. Шевченко, А. Б. Ионов // XXVII Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям ^СМ'2024) (Санкт-Петербург, 22-24 мая 2024 г.) / С.-Петерб. гос. электротехн. ун-т «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина). - Санкт-Петербург : Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2024. - С. 372-375.

76. Якшик, А. Современные анализаторы концентрации пыли серии DUSTHUNTER / А. Якшик, И. А. Орлова // Энергетик. - 2010. - № 9. - С. 49-50.

77. Araujo, A. Analysis of multi-band pyrometry for emissivity and temperature measurements of gray surfaces at ambient temperature / A. Araujo. - DOI: 10.1016/j.infrared.2016.03.014 // Infrared Physics & Technology. - 2016. - Vol. 76. - P. 365-374.

78. Araujo, A. Multi-spectral pyrometry - A review / A. Araujo. - DOI: 10.1088/1361-6501/aa7b4b // Measurement Science and Technology. - 2017. - Vol. 28, no. 8. - P. 082002.

79. Chen, L. Application research of artificial neural network in multispectral radiation thermometry / L. Chen, J. Zhang. - DOI: 10.1109/CCSSE.2017.8088029 // 3rd IEEE International Conference on Control Science and Systems Engineering (ICCSSE) : proceedings (Beijing, China, 17-19 August 2017). - IEEE, 2017. - P. 724-727.

80. Multi-spectral temperature measurement based on adaptive emissivity model under high temperature background / L. Chen, S. Sun, S. Gao [et al.]. - DOI: 10.1016/j.infrared.2020.103523 // Infrared Physics & Technology. - 2020. - Vol. 111. -P. 103523.

81. Chernysheva, N. S. Application of a Multichannel Radiation Thermometer for Increase in Adequacy of Non-Contact Temperature Measurement Result / N. S. Chernysheva, A. B. Ionov. - DOI: 10.1109/EDM.2015.7184557 // 16th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM 2015) : proceedings (Erlagol, Russia, 29 June - 3 July 2015). - IEEE, 2015. - P. 334336.

82. Chernysheva, N. S. Efficiency Analysis of the Usage of Single-Channel Radiation Thermometers with Different Spectral Characteristics in Dusty Environment / N. S. Chernysheva, A. B. Ionov, B. P. Ionov. - DOI: 10.1109/Dynamics.2018.8601475 // Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics) : proceedings 12th International Scientific and Technical Conference (Omsk, 13-15 November 2018) / Omsk State Technical University. - IEEE, 2019. - P. 1-6.

83. Chernysheva, N. S. The main principles of development of an intelligent multichannel radiation thermometer / N. S. Chernysheva, A. B. Ionov, B. P. Ionov. - DOI:

10.1109/EDM49804.2020.9153495 // 21st International Conference of Young Specialists

133

on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM) : proceedings (Chemal, Russia, 29 June - 3 July 2020). - IEEE, 2020. - P. 226-233.

84. Chernysheva, N. S. Usage of dual-channel radiation thermometers in dusty environment / N. S. Chernysheva, A. B. Ionov, B. P. Ionov. - DOI: 10.1088/17426596/1327/1/012020 // Journal of Physics: Conference Series. - 2019. - Vol. 1327, no. 1. - P. 012020.

85. Chrzanowski, K. Non-Contact Thermometry Measurement Errors / K. Chrzanowski. - Warsaw : SPIE Polish Chapter, 2001. - 147 p. - ISBN 83-904273-5-5.

86. Theory and Practice of Radiation Thermometry / ed. D. P. DeWitt, G. D. Nutter. -New York : Wiley, 1988. - 1138 p.

87. Duta, M. The fusion of redundant SEVA measurements / M. Duta, M. Henry // IEEE Transactions on Control Systems Technology. - 2005. - Vol. 13, no. 2. - P. 173184.

88. Eder, C. Four-channel sensor-array for the non-contact temperature measurement of liquids in hermetically closed systems / C. Eder, T. Becker, A. Delgado. - DOI: 10.1016/j.foodcont.2009.02.014 // Food Control. - 2009. - Vol. 20, no. 12. - P. 11191126.

