RU2013139427A - Способ оценки различия теплофизических параметров видимой поверхности изотропного объекта с учетом фона - Google Patents

Abstract

Способ оценки различия теплофизических параметров - видимой поверхности изотропного объекта с учетом фона, включающий тепловое воздействие от инфракрасного источника нагрева по всей поверхности исследуемого изотропного объекта, измерение тепловизионным приемником радиационной температуры во всех точках пространственной сетки зондируемой поверхности исследуемого изотропного объекта и расчет математической модели прямой задачи теплопроводности на основе метода конечных разностей, отличающийся тем, что размещают исследуемый изотропный объект на эталонном изотропном материале - фоне, осуществляют тепловое воздействие инфракрасным источником нагрева по всей видимой поверхности исследуемого изотропного объекта и фона, располагают тепловизионный приемник на заданном расстоянии d от оси геометрического центра исследуемого объекта под малым углом наклона относительно фона и совершают тепловизионным приемником круговое движение с постоянной скоростью относительно геометрического центра исследуемого изотропного объекта либо тепловизионный приемник размещают неподвижно на заданном расстоянии d от оси геометрического центра исследуемого изотропного объекта под малым углом наклона относительно фона, осуществляя вращения с постоянной скоростью исследуемого изотропного объекта и фона относительно оси поворотной конструкции, на которой они расположены, при этом перед началом проведения измерения радиационную температуру измеряют на поверхности эталонного материала с известными теплофизическими параметрами в одной точке, затем радиационные температуры с заданной периодичностью измеряют во �

Claims (1)

1. Способ оценки различия теплофизических параметров - видимой поверхности изотропного объекта с учетом фона, включающий тепловое воздействие от инфракрасного источника нагрева по всей поверхности исследуемого изотропного объекта, измерение тепловизионным приемником радиационной температуры во всех точках пространственной сетки зондируемой поверхности исследуемого изотропного объекта и расчет математической модели прямой задачи теплопроводности на основе метода конечных разностей, отличающийся тем, что размещают исследуемый изотропный объект на эталонном изотропном материале - фоне, осуществляют тепловое воздействие инфракрасным источником нагрева по всей видимой поверхности исследуемого изотропного объекта и фона, располагают тепловизионный приемник на заданном расстоянии d от оси геометрического центра исследуемого объекта под малым углом наклона относительно фона и совершают тепловизионным приемником круговое движение с постоянной скоростью относительно геометрического центра исследуемого изотропного объекта либо тепловизионный приемник размещают неподвижно на заданном расстоянии d от оси геометрического центра исследуемого изотропного объекта под малым углом наклона относительно фона, осуществляя вращения с постоянной скоростью исследуемого изотропного объекта и фона относительно оси поворотной конструкции, на которой они расположены, при этом перед началом проведения измерения радиационную температуру измеряют на поверхности эталонного материала с известными теплофизическими параметрами в одной точке, затем радиационные температуры с заданной периодичностью измеряют во всех точках пространственной сетки зондируемой поверхности исследуемого изотропного объекта и фона, формируют набор термограмм - круговых разверток радиационных инфракрасных изображений объекта и фона, полученных в разные моменты времени, применяют разностную модель с использованием неявных схем:

   

   получают на основании численного решения данной системы уравнений дискретную функцию зависимости температуры на поверхности исследуемого объекта и фона от времени

   $$T_0^k=T_{i.j}\left[\Delta \tau \cdot k\right]$$

   

   ,

   решают оптимизационную параметрическую задачу для эталонного изотропного материала

   $$\left\{J\left[k:E,\alpha \right]={\displaystyle \sum _{k=0}^K{\left(T\left[a_{Ф},{\lambda }_{Ф},\beta ,\Delta \tau ,\Delta x,\epsilon ,k,m,d:E,\alpha \right]-{\tilde{T}}^{Ф}\left[\Delta \tau \cdot k\right]\right)}^2}\right\}\to \underset{E,\alpha }{\min };$$

   

   находят из минимума невязки численные оценки $$\stackrel{⌢}{E}$$

   

   и $$\stackrel{⌢}{\alpha }$$

   

