Разработка алгоритма обнаружения закладных устройств в железнодорожном транспорте тепловым методом. Курсовая работа (т). Физика.
⚡ 👉🏻👉🏻👉🏻 ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!
Похожие работы на - Разработка алгоритма обнаружения закладных устройств в железнодорожном транспорте тепловым методом
Нужна качественная работа без плагиата?
Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу Без плагиата!
Министерство
транспорта Российской Федерации
Федеральное
агентство железнодорожного транспорта
Государственное
образовательное учреждение
высшего
профессионального образования
Омский
государственный университет путей сообщения (ОмГУПС)
Кафедра
"Вагоны и вагонное хозяйство"
Разработка
алгоритма обнаружения закладных устройств в железнодорожном транспорте тепловым
методом
Пояснительная записка содержит 59 стр., 14 рис., 9 табл., 14 источников.
Тепловидение, теплопроводность, тепловизор, обнаружение закладного
устройства под железнодорожным полотном, метеорологические условия.
Целью работы является разработка метода обнаружения закладок в грунте
путем анализа теплового поля.
В ходе работы был проведен анализ существующих типов закладных устройств
и способов их обнаружения, также была построена модель для расчета теплового
поля поверхности земли.
Найден временной интервал в течение суток, когда тепловой контраст на
поверхности земли максимален.
. Закладные устройства и способы их обнаружения
1.1 Демаскирующие признаки взрывных устройств
1.2 Методы обнаружения закладных
устройств
2. Тепловой вид
неразрушающего контроля
.1 Теплофизическое описание дефектов
.2 Тепловой метод обнаружения мин и устройство для осмотра
минных полей
.4 Анализ развитой модели ТК (на примере обнаружения
заглубленных мин)
. Описание теплового метода обнаружения закладок
. Метеоусловия влияющие на проведение исследования
.1 Приборы, используемые для проведения исследования
.2 Расчет стоимости научно-исследовательских работ
.1. Организационная структура СУОТ на предприятии
7.2 Анализ и оценка уровня безопасности оборудования и
технологических процессов
.3 Планирование и прогнозирование по охране труда
Цель работы: Разработка метода обнаружения закладных устройств в
железнодорожном полотне путем анализа теплового поля.
Обзор видов закладных устройств и способов их обнаружения.
Нахождение временного интервала в течение суток, когда тепловой контраст
на поверхности земли максимален.
На рубеже XX и XXI веков мировая цивилизация
столкнулась с новыми террористическими угрозами и вызовами, как на глобальном,
так и на национальном уровне. Участились случаи террористических актов и
крупных диверсий, выполняемых с использованием транспортных средств в качестве
оружия.
Все, что связано с терроризмом и безопасностью, обсуждается с большим
энтузиазмом, на разных уровнях, с различным итоговым результатом. Это бесспорно
необходимо и актуально, но при этом необходимо понимать, что проблемы
безопасности требуют тщательного исследования, изучения и анализа с
обязательным прогнозированием итогового результата. Безопасность на
железнодорожном транспорте должна сопровождаться диагностикой с помощью
известных методов и средств исследования.
Сегодня мины - одна из самых больших опасностей в мире, которая со
временем только усугубляется: на одну найденную и обезвреженную мину приходится
два десятка вновь установленных. По оценкам ООН, наша планета хранит 100 - 120
миллионов (!) противопехотных мин. Ежемесячно их жертвами становятся 500 - 800
человек, каждый третий пострадавший - ребенок. По мнению экспертов, при
использовании существующих технологий на разминирование всей планеты
потребуется около тысячи лет и до ста миллиардов долларов. А на каждые 5 000
обезвреженных мин придется один погибший и двое покалеченных саперов.
В настоящее время на железной дороге обострилась проблема обнаружения
закладных устройств. Противотранспортные мины предназначены для минирования
автомобильных, железных дорог, аэродромов. Заряд мины может быть рассчитан не
только на поражение транспортных средств, но и на разрушение дороги. Закладку
устанавливают внутри разрушаемого объекта в специальных минных колодцах
(камерах) или грунте, а взрываются от воздействия проходящего транспорта на ее
реагирующий орган.
