Спектрополяриметричний метод та автоматизований засіб контролю концентрацій частинок полідисперсних водних середовищ

Abstract

Дисертацію присвячено підвищенню вірогідності контролю концентрацій частинок полідисперсних водних середовищ (ПВС) на основі розробленого спектрополяриметричного методу та відповідного автоматизованого засобу контролю. У роботі проаналізовані існуючі методи та засоби контролю концентрацій частинок ПВС, виявлено їх недоліки, а також необхідність розробки і вдосконалення оптичних методів. Розвинуто математичні моделі перенесення поляризованого випромінювання об’єктом контролю, що дозволило врахувати особливості форми і внутрішньої структури частинок ПВС, їх спектральні та поляризаційні властивості. Запропоновано спектрополяриметричний метод контролю концентрацій частинок ПВС, що дозволяє більш достовірно розпізнавати частинки певного типу та визначати їх концентрацію, а це, у порівнянні з відомими методами, дає можливість підвищити вірогідність контролю концентрацій частинок ПВС. Розроблено автоматизований засіб контролю на основі спектрополяриметричного методу, проаналізовано його похибки та метрологічні характеристики, оцінено невизначеність результату вимірювання. На основі результатів експериментальних досліджень визначено вірогідність контролю концентрацій частинок ПВС за допомогою розробленого засобу контролю.

Диссертация посвящена повышению достоверности контроля концентраций частиц полидисперсных водных сред (ПВС) на основе разработанных спектрополяриметрического метода и соответствующего автоматизированного средства контроля. В работе проанализированы существующие методы и средства контроля концентраций частиц ПВС, выявлены их недостатки, а также необходимость разработки и совершенствования оптических методов. В частности, наиболее перспективными для определения концентрации частиц ПВС определенного типа признаны методы спектрополяриметрии и микроскопии, которые требуют дальнейшего развития в соответствии особенностям объекта контроля. Разработана структурная схема средства контроля концентраций частиц ПВС спектрополяриметрическим методом и усовершенствовано конструкцию оптического первичного измерительного преобразователя. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение автоматизированного средства контроля концентраций частиц ПВС для обработки спектрополяриметрических изображений частиц, оптимизации количества изображений, распознаваний частиц определенного типа и определения их концентраций с использованием специализированных библиотек функций MATLAB. Усовершенствована математическая модель оценивания неопределенности измерения концентраций частиц ПВС, что позволило учесть пробоподготовку и другие факторы влияющие на преобразование информативного сигнала в средстве контроля, а также повысить достоверность контроля концентраций частиц ПВС за счет уменьшения методической неопределенности измерения.

The thesis is dedicated to improving the veracity of particles concentrations control for polydisperse water environment (PWE) on the basis of the developed spectro-polarimetric method and the corresponding automated means of control. We have analyzed existing methods and means of particles concentrations control for PWE, their shortcomings and necessity of development and improvement optical methods are revealed. The mathematical model of the polarized radiation transfer by object of control is improved, allowing to take into account the shape and internal structure of PWE particles and their spectral and polarization properties. The proposed spectro-polarimetric method of particles concentrations control for PWE allow to detect particles of a certain type with more veracity and to determine their concentration. In comparison with known methods, it makes possible to increase the veracity of particles concentrations control for PWE. The automated means of control based on spectropolarimetric method is developed, it's errors and metrological characteristics are analyzed, uncertainty of the measurement results is estimated. The veracity of particles concentrations control for PWE on the basis of results of experimental studies with the developed means of control is defined.