Devices and Methods of Measurements (E-Journal) / Приборы и методы измерений
Not a member yet
490 research outputs found
Sort by
Применение эталона температуропроводности для контроля параметра теплопереноса в поглощающих материалах
Get PDFMetrological support creation and use of heat transfer etalons are important stages in the development of modern materials science. This is especially concerned to the emergence of new materials in the world with previously unattainable thermophysical parameters. The purpose of this work was to develop and experimentally verify the idea of joint application of the transient gratings method which is well-known in nonlinear optics and the single thermal diffusivity etalon of conventional type for the heat transfer metrological control in materials of a wide values range. The method proposed is based on thermal diffusivity etalon application as a source of calibrated optical signals that are excited in it by short laser pulses. Their lifetime is formed by the etalon thermal diffusivity and on the transient grating spatial period. The etalon linear graph of gratings lifetimes as a function of the gratings periods squared and grating lifetime of the material under study are used for the thermal diffusivity calculation. Thermal diffusivity of thin sub-surface layers of the samples under study – duraluminium, monocrystalline silicon and thermoelectric lead telluride film was measured. The results obtained are in close agreement with the reference values.Создание, контроль и постоянное использование эталонов теплопереноса являются важнейшими факторами в развитии современного материаловедения. Это в особенности актуально в связи с появлением новых материалов с недостижимыми ранее теплофизическими параметрами. Целью работы являлась разработка и экспериментальное апробирование идеи совместного применения известного в нелинейной оптике метода динамических решёток и одного эталона температуропроводности стандартного типа для метрологического контроля параметров теплопереноса в материалах с широким диапазоном значений. Предложенный метод основан на использовании стандартного эталона температуропроводности как источника калиброванных оптических сигналов, возбуждаемых в нём короткими лазерными импульсами. Их длительность определяется коэффициентом температуропроводности эталона и периодом динамической решётки. Последний легко контролируется средствами современной оптики. Построенный с помощью эталона линейный график зависимости времени жизни множества динамических решёток от квадрата их периодов в сочетании с измеренным временем жизни решётки в исследуемом материале позволяют вычислить коэффициент температуропроводности. В приповерхностных слоях микронной толщины в трёх образцах – дюралюминий, монокристаллический кремний и термоэлектрик теллурид свинца – проведены измерения искомых параметров. Результаты тестирования близко соответствуют справочным значениям
Исследование сложения лазерных пучков в кольцевой волоконно-оптической линии задержки
Get PDFAt present time widespread use of autonomous laser systems supposes reducing of supply energy, consumed by laser sources that are included in their composition and at the same time increasing of their output energy characteristics. The objective of this work was practical confirmation of possibility of laser beam combining in systems based on a ring delay line.The experimental setup that implements the principle of synchronous laser beam combining scheme on the ring fiber-optic delay line, developed by authors earlier, is made. The schematic diagram of the manufactured setup is presented, its operation principle is described in detail and its composition is considered. It is noted that in order to achieve the objective measurements of electrical signals received from the photodetector of the setup and measurements of the part of laser radiation power removed by the splitter and formed in the fiber-optic path of the setup are performed. Results of measurements are presented as the waveforms of electrical signals from the photodetector and of power values at the output of the splitter. Plots of dependence of the output power and the circulation power on the power of the initial laser beam introduced into the setup are presented.Analysis of results showed that the laser beam combining occurs in the ring fiber-optic delay line. Besides, it was found that the proposed scheme provides an increase in the power of the initial beam by 1.05…1.11 times.Широкое распространение в настоящее время автономных лазерных систем предполагает снижение энергии питания, потребляемой входящими в их состав лазерными источниками, при одновременном повышении их выходных энергетических характеристик. Целью настоящей работы являлось практическое подтверждение возможности сложения лазерных пучков в системах, построенных на основе кольцевой линии задержки.