Методы, определяющие настоящее и будущее проблемы поиска мин в
железнодорожном полотне, основываются на различных физических, химических и
биофизических принципах. Нетрудно предположить, что наиболее информативным
инструментом, позволяющим создавать эффективные диагностические технологии,
методики и высокочувствительную аппаратуру, является интроскопия
(внутривидение). Интроскопия обеспечивает достоверную регистрацию
диагностических информационных параметров объектов поиска мин на фоне помех,
генерируемых укрывающими средами. К укрывающим средам относятся грунты
различного состава и влажности: растительность, снег, лед, строительные
конструкции (бетон, железобетон, дерево и т.п.).
Тепловой метод обнаружения устройств не предполагает столь активного
воздействия на обследуемую поверхность. Таким образом, он является пассивным и
не может стать причиной активации защиты закладного устройства.
Тепловой метод обнаружения закладных устройств универсален и может быть
использован для поиска закладных устройств любого материала, независимо от их
состава. Для оценки возможности обнаружения той или иной неоднородности
требуется разработать математическую модель взаимодействия тепловых потоков в
железнодорожном полотне с закладным устройством.
Новизна работы: Новизна работы заключается в том, что в открытых
источниках не было обнаружено детальных разработок такого рода. Возможно, такие
работы ведутся, но они не разглашаются.
.
Закладные устройства и способы их обнаружения
.1 Демаскирующие признаки взрывных устройств
Известные и применяемые в настоящее время мины
подразделяются:
а) по тактическому назначению на: противотанковые,
противотранспортные (дорожные), противопехотные, объектные и специальные
(противодесантные, мины-ловушки, мины-сюрпризы и т.п.);
б)по материалу корпуса на: металлические,
неметаллические (пластмасса, дерево), бескорпусные (штампованная взрывчатка);
в)по уровню установки на: подвешенные (установленные
выше человеческого роста, на башнях танков, кабинах автомобилей);
устанавливаемые на поверхности земли, зарытые в землю (вмонтированные в
строения или технические объекты); устанавливаемые на дне водоемов, плавающие в
воде.
Особо опасными из-за многочисленности и многообразия,
а также по причине сложности в обнаружении являются противопехотные мины.
Противопехотные мины поражают живую силу противника
ударной волной (фугасные мины) или разлетающимися из корпуса мины заранее
приготовленными осколками в виде шариков, цилиндров, стрел или осколками,
образующимися за счет дробления корпуса (осколочные мины).
В качестве противопехотных мин иногда используют
артиллерийские снаряды, приспособленные для взрывания. Противопехотные мины
используют также для устройства "мин-сюрпризов",
"мин-ловушек".
Противотранспортные мины предназначены для минирования
автомобильных, железных дорог, аэродромов. Заряд мины может быть рассчитан не
только на поражение транспортных средств, но и на разрушение дороги. Мины устанавливаются
в боевое положение через определенное (заданное) время, а взрываются от
воздействия проходящего транспорта на ее реагирующий орган.
Объектные мины предназначены для разрушения мостов,
тоннелей и других сооружений. Их устанавливают внутри разрушаемого объекта в
специальных минных колодцах (камерах) или грунте (см. рисунок 1.1). Специальные
мины-боеприпасы имеют узкоцелевое назначение (магнитные, сигнальные мины и
др.).
В общем случае взрывное устройство (ВУ) содержит
взрывчатое вещество (ВВ) в количестве от нескольких десятков граммов до сотен
килограммов. К демаскирующим признакам ВУ относятся: наличие ВВ в конструкции
взрывного устройства; наличие локальной массы металла (зачастую характерной
формы); присутствие антенны с приемным устройством у радиоуправляемых ВУ;
наличие часового механизма или электронного таймера (временной замедлитель);
наличие проводов или проводных линий и другие конструктивные особенности его
исполнения.
Рисунок 1.1 - Пример установки мины под
железнодорожное полотно
В общем случае взрывное устройство (ВУ) содержит
взрывчатое вещество (ВВ) в количестве от нескольких десятков граммов до сотен
килограммов. К демаскирующим признакам ВУ относятся: наличие ВВ в конструкции
взрывного устройства; наличие локальной массы металла (зачастую характерной
формы); присутствие антенны с приемным устройством у радиоуправляемых ВУ;
наличие часового механизма или электронного таймера (временной замедлитель);
наличие проводов или проводных линий и другие конструктивные особенности его
исполнения.
Что касается главной компоненты ВУ - заряда, то его
демаскирующие признаки определяются основными физико-химическими свойствами ВВ.