89. Gaussorgues, G. Infrared Thermography / G. Gaussorgues. - London : Chapman & Hall, 1994. - 508 p.

90. Cutting temperature measurement in turning using fiber-optic multi-spectral radiation thermometry and its application in tool wear status recognition / J. Han, Z. Liu, K. Cao [et al.]. - DOI: 10.1016/j.measurement.2022.111413 // Measurement. - 2022. -Vol. 198. - P. 111413.

91. Henry, M. Sensor validation: Principles and standards / M. Henry, G. Wood // ATP International. - 2005. - Vol. 3, no. 2. - P. 39-52.

92. Henry, M. P. An Introduction to Prism Signal Processing Applied to Sensor Validation / M. P. Henry. - DOI: 10.1007/s11018-018-1345-1 // Measurement Techniques. - 2018. - Vol. 60, no. 12. - P. 1233-1237.

93. Henry, M. P. The self-validating sensor: rationale, definitions and examples / M. P. Henry and D. W. Clarke. - DOI: 10.1016/0967-0661(93)91382-7 // Control Engineering Practice. - 1993. - no. 1. - P. 585-610.

94. Hergert, W. The Mie Theory: Basics and Applications / W. Hergert, T. Wriedt. -Heidelberg : Springer, 2012. - 259 p. - ISBN 978-3-642-28737-4.

95. Ionov, A. B. A Novel Approach for Uncertainty Evaluation Using Characteristic Function Theory / A. B. Ionov, N. S. Chernysheva, B. P. Ionov. - DOI: 10.1142/9789814678629_0021 // Advanced Mathematical and Computational Tools in Metrology and Testing X. - 2015. - Vol. 86. - P. 179-186.

96. An approach to on-line uncertainty evaluation in non-contact temperature measurements / A. Ionov, B. Ionov, N. Chernysheva, E. Plotkin. - DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.613.173 // Key Engineering Materials. - 2014. - Vol. 613. - P. 173-181.

97. Ionov, A. B. Metrological problems of pyrometry: An analysis and the prospects for solving them / A. B. Ionov. - DOI: 10.1007/s11018-013-0262-6 // Measurement Techniques. - 2013. - Vol. 56, no. 6. - P. 658-663.

98. Study of an Approach for Numerical Evaluation of the Reliability of Measurement Results for an Intelligent Radiation Thermometry Sensor / A. B. Ionov, N. S. Chernysheva, M. V. Shevchenko, B. P. Ionov. - DOI: 10.1109/DYNAMICS64718.2024.10838648 // Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics) : proceedings XVIII International scientific and technical conference (Omsk, Russia, 12-14 November 2024) / Omsk State Technical University. -IEEE, 2024. - P. 1-7.

99. ISO/IEC Guide 98-3:2008. Uncertainty of Measurement. Part 3: Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM:1995). - Geneva : ISO, 2008. - 120 p.

100. Uncertainty of temperature measurements by infrared thermography for metal cutting applications / B. Lane, E. Whitenton, V. Madhavan, A. Donmez. - DOI: 10.1088/0026-1394/50/6/637 // Metrologia. - 2013. - Vol. 50, no. 6. - P. 637-653.

101. Rules of Emissivity Sample Choice in Multi-wavelength Pyrometry / M. Liang, B. Sun, X. Sun [et al.]. - DOI: 10.1007/s10765-016-2169-3 // International Journal of Thermophysics. - 2017. - Vol. 38, no. 3. - P. 35.

102. Majumder, B. D. Recent advances in multifunctional sensing technology on a perspective of multi-sensor system: a review / B. D. Majumder, J. K. Roy, S. Padhee. -DOI: 10.1109/JSEN.2018.2882239 // IEEE Sensors Journal. - 2019. - Vol. 19, no. 4. -P. 1204-1214.

103. Minkina, W. Atmospheric transmission coefficient modelling in the infrared for thermovision measurements / W. Minkina, D. Klecha. - DOI: 10.5194/jsss-5-17-2016 // Journal of Sensors and Sensor Systems. - 2016. - Vol. 5, no. 1. - P. 17-23.