Изготовлена экспериментальная установка, реализующая принцип схемы синхронного сложения лазерных пучков на кольцевой волоконно-оптической линии задержки, разработанной ранее авторами. Представлена схема изготовленной установки, подробно описан её принцип действия и рассмотрен её состав. Отмечено, что для достижения поставленной цели выполнялись измерения электрических сигналов, снимаемых с фотоприёмного устройства установки, и отводимой сплиттером доли мощности лазерного излучения, сформированного в волоконно-оптическом тракте установки. Приведены результаты измерений в виде осциллограмм временных зависимостей электрических сигналов фотоприёмного устройства и значений мощности на выходе сплиттера. Представлены графики зависимости мощности вывода и мощности циркуляции от мощности исходного лазерного пучка, вводимого в установку.Анализ результатов показал, что в кольцевой волоконно-оптической линии задержки происходит сложение лазерных пучков. При этом установлено, что предложенная схема обеспечивает увеличение мощности исходного пучка в 1,05…1,11 раз
Импульсный лазер с диодной накачкой для дальномеров, работающих в широком диапазоне температур
Get PDFA prototype of a pulsed diode-pumped laser based on Neodymium-doped Yttrium Aluminum Garnet (Nd:YAG) crystal emitting at 1064 nm is presented for use in airborne rangefinders and atmospheric LIDARs without use of expensive production technologies and components.Actively Q-Switched laser pulse energy was estimated. Spatial characteristics of laser beam and dependence of pulse energy on the pump pulse energy were obtained at room temperature. Results of diodepumped laser pulse energy measurements are provided within 2 min for pulse repetition rates of 1, 4, 12.5, 22 Hz at ambient temperature range from -40 to +60 °C. Laser diode arrays temperature stabilization was achieved by the use of Peltier module with cooling capacity of 30 W.Pulse energy values not less than 80 mJ were achieved in the studied ranges of ambient temperature and pulse repetition rate. Laser beam divergence at room temperature does not exceed 1.9 mrad. Представлен прототип импульсного лазера на кристалле иттрий-алюминиевого граната с ионами Nd3+ (Nd:YAG) с диодной накачкой, излучающего на длине волны 1064 нм, для применения в составе дальномеров авиационного базирования и атмосферных лидаров без применения дорогостоящих компонентов и технологий производства.Проведён расчёт выходной энергии импульса лазерного излучения в режиме активной модуляции добротности. Получены пространственные характеристики лазерного излучения и зависимость энергии лазерного импульса от энергии импульса накачки при комнатной температуре. Приведены результаты измерений энергии лазерного импульса излучателя с диодной накачкой для частот следования 1; 4; 12,5; 22 Гц в течение 2 мин в температурном диапазоне от -40 до +50 °С. Стабилизация температуры матриц лазерных диодов обеспечивалась применением элемента Пельтье с максимально возможной мощностью охлаждения 30 Вт.В исследованных диапазонах частот следования лазерных импульсов и температур окружающей среды были достигнуты значения энергии лазерного импульса не менее 80 мДж. Расходимость при комнатной температуре не превышает 1,9 мрад
Применение метода отклонения лазерного пучка для определения термооптических коэффициентов в кристалле гадолиний-иттриевого ортосиликата, легированного ионами эрбия
Get PDFResults of use of the laser beam deflection technique for determination of thermo-optic coefficients (TOCs) of the Er3+-doped gadolinium-yttrium oxyorthosilicate crystal (Er3+:(GdY) SiO– Er:GYSO) are presented. A 0.1 at.% Er-doped gadolinium-yttrium oxyorthosilicate crystal was grown by the Czochralski method under nitrogen atmosphere. Raw materials such as Er2O3, Gd2O3, Y2O3, and SiO2 were weighed according to the formula (Er0.001Gd0.8995Y0.0995)2SiO5. Optical properties of the biaxial Er:GYSO crystal are described within the frame of the optical indicatrix with orthogonal principal axes Np , Nm , and Ng . To characterize the anisotropy of the TOCs a sample from the grown Er:GYSO crystal was prepared in a shape of a rectangular parallelepiped with dimensions of 7.0 (Np ) × 8.0 (Nm ) × 8.5 (Ng ) mm3. Each face of the sample is perpendicular to one of the optical indicatrix axes Np , Nm and Ng . For determination of the TOCs the laser beam deflection technique for a material with a linear temperature gradient is used. Measurements are performed at the wavelength of 632.8 nm. The thermal coefficient of the optical path (TCOP) for the Er:GYSO crystal measured at the wavelength of 632.8 nm at different light polarization E and propagation direction k were obtained. The TCOP values are positive for all directions of the light propagation k // Np , Nm , Ng . This means that the sign of the thermal lens which is directly related to the TCOP value will also be positive, and the positive thermal lens is then expected for Np Nm-, and Ng -cut Er:GYSO. Applying an analysis of the thermal lensing the dn /dT value for Yb:GYSO is estimated to be 6.5×10–6 K–1. В статье представлены результаты использования метода отклонения лазерного пучка для определения величин термооптических коэффициентов (ТОК) в кристалле гадолиний-иттриевого ортосиликата, легированного ионами эрбия Er3+ (Er3+:(GdY)2SiO5– Er:GYSO). Кристалл Er:GYSO, легированный ионами эрбия в количестве 0,1 ат.