К ним можно отнести: запах, плотность, коэффициенты диэлектрической и магнитной
проницаемости, химический состав, сечения взаимодействия с ионизирующими
излучениями, характеристические линии испускания и поглощения электромагнитного
излучения.
В настоящее время известно несколько сотен типов
химических ВВ, одним из важных демаскирующих признаков которых является
плотность.
В зависимости от состояния вещества плотность ВВ может
варьироваться в довольно широких пределах. Так, плотность гексагена может
изменяться от 0,8 г/см 3 (порошок) до 1,73 г/см 3
(спрессованное вещество). ВВ могут быть смешаны со многими органическими и
неорганическими материалами (наполнителями типа ваксы, растительного масла,
алюминия), чтобы придать им новые, маскирующие черты (цвет, среднюю плотность,
химический состав). В таком виде они могут быть легко закамуфлированы или
сформированы в виде тонких листов или футляров. Чтобы избежать последствий
высокой летучести определенных ВВ, они могут быть герметически упакованы.
Другой важный демаскирующий признак ВВ - химический
состав. В состав широко распространенных взрывчатых веществ входят водород,
углерод, азот и кислород.
ВВ характеризуются высоким содержанием азота, в
несколько раз превышающим аналогичные величины для безвредных материалов (шелк,
полиуретан, нейлон и т.п.). Кроме того, отношения между концентрациями кислорода
и азота, а также углерода и азота находятся в довольно узких пределах:
кислород/азот = 0,9... 3,4; углерод/азот = 0,44... 2,0.
Практически все ВВ содержат кислород и топливо в одной
и той же молекуле. Поэтому взрывчатые вещества обычно не нуждаются в притоке
кислорода извне и способны взрываться в атмосфере азота, в вакууме, в земле, в
космосе.
Демаскирующие признаки ВВ несут определенный объем
информации о наличии взрывчатки в объекте контроля. Объем регистрации такой
информации и эффективность ее обработки на основе выбранных алгоритмов
определяется функциональными возможностями применяемых аппаратурных средств
поиска и досмотра. По мнению многих специалистов, практически единственным
надежным способом выявления ВВ в объекте контроля является использование
методов и принципов построения стационарных постов проверки пассажиров, ручной
клади и багажа.
Однако представляется, что будущее в предотвращении
незаконного провоза ВВ именно за массовыми стопроцентными проверочными
мероприятиями, проводимыми как гласно, так и конспиративно, в зависимости от
ситуации и оперативной обстановки. Повышение эффективности и результативности
контроля может быть достигнуто путем применения новой, более совершенной
техники в тесной связи с оперативными и аналитическими мероприятиями.
Чувствительность технических средств (ТС) для
обнаружения следовых количеств ВВ обеспечивает надежную регистрацию тридцати
различных видов взрывчатки. Переносные и стационарные ТС обладают близкими
характеристиками. Они требуют отбора газообразных проб и микрочастиц с
поверхности обследуемого объекта путем отсоса воздуха окружающей среды и
предназначены для использования персоналом, не имеющим специального образования
и навыков работы с аналитическим оборудованием.
Но достоинства такой аппаратуры и ее исключительная
полезность для служб безопасности ответственных объектов могут оказаться
малоэффективными в случае применения несложных приемов укрытия ВВ. Например, ВВ
может быть помещено в пластмассовую упаковку, что исключает возможность его регистрации
"электронным носом", так как требуется слишком большое время для
диффузии молекул на поверхность упаковки. Более того, в этом случае
малоэффективными окажутся металлоискатели и радиоволновый метод. Нетрудно
предположить, что революционный прорыв в создании ТС обнаружения ВВ могут
обеспечить только перспективные физические методы.
.2 Методы обнаружения закладных устройств
В настоящее время разработаны методы и производится
достаточно широкий спектр технических средств, предназначенных для поиска взрывчатых
веществ и взрывоопасных предметов (ВОП).
При обнаружении мины главная проблема состоит в
распознавании полезного сигнала (от мины) на фоне многочисленных помех от
неоднородностей окружающей среды и различных включений.
Среди технических средств, применяемых для разминирования мин, наибольшее
распространение получил индукционный миноискатель, способный обнаруживать
несколько граммов металла, содержащегося в минах с неметаллическими корпусами.