   ;

   решают оптимизационную параметрическую задачу для исследуемого изотропного объекта в каждой точке пространственной сетки круговой развертки исследуемого изотропного объекта и фона в соответствии с растром изображения:

   $$\left\{J_{i,j}\left[k:a,\lambda \right]={\displaystyle \sum _{k=0}^K{\left(T_{i,j}\left[\stackrel{⌢}{E},\stackrel{⌢}{\alpha },\beta ,\Delta \tau ,\Delta x,\epsilon ,k,m:a,\lambda \right]-{\tilde{T}}_{i,j}\left[\Delta \tau \cdot k\right]\right)}^2}\right\}\to \underset{a,\lambda }{\min };$$

   

   определяют из минимума невязки искомые оцененные значения для каждой точки пространственного распределения теплофизических параметровисследуемого изотропного объекта

   

   и $$\stackrel{⌢}{\lambda }$$

   

   ,

   осуществляют автоматическую оценку различия теплофизических параметров видимой поверхности изотропного объекта с учетом фона путем сравнения теплофизических параметров этого объекта и фона и определения зоны необнаружения, исходя из вероятности нераспознавания объекта относительно фона при $$$$

   

   помощи выражения:

   $$\left(1+\xi \right)>\frac{\lambda }{{\lambda }_{Ф}}\ge \left(1-\xi \right)$$

   

   ,

   а - температуропроводность исследуемого изотропного объекта;

   λ - теплопроводность исследуемого изотропного объекта;

   a_Ф - температуропроводность эталонного изотропного материала;

   λ_Ф - теплопроводность эталонного изотропного материала;

   

   - оцененное значение температуропроводности исследуемого изотропного объекта;

   $$\stackrel{⌢}{\lambda }$$

   

   - оцененное значение теплопроводности исследуемого изотропного объекта;

   β - коэффициент релаксации;

   $$T_m^k$$

   

   - сеточная функция;

   ε - коэффициент излучения;

   k - номер отсчета для сеточной функции по времени, где $$k\in \left[\overline{0,K}\right]$$

   

   ;

   m - номер отсчета для сеточной функции по пространству, где $$m\in \left[\overline{0,M}\right]$$

   

   ;

   Δτ - шаг сетки по времени;

   Δx, Δx₁, - шаг сетки по расстоянию;

   Е - плотность теплового потока от инфракрасного источника нагрева, отнесенная к единице площади пространственной сетки;

   α - коэффициент теплоотдачи, отнесенный к единице площади поперечного сечения пространственной сетки;

   J_i,j - функционал невязки;

   $${\tilde{T}}_{i,j}$$

   

   - значение разности радиационной температуры исследуемого изотропного объекта по отношению к температуре окружающей среды, полученное для каждой точки зондируемой поверхности круговой развертки исследуемого изотропного объекта и фона в соответствии с растром изображения;

   i, j - номера отсчетов пространственной сетки видимой поверхности изотропного объекта и фона, где $$i\in \left[\overline{0,I}\right]$$

   

   , $$j\in \left[\overline{0,J}\right]$$

   

   ;

   I×J - растр изображения;

   $$T_{i,j}\left[\stackrel{⌢}{E},\stackrel{⌢}{\alpha },\beta ,\Delta \tau ,\Delta x,\epsilon ,k,m\right]$$

   

   - значение разности температур, рассчитанное дискретной математической моделью, с учетом исследуемого изотропного объекта;

   $${\tilde{T}}^{Ф}$$

   

   - значение разности радиационной температуры фона (эталонный изотропный материал), измеренной тепловизионным приемником, по отношению к температуре окружающей среды;

   $$\widehat{E}$$

   

   - оцененное значение коэффициента теплового потока;

   $$\widehat{\alpha }$$

   

   - оцененное значение коэффициента теплоотдачи;

   d - заданное расстояние между тепловизионным приемником и исследуемым объектом;

   ξ - предельное отклонение яркости объекта от яркости фона на изображение тепловой томограммы, при котором этот объект неразличим, $$\xi \in \left[\overline{0,1}\right]$$

   

   .