%, выращен методом Чохральского в атмосфере азота. Шихта состояла из оксидов Er2O3, Gd2O3, Y2O3 и SiO2 в пропорции, соответствующей формуле (Er0.001Gd0.8995Y0.0995)2SiO5. Оптические свойства кристалла Er:GYSO описываются на основе оптической индикатрисы с тремя ортогональными главными осями Np , Nm и Ng . Для характеризации TOК использовался образец кристалла Er:GYSO в форме прямоугольного параллелепипеда размером 7,0 (Np) × 8,0 (Nm ) × 8,5 (Ng ) мм3. Грани образца перпендикулярны осям оптической индикатрисы Np , Nm и Ng . Метод отклонения лазерного пучка в результате распространения через исследуемый материал, в котором создан линейный градиент температуры, использован для определения TOК. Измерения проведены на длине волны 632,8 нм. Установлены также термические коэффициенты оптического пути (TКOП) для кристалла Er:GYSO на длине волны 632,8 нм для различных поляризаций света E и волнового вектора k. Величины TКOП являются положительными для всех направлений распространения света k // Np , Nm , Ng . Это означает, что знак термической линзы, которая непосредственно связана с величиной TКOП, будет также положительным и, следовательно, положительная термическая линза будет наблюдаться в кристалле Er:GYSO, вырезанном вдоль направлений Np , Nm и Ng . Из анализа значений термической линзы величина dn/dT в кристалле Yb:GYSO оценена как 6,5×10–6 K–1
Получение фотоспектральных данных с использованием беспилотного комплекса авиационного спектрометрирования
Get PDFStudy of the Earth’s surface objects reflectance characteristics with unmanned aerial vehicles is one of the most actual remote sensing trends. Aim of this work was to develop a method for obtaining of photospectral data using unmanned aerial spectrometry vehicle.An adaptation of the cameras spatial resolution evaluating technique based on a specialized target photographic fixation was proposed. A method for synchronizing of the camera and spectrometer of the videospectral device was also proposed. It was based on an experiment with spectra and screen images recording. Different colors were sequentially displayed on the screen. The percentage contribution of each of colors to the “mixed” spectra was calculated. So the out-of-sync time estimation became possible. In addition the work proposed the method for combining images and spectra with their merging into photospectral images. The method allows to consider the aircraft displacement when linking the spectrometer field of view to the RGB image. The way for photospectral images combining based on the images key points detectors was also proposed.Spatial resolutions for 3 aerial vehicle cameras were obtained. The study showed that the spatial resolution decrease of Zenmuse H20T caused by the device carrier movement with a speed of up to 5 m/s can be ignored. The videospectral device camera and spectrometer out-of-sync time was evaluated. An automatic merging of a set of images using key points detection was made. The spectrometry areas were linked to the panoramic image. The reflectance coefficients were obtained for each of the areas in the range of 350–900 nm. The areas to image linking accuracy was 84.9 ± 11.6 %.A discrepancy between the angular spatial resolution values got experimentally and theoretically was revealed as a result of the cameras spatial resolution evaluating. This indicates the importance of the imaging equipment spatial resolution experimental evaluation. The videospectral device spectrometer and observation camera out-of-sync time evaluation made it possible to correct the data recording time. This led to the timing error standard deviation reduction from 142 ms to 15 ms. The way for the unmanned aerial spectrometry vehicle data obtaining in a photospectral representation was developed. The proposed methods and techniques can be used in similar unmanned systems.Исследование отражательных характеристик объектов на поверхности Земли с использованием беспилотных летательных аппаратов является одним из развивающихся направлений в дистанционном зондировании Земли. Целью работы являлась разработка способа получения фотоспектральных данных с использованием беспилотного комплекса авиационного спектрометрирования.