Однако высокая чувствительность миноискателя приводит к тому, что на одну
обнаруженную мину приходится до 100 - 1000 ложных сигналов, источниками которых
становятся осколки и пули, находящиеся в земле. Это делает практически
невозможным дальнейшее использование прибора и заставляет сапера взять в руки
саперный щуп и сантиметр за сантиметром прощупывать впереди себя почву. Щуп -
это металлический, заостренный стержень, при помощи которого зондируют
(прокалывают) почву или снег с целью обнаружения мин. Щупом можно обнаружить
как металлические, так и другие мины. Также для обнаружения мин используют
стетоскопы, назначение - определять наличие мин с часовыми механизмами.
Стетоскоп дает возможность обнаружить мину в земле на глубине до 50 см; в снегу
до 60 см. К недостаткам такого обнаружения мин является: малая площадь
контролируемого объекта и человеческий фактор. Почва, как правило, покрыта
травой или кустарником, что еще больше снижает темп поиска мин и увеличивает
риск работы сапера. Для поиска мин используются также специально
натренированные собаки, однако время уверенной работы собаки не превышает 30 -
50 мин, после чего надежность поиска резко падает.
На сегодняшний день известно небольшое число проектов по созданию
устройств для поиска мин, основанных на различных методах обнаружения. Одним из
таких методов является магнитометрический метод, который позволяет
зафиксировать пространственные искажения магнитного поля Земли, создаваемого
ферромагнитным объектом поиска. Обнаружение диэлектрических (пластмассовых,
деревянных и т.п.), а также диамагнитных (дюралюминий, золото, серебро, бронза
и т.п.) объектов с использованием этого метода невозможно. Однако обнаружение
локальных ферромагнитных объектов (из чугуна, стали, железоникелевых сплавов и
др.) возможно практически в любых естественных укрывающих средах (глинистых и
песчаных грунтах, пресной и морской воде, льдах и т.д.) на значительных
глубинах. В то же время использование переносной аппаратуры на основе этого
метода затруднено из-за мешающего влияния стальных элементов конструкций.
Радиоволновой метод и аппаратурные средства на его
основе позволяют обнаруживать практически все типы мин и взрывных устройств, а
также выявлять любые диэлектрические аномалии и пустоты в грунте на глубинах
150...200 мм. Основной недостаток этого метода - значительное число ложных срабатываний,
что резко снижает темп поиска, ограничивая производительность - 80... 100 м 2 /ч,
требует допроверки результатов поиска техническими средствами, основанными на
другом методе вплоть до механического зондирования. Эффективность
радиоволнового метода значительно снижается влиянием растительного покрова и
неоднородностью почвы. Вообще характеристики почвы, включаемые в качественный
анализ процесса поиска мин, представляют собой функцию волновой частоты и
зависят от типа почв и материалов, составляющих преграду. Кроме того,
неровность поверхности почвы, неоднородность ее структуры, форма препятствий
влияют на количественные характеристики информации об объекте поиска. Поскольку
заминированные участки, как правило, в течение нескольких лет остаются неприкосновенными,
они зачастую покрыты плотным слоем растительности, что мешает использовать
поисковую аппаратуру, располагая ее вблизи поверхности почвы, снижает
интенсивность принимаемого сигнала и усложняет идентификацию объекта поиска.
Существует еще один метод, основанный на регистрации
гармоник в спектре отраженного СВЧ-сигнала. Нелинейный метод эффективен при
дистанционном поиске мин и взрывчатых веществ, содержащих электронные
компоненты (электронные взрыватели, сейсмические, ПК и акустические таймеры и т.п.).
Однако мины с обычными механическими взрывателями им не обнаруживаются.
При обнаружении мины главная проблема состоит в
распознавании полезного сигнала (от мины) на фоне многочисленных помех от
неоднородностей окружающей среды и различных включений.
Тепловой метод обнаружения не предполагает столь активного воздействия на
обследуемую поверхность. Таким образом, он является пассивным и не может стать
причиной активации защиты закладного устройства. С помощью тепловидения можно
определить различия в интенсивности инфракрасного излучения с поверхности
объекта. Эти различия вызваны разницей в содержании тепла в объекте или его
разных частях, на которые дополнительно влияют показатели эмиссионной
способности поверхности. Когда неоднородная структура, имеющая различные
температурные характеристики (обычно находящиеся в термическом равновесии с
окружающей средой), подвергается тепловой стимуляции, разница температур
отмечается в структуре так же, как и на ее видимых поверхностях.
