Способ определения коэффициента визуального ослабления материалов с переменной оптической плотностью

 

Изобретение относится к области исследования материалов с переменной оптической плотностью с помощью оптико-электронных средств, а именно, к созданию инструментальных способов определения коэффициента визуального ослабления (КВО) защитных материалов средств индивидуальной защиты глаз (СИЗГ) от высокоинтенсивных термических поражающих факторов (ТПФ), к которым относятся световое излучение взрыва, лучистый поток пламени пожаров и т.п. В способе с помощью видеокамеры с набором нейтральных светофильтров осуществляют видеорегистрацию светового импульса от источника оптического изучения, не ослабленного защитным материалом, а также прошедшего через него, преобразуют видеосигнал в цифровую форму, рассчитывают яркости видеоизображений и проводят их в энергетические величины с помощью калибровочных зависимостей, полученных для нейтральных светофильтров. Техническим результатом является повышение достоверности оценки КВО. 6 табл.

Изобретение относится к области исследования материалов с переменной оптической плотностью с помощью оптико-электронных средств, а именно, к созданию инструментальных способов определения коэффициента визуального ослабления (КВО) защитных материалов средств индивидуальной защиты глаз (СИЗГ) от высокоинтенсивных термических поражающих факторов (ТПФ), к которым относятся световое излучение взрыва, лучистый поток пламени пожаров и т.п.

Известны способы определения коэффициента визуального ослабления в условиях воздействия оптического излучения путем применения парка спектрального оборудования оптического диапазона, реализующего различные аналитические методы - атомно-абсорбционный, атомно-эмиссионный, атомно-флуоресцентный, спектрофлуоресцентный [1], а также калориметрических датчиков типа ИМО-2Н, ИКТ-1H [2].

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному является способ определения КВО, основанный на использовании твердотельных калориметрических преобразователей [2], т.к. способы, в которых используются спектральные приборы [1], не могут быть реализованы в условиях воздействия высокоинтенсивных термических поражающих факторов.

Значение коэффициента визуального ослабления при использовании данного способа рассчитывается по формуле:

где U_B - часть светового импульса видимой области спектра, действующего на поверхность защитного материала СИЗГ;

U_ocл - световой импульс, ослабленный защитным материалом СИЗГ.

Однако применение калориметрических преобразователей для определения КВО защитных материалов СИЗГ связано с рядом затруднений.

Так, данному способу присуща высокая погрешность (до 25%), связанная с необходимостью вырезания требуемой (видимой) части спектра электромагнитного излучения моделируемого (реального) ТПФ с помощью специальных светофильтров, а также с невозможностью исключения вторичного излучения от сильно нагретого исследуемого защитного материала. Кроме того, с использованием данного способа невозможно проведение оценки изменения защитных свойств во времени процесса, что связано с инерционностью калориметрических преобразователей.

Задачей настоящего изобретения является повышение достоверности оценки КВО защитных материалов СИЗГ при воздействии высокоинтенсивных оптических излучений, а также обеспечение возможности оценки изменения защитных свойств материалов во времени процесса.

Поставленная задача решается путем применения видеокамеры с набором нейтральных светофильтров и осуществления видеорегистрации светового импульса от источника оптического излучения, не ослабленного защитным материалом, а также прошедшего через него.

Сформированный видеосигнал поступает через устройство ввода в компьютер с платой оцифровки, обеспечивающей его преобразование из аналоговой формы в цифровую.

После этого проводится обработка оцифрованного изображения, которая заключается в определении с помощью стандартного графического редактора, входящего в пакет программ Microsoft Office 97 [3] параметров R, G и В изображения и расчета по ним яркости (L, отн. ед):

С использованием полученных значений яркости для неослабленного и ослабленного защитным материалом излучения проводится расчет коэффициента ослабления яркости изображения по формуле:

где L_ИИ - яркость изображения воздействующего светового импульса;

L_ППМ - яркость изображения светового импульса, ослабленного оптически полупрозрачным материалом;

U_в.эксп - энергия излучения в видимом диапазоне, ослабленного нейтральным светофильтром;

U^ППМ _в.эксп - энергия излучения в видимом диапазоне, ослабленного нейтральным светофильтром и оптически полупрозрачным материалом.

На завершающем этапе реализации заявляемого способа проводится калибровка оцифрованных видеосигналов L_ии, L_ппм и перевод относительных единиц рассчитанных характеристик в энергетические величины.