Предложена адаптация методики определения пространственной разрешающей способности камер на основе фотофиксации специализированной миры. Также предложен способ синхронизации камеры и спектрометра видеоспектрального комплекса, основанный на проведении эксперимента по регистрации спектров и изображений экрана, где последовательно отображаются различные цвета. Предложен способ комбинирования изображений и спектров с объединением их в единое фотоспектральное изображение. Способ позволяет учитывать смещение летательного аппарата при привязке поля зрения спектрометра к изображению. Предложен способ объединения фотоспектральных изображений, основывающийся на сшивке изображений по особым точкам.Получены угловые разрешающие способности для 3 камер из состава беспилотного комплекса. Показано, что при движении беспилотного комплекса со скоростью до 5 м/с ухудшение разрешающей способности камеры Zenmuse H20T, вызванное движением носителя аппаратуры, можно не учитывать. Определено время рассинхронизации работы камеры и спектрометра из состава видеоспектрального комплекса. Проведена автоматическая сшивка ряда изображений по особым точкам с привязкой к сшитому изображению областей спектрометрирования (относительная точность привязки к изображению – 84,9 ± 11,6 %). Для каждой из областей спектрометрирования получены коэффициенты спектральной яркости в диапазоне 350–900 нм.В исследовании выявлено расхождение экспериментальных и теоретических значений углового пространственного разрешения, что свидетельствует о важности проведения экспериментальной оценки пространственного разрешения съёмочной аппаратуры. Определение времени рассинхронизации спектрометра и обзорной камеры видеоспектрального комплекса позволило осуществить коррекцию времени регистрации данных, что привело к уменьшению среднеквадратичной величины ошибки синхронизации со 142 мс до 15 мс. Разработан способ получения данных БЕКАС в фотоспектральном представлении
Модифицирование оксидом олова газочувствительных слоёв из оксида индия для повышения эффективности газовых сенсоров
Get PDFMonitoring of air pollutions is one of actual trends in the development of industrial and domestic instrumentation. There are sets of tasks for improving gas analytical instruments because of increasing demand for control of a concentration of explosive and toxic gases on a level with maximum allowable concentration. The aim of the paper was to investigate the methods of formation and elemental composition of indium oxide films modified with tin oxide on the surface of gas sensor elements as one of the promising compounds for improving the detection efficiency of explosive and toxic gases in the environment. The processes of formation of gas-sensitive films deposited on the surface of nichrome alloy information electrodes were studied in this article. Substrates of anodic aluminum oxide with area of 10 × 10 mm2 and a thickness of 45 ± 0,5 μm were chosen for research. Two layers on the surface of the samples were formed. The first layer was formed from NiCr alloy (Ni – 80 %, Cr – 20 %) with a thickness of ≈ 0.3 μm by ion-plasma sputtering. The second layer was based on indium oxide with addition of tin oxide with thicknesses from ≈ 0.3 μm to ≈ 1.0 µm and coated with sol-gel technology. Five samples of gas-sensitive films were formed with different methods of deposition and heat treatment. Scanning electron microscopy was used for study of films’ morphology and elemental compositions of samples. The most perfect continuous semiconductor films were obtained by multilayer applying of a sol-gel paste. When semiconductor films were processed at annealing temperatures of 700 °C and higher in vacuum so there was observed cracking of semiconductor films up to a layer of NiCr alloy. The developed surface of gas-sensitive films allows to reach high sensitivity and affectivity of semiconductor sensors for control of air gas composition.Мониторинг присутствия посторонних примесей в воздухе относится к одному из актуальных направлений детектирования газов для применения в промышленности и быту. Повышение требований к контролю содержания взрывоопасных и токсичных газов на уровне предельно допустимых концентраций при высокой селективности определяет необходимость совершенствования существующих газоаналитических приборов. Целью настоящей работы являлось исследование методик формирования и элементного состава плёнок оксида индия, модифицированных оксидом олова, на поверхности тонкоплёночных элементов газовых сенсоров, как одних из перспективных соединений для повышения эффективности детектирования взрывоопасных и токсичных газов в окружающей среде. В результате проведённых исследований изучены процессы формирования газочувствительных плёнок, нанесённых на поверхность информационных электродов из сплава нихром. В качестве образцов для проведения исследований были выбраны подложки анодного оксида алюминия площадью 10 × 10 мм2 и толщиной 45 ± 0,5 мкм. На поверхности образцов формировали слой из сплава нихром (Ni – 80 %, Cr – 20 %) толщиной≈ 0,3 мкм методом ионно-плазменного нанесения