Тепловой метод все большим количеством специалистов
квалифицируется как наиболее информативный, обеспечивающий одновременно высокую
чувствительность, достоверность и производительность поиска. Этот метод может
быть использован для поиска закладных устройств любого материала, независимо от
их состава. Однако этот метод требует разработки диагностических технологий,
методик поиска и создания алгоритмов обработки информации, исключающих влияние
помех, обусловленных неоднородностью верхнего слоя грунта и растительности.
2. Тепловой вид неразрушающего контроля
(ТНК)
Температура, как количественный показатель внутренней
энергии тел, является универсальной характеристикой объектов и процессов
физического мира, в котором непрерывно происходит генерация, преобразование,
передача, накопление и использование энергии в ее различных формах. Анализ
тепловых процессов (температурных полей, потерь тепла ит.п.) позволяет получить
разнообразную информацию о состоянии объектов и протекании физических процессов
в природе, энергетике, строительстве, промышленности и медицине.
Тепловой вид НК основан на регистрации изменений
тепловых и температурных полей контролируемого объекта.
В тепловом неразрушающем контроле используется
тепловая энергия, распространяющаяся в объекте контроля (ОК). Температурное
поле поверхности объекта является источником информации об особенностях
процесса теплопередачи, которые, в свою очередь, зависят от наличия внутренних
или наружных факторов (наличие полостей, инородных включений и т.д.),
всевозможных отклонений физических свойств объекта, наличия мест локального
нагрева - охлаждения и т.п.[1]
Основной характеристикой температурного поля,
являющегося индикатором дефектности, служит величина локального температурного
перепада, зависящая от внешних и внутренних факторов. К внешним факторам можно
отнести характеристики теплообмена на поверхности ОК: величина коэффициента
конвективной теплоотдачи, мощность источника нагрева, теплопроводность,
теплоемкость, скорость перемещения источника нагрева вдоль объекта контроля. К
внутренним факторам относятся теплофизические свойства ОК и дефекта, их
геометрические размеры.
Основным информационным параметром при ТНК является
разность температур между дефектной и бездефектной областью ОК.
Процесс переноса тепла в среде за счет
теплопроводности и конвекции характеризуется дифференциальным уравнением [2]
где - коэффициент температуропроводности, характеризующий
скорость распространения температуры в пространстве, м 2 /с;
- теплоемкость вещества, равная
количеству тепловой энергии, необходимой для нагрева 1 К единицы массы
вещества, Дж/кг К;
-коэффициент теплопроводности,
показывающий способность тел передавать теплоту, Вт/м 2 ;
- плотность теплового потока, Вт/м 2 ;
- составляющие скорости движения
компонентов системы по координат .
В результате решения уравнения с использованием
граничных условий и условий непрерывности потока и сохранения массы можно
определить распределение температур на ОК в зависимости от его формы, размеров,
наличия дефектов. [3]
Существует три способа передачи тепловой энергии от
более нагретого к менее нагретому телу:
- теплопроводность (молекулярный перенос теплоты на
микроуровне за счет передачи изменения интенсивности колебаний от молекулы к
молекуле);
конвекция (перенос теплоты перемещающимися в
пространстве частицами вещества) - для жидкостей и газов;
тепловое излучение (передача теплоты испускания
коротких электромагнитных волн частотой от 3 10 11 до 4 10 14 Гц).
Плотность теплового потока в твердом теле между
точками с различной температурой и подчиняется закону Фурье:
в дифференциальном выражении: . (2.3)
Следовательно, коэффициент теплопроводности , выраженный в Вт/(м К), определяет плотность теплового
потока в твердом теле при градиенте температуры, равном единице, и
характеризует режим стационарного теплообмена, поскольку в размерности величины
отсутствует время.
Конвекция означает перемешивание теплых и холодных
слоев газа или жидкости. Охлаждение (или нагрев) поверхности тела газом или
жидкостью описывается законом Ньютона:
где - коэффициент конвективной теплоотдачи, называемый в общем
случае коэффициентом теплообмена;
и - соответственно температуры
поверхности тела и среды (жидкой или газообразной).
На рисунке 2.1 эти температуры обозначены через Т п
и Т с . Определение не является столь строгим как в случае , так как этот параметр описывает не
столько материал, сколько взаимодействие двух разнородных сред (геометрию).
