Оптичні методи та інтерактивні засоби контролю в діагностиці неоднорідних середовищ

Вінницький державний технічний університет

 

Петрук Василь Григорович

 

УДК 681. 7: 535. 243

 

 

Спеціальність 05. 11. 13 – прилади і методи контролю

 

 

Вінниця-1998

 

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Вінницьому державному технічному університеті на кафедрах хімії та екологічної безпеки і метрології та промислової автоматики, Міністерство освіти України.

Науковий консультант – доктор технічних наук, професор Поджаренко Володимир Олександрович, Вінницький державний технічний університет, завідувач кафедри метрології та промислової автоматики.

Офіційні опоненти – доктор технічних наук, професор Володарський Євген Тимофійович, Національний технічний універстет України ’’КПІ’’ (м. Київ), професор кафедри автоматизації експериментальних досліджень; доктор технічних наук, професор Сахновський Михайло Юрійович, Чернівецький державний університет (м. Чернівці), професор кафедри оптики та спектроскопії; доктор технічних наук, професор Назаренко Леонід Андрійович, Державне науково-виробниче об'єднання “Метрологія” (м. Харків), керівник відділу термометрії, фотометрії та теплофізичних вимірювань.

Провідна установа – АТ «Аналітприлад» Міністерство промислової політики України, відділ засобів контролю промислових викидів, м. Київ.

Захист відбудеться ’’25’’ грудня 1998 р. о ’’9. 30’’ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 05. 052. 02 у Вінницькому державному техніч-ному університеті за адресою: 286021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95, ГУК.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Вінницького державного технічного університету.

Автореферат розісланий ’’24’’ листопада 1998 р.

 

 

Актуальність подальшої розробки більш досконалих і універсальних оптичних методів, засобів контролю, систем вимірювання та діагностики неоднорідних, а, значить, світлорозсіювальних середовищ не викликає сумніву. Це зумовлено, в першу чергу, необхідністю вивчення неоднорідних об’єктів, які повсякчас оточують нас і проявляються як у глобальних масштабах Всесвіту, так і на ядерному рівні.

По-друге, оптичні методи є неруйнівними, безконтактними, локальними та експресними, а їх головний інструмент – світловий промінь – завдяки співрозмірності кванта з енергією взаємодії мікрочастинок є зручним мікрозондом для вияснення енергетичних взаємозв’язків у речовині.

При цьому провідною у оптичних методах є спектрофотометрія. Проте традиційна спектрофотометрія на сучасному етапі розвитку науки і техніки, суттєвому збільшенні потоків інформації та вимог до метрологічних характеристик засобів контролю перестає задовільняти все зростаючі сучасні потреби. Тут, по-перше, значною перешкодою стає розсіяння випромінювання, що є носієм спотворення істинних оптичних параметрів речовини або середовища в цілому, яке традиційно ретельно не враховувалось під час досліджень неоднорідних об’єктів внаслідок значної складності і неоднозначності цього явища та процесів, що його супроводжують. По-друге, традиційним оптичним засобам контролю характерні відсутність багатофункціональності та багатоканальності, автоматичного характеру, активного чи інтерактивного режимів контролю, автокорекції похибок та гнучкої адаптації до умов проведення експерименту і, нарешті, мобільності периферії і програмного забезпечення та ін.

Слід також констатувати, що загальна теорія розсіяння знаходиться зараз у задовільному, хоча і далеко незавершеному стані, але розробка експериментальних методик і необхідної для їх реалізації сучасної контрольно-вимірювальної техніки знаходиться ще на досить низькому рівні. А це зумовлює відповідні задачі для спектроскопістів-експериментаторів та фахівців, що працюють у галузі оптичних вимірювань, контролю і діагностики світлорозсіювальних об’єктів.

Народженню та розвиткові наукового напрямку оптичних методів контролю і вимірювання неоднорідних середовищ, зокрема, та інформаційно – вимірювальної техніки в цілому потрібно завдячити, насамперед, видатним ученим свого часу, що залишили неоціненний скарб своїх наукових розробок і праць світові. Це відомі вітчизняні та зарубіжні наукові школи: П. Бугера, Г.В. Розенберга, А.П. Іванова, С. Чандарасекара, О.Д. Хвольсона, А. Шустера, К. Шварцшильда, Ж.Ж. Стокса, В.В. Соболєва, Г. ван де Хюлста, К.С. Шифріна, Г.Мі, В.А. Амбарцумяна, В.П. Рвачова, В.С. Сумпнера, Р.Ульбріхта, А.Х. Тейлора, А.С. Топорця, С. Хеммета, Ж. Гойтлера, М.М. Гуревича, М.Ю. Сахновського, а також П.П. Орнатського, М.П. Цапенка, Ю.М. Туза, Є.Т. Володарського, Ю.О. Скрипника, В.Д. Ціделка, С.М. Маєвського, В.Т. Малікова, В.Б. Дудикевича та ін.

Провідна ідея, що є квінтесенцією даного наукового напрямку і продовженням творчого доробку вище згаданих наукових шкіл, а також лежить у основі виконаної роботи, полягає у назрілій необхідності подальшого розвитку і створення експериментальних оптичних методів і методик, а також відповідної інтерактивної контрольно-вимірювальної апаратури з можливістю чіткого розмежування ефектів розсіяння, породжених специфікою саме неоднорідних (світлорозсіювальних) середовищ, від істинно абсорбційних явищ з метою суттєвого збільшення точності та достовірності контролю оптичних параметрів життєвоважливих природних об’єктів, що традиційно в силу об’єктивної складності і суб’єктивних причин не враховувалось, а тому призводило до спотворення реальних результатів та іноді небажаних наслідків у багатьох галузях людської діяльності, зокрема, медичної діагностики, екологічного моніторингу тощо. Ідея реалізується, головним чином, на законі збереження променистої енергії з застосуванням принципу та переваг інтегрувальної сфери -- як унікального первинного перетворювача оптичного сигналу, а також фундаментальних засадах оптики світлорозсіяння, інформаційно-вимірювальної техніки та метрології. При цьому дослідний об’єкт для більшості прикладних задач розташовується у центрі інтегрувальної порожнини, а не на її стінці за методом Тейлора на відміну від відомих вітчизняних і зарубіжних спектрофотометричних систем, що дає значний виграш у точності контролю та достовірності одержаних результатів.

Концептуальна основа дисертаційної роботи базується на таких положеннях:

уніфікація існуючих первинних