Калибровка осуществляется по стандартной схеме с применением твердотельного калориметрического преобразователя. После проведения измерений рассчитывается коэффициент энергетического ослабления нейтрального светофильтра К_Э по формуле:

где U_В - энергия излучения в видимом диапазоне;

U_сф - энергия излучения в видимом диапазоне, ослабленного нейтральным светофильтром.

В основу перевода яркостных характеристик в энергетические положено равенство:

левая часть которого характеризует влияние защитного материала на ослабление исследуемых характеристик, регистрируемых видеосистемой, а правая - отличие переноса энергии через защитный материал от аналогичного процесса в нейтральном светофильтре.

В окончательном виде с учетом выражений (3), (4), домножив обе части на U _В, имеем

или

Применимость данного подхода к переводу яркостных характеристик в энергетические подтверждена путем установления линейного характера зависимостей величены К_и от интенсивности светового потока, а также величины К_э от оптической плотности нейтральных светофильтров.

Для оценки возможности осуществления изобретения определение КВО проводили для защитного материала ФХС-4 с применением видеокамеры “Panasonic M40”, нейтральных светофильтров “Lambda Physic”, компьютера Intel P-II-350 с платой оцифровки AV Master. В качестве калориметрического преобразователя использовали ТПИ-2-5 [4]. Моделирование высокоэнергетического оптического излучения осуществляли с использованием радиационной панели с 12-ю лампами ДКСТЛ-10000.

Осуществляли импульсное воздействие светотеплового потока на защитный материал. Энергетическая величина импульса облучения составила 63 Дж/см², продолжительность импульса - 0,92 с.

Полученные результаты представлены в табл.1-6.

С использованием выражения (7) получено, что КВО для защитного материала составляет:

Проведенный анализ по сравнению значений коэффициента визуального ослабления фотохромного материала ФХС-4, полученного с помощью предлагаемого способа (τ _в=344) и общеизвестного (τ _в=384), показал их согласованность.

Следует отметить, что при величине К_и, близкой к 1,0, значение τ _в, исходя из выражения (3), должно определяться величиной К_э. Однако, принимая во внимание физический смысл характеристики τ _в, в этом случае значение последней однозначно составляет величину, близкую к 1,0. Данное противоречие легко объяснить, основываясь на анализе физической сущности коэффициента К _э и методики его определения. Объяснение заключается в том, что в рассматриваемом случае, т.е. при 1,0≤τ _в<178,2, использование данного светофильтра недопустимо в связи с малой его чувствительностью в этой области измерений. Следовательно, уточнение результатов исследований (измерений) в этих условиях необходимо проводить с использованием более чувствительного светофильтра.

Таким образом, стабильность и точность измерений, исключающие ошибки субъективного характера, а также возможность исследования с помощью технологии цифровой обработки видеоинформации высокодинамичных процессов определяют целесообразность применения предложенного способа для оценки защитных свойств оптически полупрозрачных материалов.

Источники информации

1. Сорокин А.М., Каичев В.В., Тимошин А.И., Московчин О.В. и др. Универсальный спектральный комплекс видимого и УФ-диапазона //Приборы и техника эксперимента, 2001, №3, С.102-107.

2. Шургалин М.В. Измеритель энергии импульсов оптического излучения. //Приборы и техника эксперимента, 1992, №5, С.175-177.

3. Джонс Э., Саттон Д. Office 97. - К.: Диалектика, 1997. - 848 с.

4. Преобразователь первичный измерительный калориметрический ТПИ-2-5. Паспорт ПН 40.000. ПС Тульский завод "Эталон".

5. Мешков В.В. Основы светотехники. - М.: Энергия, 1979. - 368 с.

Формула изобретения

Способ определения коэффициента визуального ослабления материалов с переменной оптической плотностью для средств индивидуальной защиты глаз путем измерения части светового импульса воздействующего поражающего фактора, соответствующей видимому излучению, действующему на материал, а также ослабленного материалом, и последующего расчета коэффициента визуального ослабления, отличающийся тем, что измерения осуществляют путем применения видеокамеры с набором нейтральных светофильтров для видеорегистрации световых импульсов, компьютерного преобразования видеосигналов из аналоговой формы в цифровую, расчета яркостей видеоизображений в относительных единицах и последующего их перевода в энергетические величины с помощью калибровочных зависимостей, полученных для нейтральных светофильтров.