Рисунок 2.1- Механизмы теплопередачи
Излучение есть поток квантов электромагнитного
излучения, которое испускается всеми физическими телами с температурой выше
абсолютного нуля (0 К).
В интегральном выражении плотность радиационного
излучения описывается законом Стефана-Болъцмана, который для теплообмена между
двумя телами с температурами и ( > ) имеет следующий вид:
где - плотность результирующего теплового потока;
- постоянная Стефана-Больцмана ( Вт/(м К 4 );
- приведенный коэффициент излучения.
Теплообмен между теплым объектом T s и холодной окружающей средой T amb происходит путем конвекции и
излучения:
Формулы (2.4) и (2.6) становятся идентичными, если
ввести комбинированный коэффициент теплообмена с окружающей средой:
Значение зависит от формы объекта и его
ориентации в пространстве, а также от разницы температур T s - Т атЬ .
2.1 Теплофизическое описание дефектов
Внутренние дефекты искажают регулярное течение
тепловых потоков в объекте контроля и соответственно приводят к локальным
температурным аномалиям, которые передаются через материал объекта на его
поверхность, где регистрируются аппаратурой теплового контроля (ТК) в виде
температурных сигналов . [4]
Внутренние дефекты различного вида описываются
различными граничными условиями. Если дефект моделируют слоем инородного
материала, например, газонаполненным промежутком между слоями композита, на
границе тело - дефект имеют место условия неразрывности теплового потока и
температуры:
При введении условий (2.1.1) необходимо решать
дифференциальное уравнение теплопроводности не только в основном материале, но
также и в дефекте, "сшивая" решения на границе дефект - основной
материал. При этом распределение температуры в объекте контроля будет зависеть
от теплопроводности и температуропроводности (теплоемкости) дефекта.
Теплоемкость дефекта может существенно влиять на
величину температурного сигнала и его временное развитие в ходе нагрева -
охлаждения, если она сопоставима с теплоемкостью объекта контроля (в
двусторонней процедуре ТК) или слоя материала над дефектом (в односторонней
процедуре). Такие дефекты иногда называют емкостными. Емкостными дефектами
являются противопехотные мины, размещаемые в почву на глубину до 10 см.
Влияние теплоемкости дефекта также может быть заметным
в случае обширных неглубоких расслоений в композиционных материалах. Емкостной
характер дефекта ответствен за так называемую инверсию температурного сигнала,
когда дефектная область над низкотеплопроводным (воздушным) дефектом в
односторонней процедуре ТК становится холоднее бездефектных областей, т.е. < 0.
Если теплоемкостью дефекта можно пренебречь, то его
основной теплофизической характеристикой является тепловое сопротивление .Такие дефекты часто называют
резистивными. На границах резистивных дефектов температура изменяется
скачкообразно, а тепловой поток остается неразрывным:
где и обозначают переднюю и заднюю поверхность дефекта.
В зоне контакта двух шероховатых материалов возникает
"контактное тепловое сопротивление". Модели ТК с резистивными
дефектами имеют более простой вид и часто используются при разработке
алгоритмов тепловой дефектометрии.
.2 Тепловой метод обнаружения мин (ТМОМ) и устройства
для осмотра минных полей
Различают пассивный и активный тепловые методы
обнаружения мин. При пассивном ТМОМ анализ тепловых полей производят в процессе
их естественного состояния. Активный ТМОМ предлагает нагрев объекта внешним
источником энергии. Основной характеристикой температурного поля, являющейся
индикатором мин, служит величина локального температурного перепада. Координаты
места перепада, его рельеф или, иными словами, топология температурного поля и
его величина являются функцией большого количества факторов. Эти факторы можно
подразделить на внутренние и внешние.[4]
Внутренние факторы определяются теплофизическими
свойствами контролируемого объекта, а также его геометрическими параметрами.
Они определяют временные параметры процесса теплопередачи, в основном, процесса
развития температурного перепада. Внешними факторами являются характеристики
процесса теплообмена на поверхности объекта контроля (чаще всего коэффициент
конвективной теплоотдачи), мощность источника нагрева и скорость его
перемещения вдоль объекта контроля.