104. Minkina, W. Infrared Thermography. Errors and Uncertainties / W. Minkina, S. Dudzik. - New York : John Wiley & Sons, 2009. - 248 p. - ISBN 9780470747186.

105. Sapozhnikova, K. Increasing Measurement Trustworthiness as a Necessary Part of Technology Development / K. Sapozhnikova, A. Pronin, R. Taymanov // Sensors and Transducers. - 2021. - Vol. 251, no. 4. - P. 61-69.

106. Sauer, V. M. Numerical assessment of uncertainty and dynamic range expansion of multispectral image-based pyrometry / V. M. Sauer, I. Schoegl. - DOI: 10.1016/j.measurement.2019.04.089 // Measurement. - 2019. - Vol. 145. - P. 820-832.

107. Taymanov, R. Metrological self-check and evolution of metrology / R. Taymanov, K. Sapozhnikova. - DOI: 10.1016/j.measurement.2010.04.004 // Measurement. - 2010. - Vol. 43, no. 7. - P. 869-877.

108. Taymanov, R. Problems of terminology in the field of measuring instruments with elements of artificial intelligence / R. Taymanov, K. Sapozhnikova // Sensors & Transducers Journal. - 2009. - Vol. 102, no. 3. - P. 51-61.

109. Taymanov, R. What makes sensor devices and microsystems «intelligent» or «smart»? / R. Taymanov, K. Sapozhnikova. - DOI: 10.1016/B978-0-08-102055-5.00001-2 // Smart Sensors and MEMS: Intelligent Sensing Devices and Microsystems for Industrial Applications. - 2nd ed. - Elsevier Inc., 2018. - P. 1-22.

110. Development of a multi-spectral thermal imager for measurement of the laser-

induced damage temperature field / Z. Wang, J. Dai, S. Yang, T. Hu. - DOI:

136

10.1016/j.infrared.2022.104158 // Infrared Physics & Technology. - 2022. - Vol. 123. -P. 104158.

111. Wang, Zh. Multi-spectral radiation thermometry based on the reconstructed spectral emissivity model / Zh. Wang, J. Dai. - DOI: 10.1016/j.measurement.2024.114346 // Measurement. - 2024. - Vol. 228. - P. 114346.

112. Research on the correction method of reflected energy in radiation temperature measurement / Y. Wei, B. Sun, X. Sun, K. Xue. - DOI: 10.1016/j.infrared.2022.104378 // Infrared Physics & Technology. - 2022. - Vol. 127. - P. 104378.

113. Radiation Thermometry Algorithms with Emissivity Constraint / C. Y. Xin, X. P. Du, F. Q. Guo, S. L. Shen. - DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)03-0679-03 // Spectroscopy and Spectral Analysis. - 2019. - Vol. 39, no. 3. - P. 679-681.

114. Fault detection, isolation, and diagnosis of self-validating multifunctional sensors / J. L. Yang, Y. S. Chen, L. L. Zhang, Z. Sun. - DOI: 10.1063/1.4954184 // Review of Scientific Instruments. - 2016. - Vol. 87, no. 6. - P. 065004.

115. Development of multi-spectral pyrometer for measuring cathode surface temperature of pulsed vacuum arc discharge / Z. Yang, Bo. Wang, J. Dai, Zh. Hu. - DOI: 10.1016/j.rinp.2023.107014 // Results in Physics. - 2023. - Vol. 53. - P. 107014.

116. Multi-spectral Radiation Temperature Inversion Method Based on the Statistical Distribution of the Predicted Temperature / Y. Zhang, J. Li, S. Jin [et al.]. - DOI: 10.1134/S0020441225700988 // Instruments and Experimental Techniques. - 2025. -Vol. 68, no. 5. - P. 851-861.

117. Zang, Z. M. Radiometric Temperature Measurements. I. Fundamentals . Vol. 42. Experimental Methods in the Physical Sciences / Z. M. Zang, B. K. Tsai, G. Machin. -Amsterdam : Academic Press, 2009. - 376 p.

118. Zhang, Z. M. Radiometric Temperature Measurements. 2. Applications / Z. M. Zhang, B. K. Tsai, G. Machin. - Amsterdam : Elsevier, 2010. - 480 p.

