Оценка влияния атмосферного водяного пара на результаты бесконтактного измерения температуры

Работа посвящена задаче детального исследования погрешности бесконтактных измерений температуры в диапазоне 100–600 °С, вызванной неустранимым влиянием поглощения теплового излучения объекта атмосферными парами воды в условиях промышленности. С использованием базы данных молекулярной спектроскопии HITRAN в работе было проведено моделирование четырех измерительных ситуаций, характеризующихся различными уровнями влажности и дистанциями «объект-пирометр», для 11-ти измерительных пирометрических каналов с уникальными спектральными диапазонами чувствительности. Как показало проведенное исследование, пренебрежение эффектом поглощения излучения объекта атмосферными парами воды при проведении бесконтактных температурных измерений может привести к заметному отклонению их результатов от истинных значений даже на относительно небольших дистанциях (5–10 м).

1. Lu Y. Industry 4.0: A survey on technologies, applications and open research issues // Journal of Industrial Information Integration. 2017. Vol. 6. P. 1–10. DOI: 10.1016/j.jii.2017.04.005.

2. Huang Z., Shen Y., Li J., Fey M., Brecher C. AI-Driven Digital Twins. Sensors. 2021. Vol. 21, no. 6340. P. 1–35. DOI: 10.3390/s21196340.

3. Taymanov R., Pronin A., Sapozhnikova K. [et al.]. Actual measuring technologies of Industry 4.0 and analysis of their realization experience. Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1379, no. 012049. P. 1–8. DOI: 10.1088/17426596/1379/1/012049.

4. Sapozhnikova K., Pronin A., Taymanov R. Increasing Measurement Trustworthiness as a Necessary Part of Technology Development // Sensors & Transducers. 2021. Vol. 251, Issue 4. P. 61–69.

5. Taymanov R., Sapozhnikova K., Prokopchina S. What is immeasurable make measurable with artificial intelligence (measurements & artificial intelligence) // Measurement: Sensors. 2021. Vol. 18, no. 100316. P. 1–4. DOI: 10.1016/j.measen.2021.100316.

6. Вавилов В. П. Инфракрасная термография и тепловой контроль. Москва: ИД Спектр, 2009. 544 с. ISBN 978-5-904270-05-6.

7. Госсорг Ж. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение: пер. с фр. Москва: Мир, 1988. 416 с. ISBN 5-03-000915-9.

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

9. Chernysheva N. S., Ionov A. B., Ionov B. P. The Main Principles of Development of an Intelligent Multi-Channel Radiation Thermometer // 21st International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM), June 29–July 03, 2020. Chemal, Russia, 2020. P. 226–233. DOI: 10.1109/EDM49804.2020.9153495.

10. Чернышева Н. С., Ионов Б. П., Ионов А. Б. Диагностика измерительной ситуации при бесконтактных измерениях температуры в сложных условиях // Омский научный вестник. 2016. № 6 (150). С. 147–151.

11. Ionov A. B. Metrological Problems of Pyrometry: an Analysis and the Prospects for Solving Them // Measurement Techniques. 2013. Vol. 56, no. 6. P. 658–663.

12. Minkina W., Klecha D. Atmospheric transmission coefficient modelling in the infrared for thermovision measurements // J. Sens. Sens. Syst. 2016. Vol. 5. P. 17–23. DOI: 10.5194/jsss-5-17-2016.

13. Ионов А. Б. Синтез малоканальных систем пирометрического мониторинга объектов с температурой 200...800 °С // Мир измерений. 2012. № 10 (140). С. 42–47.

14. Тимофеев Ю. М., Васильева А. В. Теоретические основы атмосферной оптики. Санкт-Петербург: Наука, 2003. 474 с. ISBN 5-02-024976-9.

15. Gordon I. E., Rothman L. S., Hill C. [et al.] The HITRAN2016 molecular spectroscopic database // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2016. Vol. 203. P. 3–69. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2017.06.038.

16. Пат. 2261502 Российская Федерация, МПК H 01 L 33/00, 31/101, 31/12. Фотолюминесцентный излучатель, полупроводниковый фотоэлемент и оптрон на их основе / Горбунов Н. И., Варфоломеев С. П., Дийков Л. К., Марахонов В. М., Медведев Ф. К. № 2004104374/28, заявл. 05.02.04; опубл. 27.09.05, Бюл. № 27.

17. Анисимова Н. П., Кулагов В. Б., Луганский Ю. М. Промышленные низкотемпературные пирометры спектрального отношения // Прикладная физика. 2015. № 6. С. 83–86.

18. Minkina W., Dudzik S. Infrared Thermography. Errors and Uncertainties. New York: John Wiley & Sons, 2009. 212 p. ISBN 978-0-470-74718-6.

19. Фомин Б. А., Колокутин Г. Э. Новая спектроскопическая база HITRAN-2016 в полинейных моделях, применяемых в дистанционном зондировании Земли методами инфракрасной спектрометрии // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16, № 1. С. 17–24.

20. Чернышева Н. С., Ионов Б. П., Ионов А. Б. Экспериментальная установка для изучения влияния запыленности на бесконтактные измерения температуры // Омский научный вестник. 2018. № 2 (158). С. 110–115. DOI: 10.25206/1813-82252018-158-110-115.