Основным информационным параметром при ТМОМ является
локальная разность температур между объектом и фоном. В каждом конкретном
случае следует оптимальным образом выбирать момент регистрации t m температурного перепада. Величина t m зависит от тепло- и
температуропроводности изделия и почвы, а также глубины залегания мины. Момент
времени наступления максимального перепада и глубина залегания обычно связаны
линейной зависимостью, причем угол наклона соответствующей прямой зависит от
теплофизических свойств изделия и грунта. Чем больше теплопроводность изделия,
тем меньше величина t m . В
зависимости от типа материала и глубины залегания мины величина t m для металлов колеблется от долей до
десятков секунд, для неметаллов t m может составлять десятки минут. Увеличение мощности нагревателя и
уменьшение интенсивности теплообмена приводит к росту уровня нагрева изделия и
лучшему выявлению мин.
В основе аналитического решения задач активного
теплового контроля лежит уравнение теплопроводности.
Для решения уравнения используют граничные условия, а
при конвективном теплообмене - условие непрерывности потока и сохранения массы.
Граничные условия задают, например, в виде известного распределения температур
или тепловых потоков.
Существуют следующие способы активного теплового
контроля изделий:
1. По истечении некоторого времени (чтобы зона
контроля успела остыть) переходят к следующей точке и т.д. Так будет пройдена
вся поверхность, причем измеренная температура областей с минами будет
существенно отличаться от температуры участков без мин.
2. С использованием сканирующей системы, состоящей из
жестко закрепленных друг относительно друга источника нагрева и регистрирующего
прибора (например, радиометра), перемещающихся с постоянной скоростью вдоль
поверхности образца.
. Одновременный нагрев поверхности образца вдоль
некоторой линии с последующей регистрацией температуры вдоль этой же линии (при
одностороннем контроле) или вдоль аналогичной линии с противоположной
поверхности образца (при двустороннем контроле). Подобная регистрация может
быть осуществлена, например, прибором термопрофиль.
. Одновременный нагрев всей поверхности образца и
последующая регистрация температурного распределения на этой же или на
противоположной поверхности. Подобный способ контроля может быть осуществлен
при помощи тепловизора.
Эффективность каждого из описанных способов теплового
контроля уменьшается (от первого к четвертому), а производительность
возрастает.
Бесконтактные методы теплового контроля основаны на
использовании ИК-излучения, испускаемого всеми нагретыми телами. ИК-излучение
занимает широкий диапазон длин волн 0,76... 1000 мкм. Спектр, мощность и
пространственные характеристики этого излучения зависят от температуры тела и
его излучаемой способности, обусловленной, в основном, его материалом и
микроструктурными характеристиками излучающей поверхности. Например,
шероховатые поверхности излучают сильнее, чем зеркальные. При повышении
температуры мощность излучения быстро растет, а ее максимум сдвигается в
область более коротких длин волн. Спектр излучения может быть непрерывным или
Похожие работы на - Разработка алгоритма обнаружения закладных устройств в железнодорожном транспорте тепловым методом Курсовая работа (т). Физика.
Сочинение: Нежная душа или хищный зверь
Сочинение По Картине А Пластова Первый
Доклады На Тему Инфляция: Понятие, Виды И Последствия
Отчет по практике по теме Деятельность организации ЗАО Продукты 'Торговая Лига'
Курсовая работа: Экономическая модель современной России. Скачать бесплатно и без регистрации
Сочинение На Тему Проблематика Романа Дубровского
Социальная Природа Преступления Эссе
Нравственная Экология Сочинение
Рекреационная система г.Сочи
Дипломная работа по теме Вирусная реклама в системе интегрированных маркетинговых коммуникаций: сравнительный анализ российской и зарубежной практики
Сочинение О Дне Учителя На Английском
Т.Г.АЛИМПИЕВА РИМСКОЕ ЧАСТНОЕ ПРАВО
Проблемы информационной культуры
Пример Эссе По Истории
Доклад: Газманов Олег Михайлович
Курсовая работа по теме Разработка системы вентиляции кузнечно-прессового цеха
Список Определений Для Сочинения 9.3 Огэ
Курсовая Работа На Тему Социально-Психологические Характеристики Гендерных Стереотипов У Юношей И Девушек В Студенчестве
Дипломная работа по теме Пути совершенствования ассортимента и качества плодоовощных консервов на фруктовой основе для детского питания
Реферат: All My Sons Essay Research Paper N
Воздействие
Реферат: Did The Federalists Believe In Democracy Essay
Похожие работы на - Методы оценки залоговой стоимости жилой недвижимости с учетом долгосрочного характера ипотечного кредитования