119. High temperature measurements based on unknown spectral emissivity using a joint two-color and three-color pyrometry method / L. Zhu, Ch. Yin, X. Huang [et al.]. -DOI: 10.1016/j.ijthermalsci.2025.110084 // International Journal of Thermal Sciences. -2025. - Vol. 218. - P. 110084.

(Справочное) Акт внедрения

УТВЕРЖДАЮ

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы Чернышевой Надежды Сергеевны «Повышение эффективноетн бесконтактного мониторинга температуры в услонкях запыленной г-релы путем многоканальных намерений»

Научно-техническая комиссия в состав« директора ООО «НПК«Термоприборл Ольшанского A.B., главно™ инженера Неворотина ГШ. составила настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы Чернышевой Н.С. использованы при создании и модернизации разрабатываемых экспериментальных систем TGM-1600 к SPM-650I, предназначенных для мониторинга температуры вн>три вращающихся печей и в зоне охлаждения материала. В частности, использованы:

- алгоритмы и критерии оценки достоверности мониторинга температуры печного пространства в условиях повышенной запыленности;

- рекомендации по выбору оптимального спектрального диапазона применяемых приемников излучения для контроля температур в зоне охлаждения материала;

- алгоритм обработки данных многоканальной спектральной пирометрии с предоставлением информации как о результате измерения температуры объекта, так и о степени достоверности текущего результата-

ИспользоЕзание результа тов работы позволяет не только снизит!, погрешность измерений в условиях повышенной запыленности в 5... 10 раз. но и получать и информацию о статусе достоверности текущих результатов, что особенно актуально в режиме несферы иного мониторинга.

Члены научно-технической комиссии:

Сертификат об утверждении типа средств измерений

ПРИЛОЖЕНИЕ В

(справочное)

Характеристики приемников излучения экспериментальной установки

гирикпмп

ФОТОЭЛЕМЕНТЫ

ФЭ722, ФЭ723, ФЭ724 ФЭ722-Т. ФЭ723-Т, Ф3724-Т

Таблица 1. Электрические л фотоэлектрические параметры фатоэлкиентов

Тип фотоэлемента ФЭ723 ФЭ733 ФЭ?24

Вар нлнт конструкции ФЭ723-2 №723-1 «там ФЭ1Ы-1 ФЭ72Ф-2

Размер фаточувстиительного эгеыента. мм 2-1 1-1 м 1»1 2-2

Б |[ 1? н а | ■ г 1 А 11,4 1 кОч 10, мкД. не мс чес - - » щ

и^. мй. не иенее а эо 13 2В

Б "1 кОм ■■ ■: 1 .5 кОч 10 мнД. не менее ?с 60 26

и^. мй. не иенее № М 25 40 16 Я

В 1,5 Iйд<3н£н 1р=]1 мнД. НС МСНСе во 40 26

и^. мй. нс иен» 50 15 34 50 26 36

Г 3 ЛИ 1 ГЦ, кОи 10. мнА. не менее щ ■ 30 - ■

__,-. мй. не иенее Ёб 60

д 0.5 кОи ■■ р,: ; 7 н£м 10, мкД. не менее 36 Я 16

и .у. мй. № иенее 26 25 а зо

Собственная постальная времени по нпрастанин н спаду сигнала. Г, нкс, не Солее 30 16 в

й п я * "в 1 Длина вотны максимума, спектральнэн ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ . ЬЖУ 3.6*42 3,3*43 3,7*0.2

Кпрстковалпаыл граница спектральной чувствительности. А'г исм

Длиьнсаолнсаал границ спе-ктра/ьнан ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ. к". МКМ ши 4,3*0^ 4,7±Д.2

