КОМП’ЮТЕРНІ МОДЕЛІ ЛАМП РОЗЖАРЮВАННЯ
DOI:
https://doi.org/10.20535/1970.66(2).2023.294937Ключові слова:
лампа розжарювання, нормальний коєфіцієнт випромінення, напівсферичний коєфіцієнт випромінення, вольфрам, комп’ютерна модель, моделювання, методична похибка, абсолютна похибка, відносна похибка, середньоквадратичне відхиленняАнотація
Статтю присвячено дослідженню існуючих та розробці нових комп’ютерних моделей напівсферичного та нормального спектрального коєфіцієнту випромінення оптичних ламп розжарювання.
Оптичні лампи (tungsten halogen quarts filament electric lamp, FEL) сьогодні залишаються розповсюдженим джерелом випромінювання в різноманітних оптико-електронних системах. Вони забезпечують випромінення в ультрафіолетовому, видимому, ближньому ІЧ-А (IR-A, NIR) та середньому ІЧ-В (IR-B, SWIR) інфрачервоному діапазонах спектру та мають типові колірні температури 2300 К, 2850 К, 3200 К.
Проведено аналіз двох груп існуючих моделей FEL. Моделі першої групи орієнтовані в першу чергу для існуючих установок калібрування та атестації оптико-електронних систем. Моделі другої групи є більш універсальними та «повними». Вони відтворюють поелементно структуру модельованої оптико-електронної системи та використовують фізичні та конструктивні параметри значущих елементів модельованої системи.
Для всіх типів моделей температурних джерел базовими є формула Планка або наближення Віна. Існуючі моделі розроблені для видимого діапазону та діапазону 0.34 мкм – 2.6 мкм для температур 1600 К – 2800 К, що не враховує всі можливості сучасних FEL.
Метою роботи є дослідження відомих моделей та поліноміальних моделей для застосування в розрахунках сучасних оптичних ламп з температурами 2300 К – 3200 К в широкому діапазоні довжин хвиль, включно з ультрафіолетовим, IR-A, IR-B.
Проаналізовано точність та модифіковано параметри моделей Ларабі та Пона. Отримані залежності забезпечують підвищення точності в 1.4 – 4 рази.
Проаналізовано точність та економічність поліноміальних моделей нормального спектрального коєфіцієнту випромінення в ультрафіолетовому, видимому, IR-A та IR-B діапазонах спектру. Розраховані коєфіцієнти моделей за критерієм мінімізації середньоквадратичного відхилення. Показано, що за критерієм середніх похибок в діапазоні 0.23 мкм – 2.7 мкм всі залежності мають похибку менше за 5 % у всьому діапазону та забезпечують мінімум 5 вірних знаків. За критерієм максимальних похибок з відносною похибкою в 5 % не можуть бути застосовані лінійні вирази, а похибку менше 1 % забезпечують тільки кубічні поліноми. Сформовано комбіновану поліноміальну модель, яка забезпечує методичну похибку наближення менше 1 % по всіх спектральних піддіапазонах, а у видимому діапазоні 0.3 мкм – 0.94 мкм – менше 0.5 %.
Визначені часові витрати моделей та сформовані комбіновані моделі для застосування в процесорних системах з обмеженими обчислювальними можливостями.
Посилання
Teresa Hunt, Ruth Montgomery, Neil Harrison, Emma Woolliams, “QTH Fillament Collapse: An Investigation into the Collapse of Filaments of FEL QTH Lamps used as Irradiance Standards”, NPL REPORT DQL-OR 003, 2004.
Maija Ojanen, Petri Karha, Saulius Nevas, Armin Sperling, Henrik Mantynen and Erkki Ikonen, “Double-coiled tungsten filament lamps as absolute spectral irradiance reference sources”, Metrologia, vol. 49, №2, S53–S58, 2012.
J. H. Walker, R. D. Saunders, J. K. Jackson and D. A. McSparron, “NBS measurement services: spectral irradiance calibrations”, National Bureau of Standards Special Publication 250-20, 1987.
R. D. Saunders, J. B. Shumaker, “The 1973 NBS scale of Spectral Irradiance”, NBS Special Publication 594-13. Washington, D. C., US Government Printing Office, 1977.
G. Andor, “New data-reduction method in detector-based spectral-irradiance measurements”, Metrologia, vol. 32, no. 6, pp. 495-496, 1995.
G. Andor, “Approximation function of spectral irradiance of standard lamps”, Metrologia, vol. 35, no. 4, pp. 427-429, 1998.
L. K. Huang, R. P. Cebula and E. Hilsenrathirradiances, “New procedure for interpolating NIST FEL lamp irradiances”, Metrologia, vol. 35, no. 4, pp. 381-386, 1998.
Pedro Corredera, Antonio Corrons, Alicia Pons, and Joaquin Campos, “Absolute spectral irradiance scale in the 700–2400 nm spectral range”, Applied Optics, vol. 29, no. 24, pp. 3530-3534, 1990.
Maija Ojanen, Petri Kärhä and Erkki Ikonen, “Spectral irradiance model for tungsten halogen lamps in 340–850nm wavelength range”, Applied Optics, vol. 49, no. 5, pp. 880-886, 2010.
R. D. Larrabee, “The spectral emissivity and optical properties of tungsten”, Technical report 328. Massachusetts institute of technology, 1957.
Ling Fu, Ralf Leutz and Harald Ries, “Physical modeling of filament light sources”, Journal of Applied Physics, vol. 100, is. 10, pp. 103528-1 - 103528-8, 2006.
R. M. Pon, J. P. Hessler, “Spectral emissivity of tungsten: analytical expression for the 340-nm to 2.6 mkm spectral region”, Applied Optics. vol. 23, no. 7, pp. 975-976, 1984.
J. C. De Vos, “A new determination of the emissivity of tungsten ribbon”, Physica, vol. XX, pp. 690-714, 1957.
Igor Kravchenko, Maryna Mamuta, “Emissivity of filament lamps”, Herald of Khmelnytskyi national university, Issue 3 (321), pp. 223-239, 2023.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 CC BY 4.0
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторське право на публікацію залишається за авторами.
Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» як на видавця.
Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.
Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.
Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.