Таблица 2. Электрические и [ротаэлектрнческке параметры фатоэлкиентов

Гп фотоэлемента ФЭ722-Т Ф37Я-Г ФЭ724-Т

йдрнант конструкции ФЭ722-Т-1 Фэ^гз-т-г Фэ-та4-ти

Размер фатсчуястаете-льнсгр элемента. или 1«1 24 1»1 м 1И1 2"2

А Rъ<i кОм мкА. не менее во

Я мВ. не иенее во

ш Б 1 кОм -= < 1 г5 кОм 10, мкА. не менее 7Ь 50

и^. мВ-. № менее 1. 120 56 ?6

5П В 1,5 кОи* кОм 10, мкД. не менее № » 40

Ш ио:. мВ. не иенее 150 аи 100 150 76 1оа

ш Г ■А кОм 5 Пд я 7 кОм мкА. не менее 70 15 30

Цщ, мВ. не иенее 110 120 180 90 120

5 0.5 кОи * 7 кОм 10, мкА. не менее 35 30 37

А Удо мВ. № иенее 1« «о ■0 46 76

Ссйстапчал пвстоятая вре-мень спаду енгнлла, Г, мкгг недолге по нпрастанин и 50 30 ю

л! & £ & Длина волны максимума спектральной чувствительности!, ыкм

I й • »и Кароткавалгеэвая граница спектральной чувствительности, А', шеи 1,0*±О2

= е 1 и ^ Длинное ал новая границу спе-ктра/ънкил чувствительности, А*1, мкм 4.5 ±0.2

'ш " тсж коротка га эаыыклмия фатаэлемстов:

Р!д - дафференциольное электрическое- сопротивление фотоэ л сметой; 11га - напряжение холостого кода Фотоэпе-ынтое,

Е-шар! 553605-7й^1гсаэпс1,П1

ги

Теп ; (ЕИ?) 247-14-50

гирикпмл

ФОТОЭЛЕМЕНТЫ

ФЭ 722, ФЭ723, ФЭ724 ФЭ722-Т, ФЭ723-Т, ФЭ724-Т

Примечания:

1. Зна'-иштя параметров фвдй-эн млн то ггФ Э 72 2Г ФЭ723, ФЭ724 в таблице Т1 приведены при температуре

2. Эн-лченшг /тврзметраа [¿тага элементов ФЭ722-Т, ФЭ723-Т ФЭ724-Т а табпнц-е 2 приведены прн- темпера гуре (20±5} *СГ то*се литания ТЭБ - (0,4±0Г0&) А и при рояошм обсс/течсмня геттаотвода от горячей гранит ГЭЬ осаждаемых фогаэлемелтов.

При згой, енчгтемон н-гляоогвцда лтобдгадомо рассеивав мощность Вт.

3. Значения тояа но ро глете- замыкания и напряжения .шло сто го ягода приведены для иапучатам АЧТ 7абсолтогно чцргав с температурой полости 1273К лри платности по го кг излучения 0,04 Вт/см3.

4. ФетОйЛыШжы работает гсь'зько в фого^алыгани'лесиом режнмег луви этом реализуется либо режим -лалосгого хода*, либо режим -¡короткого заишяанин--.

Фета элементы со значениями Йп по группе -Д- могут Быть изготовлены с применением оптически.*: фильтров ¡¡таблица IX при атом мкА и и^г-О.ЭмВ.

Таблица 1. Типы оптических фильтров (применяемые в фотоэлемента* ФЭ7££, ФЭ722-Т, ФЭ723, ФЭ723-Т, ФЭ724., ФЭ724-Тоо значениями Ир по группе-Д-3 и ил оптические параметры

Тжл фотаэле-чентл СГГЛ'-С-СКСГС фмлетра Тип □ ИППССКОГЕ -ф и тэт р а Оптнчмянг параметры фмгьтрся

иО.М, икм Ад. Г». -Ч ±0,02, мкм не ЧСИСС шлп;, мкм

<ьэ-?22, Фэтгг-т, вдггг Фэтг^т 1 У - - - 2.« ТО

■юггг вдтгз-т г ив

3 1Я Й.120

4

Ь 129

6 ие

7 5,40 ан>

в 15Й ае*

мгг^ ФЗ?24-Т 9 ш 4140

110 «1 0,145

ФЭ722. Фэтаа-т, «ОВД. 43723-Т_ 4*3124. ФЭ?24-Т 111 к и м 70 - - -

Ф'3723, ФЭ72>Т, №724. Ф3?24-Т 12 2.7 Ь.0 2,6 - - -

У - узкпполосньн фильтр:

Б К. - блокирующии коротковолновый |отреааюдии) фильтр;

А^иАд- козетка- и длинноволновая граница рабочего спектрального диапазона:

А ГР- коротковопневая граница пропускания, определяемая значен «вы длины ылны. соответствующей значении коэффициента пропускания Г« 10 % ни коротковолновом фронте рабочего спектрального диапазона; Гдо - среднее значение коэффициента пропускания в рабочем спектральном диапазоне;

^ - длина воины, соответствующая максимальному значении коэффициента, пропускания в рабочей полосе пропуск» ия:

Г ._ - значение коэффициента пропускания в максимуме:

.'и\3 с - спектральная изирта рабочей полосы гропускаьня на уровне Г* 0..5- Г,^ (полуширина рабочей полосы

пропуск» ИЛ

-Ис/ювное ойом-далда лри заказе: Фотоэлемент ФЭ722 - 1 - Б АДПК.432231.001 ТУ Вариант конструкции

Группа по значетям электрических пара не трав

Обозначение ТУ

МЁнймйе обозначение лри заказе фогоалеменгав ее значениями та грулпе -Д» с Г¥>1иенв1чнвм оптически* фнльгров:

Фотоэлемент ФЭ722-1-Д-1 ДДПК.432231.ОС 1 ТУ

Вариант конструкции

Группа по аначешям электрических параметров

Обозначение ТУ Обозначение оптического фильтра

те Л ; ¡;В1 ?) г-47.14-50

Патент на полезную модель

m "45

710

1

а <¡71

ih4H>

i 605

—

irt)

535

500

\

-

-ИП

■ ■ ■ Тоб — ■[1:4] — [3:5]

-[1]

15

Время, с

15

Время, с

-ИП -[1]

Оценка неопределенности

Коэф.пропускания & Достоверность

-ИП [1:4] [3:5]

15

Время, с

v\ rd ---■ 08 ... o.4 -

1

......V

1

N

Рисунок А.1. - Экспериментальные данные в условиях появления динамического

облака пыли, Тоб = 715 °C

Оценка температуры (показания каналов)

Погрешности оценивания температуры

- Ii -..

— ....

— ИП ■ ■ ToG [1:4] [3:5] -[1]

Время, с Оценка неопределенности

— im

[1-4]

---■ [3:5]

* - - . '

^ - - ,

— im

— [Ч

Время с

Оц. достоверности & Коэф, пропускания

—- ———

-D

---rd

----0 8 .... 0.4

Время, с

Время, с

Рисунок А.2.- Экспериментальные данные при калибровке (пыль отсутствует),

Тоб = 691 °С

Рисунок А.3. - Экспериментальные данные в условиях появления динамического

облака пыли, Тоб = 691 °С

Рисунок А.4. - Экспериментальные данные в условиях динамического облака

пыли (часть 1), Тоб = 691 °С

750 712.5 615 «7.5 600 562.5 525 437.5 450

1*1 *" - -

— ип

■■■Тоб — ■[1:4] ----[3=51

-11]

10 15 20

Время, с

Оценка неопределенности

15

Бремя, с

— ИП

---■ [1:4]

---■ [3:5]

/ ■

_^ ■ ;

— ип — [1]

О Ъ 10 15 20 25 50

Время, с

Коэф.пропускания & Достоверность

Г)

— та ---■ 0.8

----0.4

15

Время, с

Рисунок А.5. - Экспериментальные данные в условиях динамического облака

пыли (часть 2), Тоб = 691 °С

Рисунок А.6. - Экспериментальные данные в условиях ламинарного осаждения облака пыли (через 3 минуты после отключения вентиляторов), Тоб = 694 °С

Рисунок А.7.- Экспериментальные данные при калибровке (пыль отсутствует),

Тоб = 606 °С

Рисунок А. 8. - Экспериментальные данные в условиях появления динамического

облака пыли, Тоб = 606 °С

645 б:о

595 570 545 520 495 410

—ип