материалов в вакууме и пленки из оксида индия с добавкой оксида олова толщинами от ≈ 0,3 мкм до ≈ 1,0 мкм с применением золь-гель технологии. Для пяти образцов провели нанесение газочувствительных плёнок разными методиками формирования слоёв и режимами термообработки. Методами сканирующей электронной микроскопии определили морфологию полученных модифицированных плёнок и их элементный состав. Сплошные полупроводниковые пленки были получены при многослойном нанесении золь-гель пасты. При температурах отжига в вакууме 700 °С и выше наблюдается растрескивание полупроводниковых плёнок до слоя из сплава нихром. Развитая поверхность газочувствительных пленок позволяет достигать высокую чувствительность и эффективность полупроводниковых датчиков при контроле газового состава воздуха
Автоматические измерения в металлографии
Get PDFQuantitative analysis of the structure of metals and alloys is an important part of modern metal science. To obtain quantitative data and build dependencies, metallographic image processing programs are used, oriented both for scientific research and for use in industry. Programs capable of automatically performing metallographic analysis are of great interest to consumers. When advertising such programs, it is often claimed that they allow quantitative analysis of the structure with virtually no time. The purpose of this work was to determine the time spent on quantitative metallographic analysis in some image processing programs presented on the Belarusian market. Connected and unconnected metallographic objects were considered. It is shown that automatic quantitative analysis is possible for unconnected objects (powders, cast iron graphite). The time required is within a minute. For connected objects (structures of metals and alloys after metallographic etching), the time required to detect objects and obtain digital data is 10–40 min or more, depending on the complexity of the object, which is unacceptable for factory laboratories that analyze a large number of samples per shift. Therefore, it is recommended that potential users of metallographic image processing software always require a substantive demonstration of the automatic measurement capabilities of the proposed software.Количественный анализ структуры металлов и сплавов является важной частью современного металловедения. Для получения количественных данных и построения зависимостей используются металлографические программы обработки изображений, ориентированные как на научные исследования, так и для использования в промышленности. Большой интерес у потребителя вызывают программы, способные автоматически проводить металлографический анализ. При рекламе таких программ зачастую утверждается, что они позволяют провести количественный анализ структуры практически без затрат времени. Целью данной работы являлось определение затрат времени на количественный металлографический анализ в некоторых программах обработки изображений, представленных на белорусском рынке. Рассматривались связанные и несвязанные металлографические объекты. Показано, что для несвязанных объектов (порошки, графит чугуна) возможен автоматический количественный анализ; затраты времени при этом составляют в пределах минуты. Для связанных объектов (структуры металлов и сплавов после металлографического травления) затраты времени на обнаружение объектов и получение цифровых данных составляют 10–40 мин и более в зависимости от сложности объекта, что неприемлемо для заводских лабораторий, которые анализируют большое количество образцов за смену. Поэтому потенциальным потребителям программ обработки металлографических изображений рекомендуется всегда требовать предметной демонстрации возможности автоматических измерений предлагаемого программного обеспечения
Использование многозондового модулированного лазерного излучения для идентификации сгустков веществ в потоке жидкости
Get PDFModern tools of water supply systems monitoring at enterprises or in the housing sector use laser liquid sensing systems. In this case, as a rule, laboratory analyses of the obtained liquid samples are used, as well as spectral analysis methods when scanning the liquid with light for different wavelengths. These approaches do not allow for real-time analysis of a moving fluid flow (flow analysis). The paper considers a version for constructing of a system for online detecting and identifying emergency clots of pollutants in a liquid stream using laser radiation. The basic principles of the system construction, the block diagram of the system structure and parameters for identification of clots of substances under study flowing in the pipelines of the sewage or water treatment system at industrial enterprises are given. When constructing the system, several wavelengths of laser radiation are used, simultaneously directed to the one point of the studied clot of the studied fluid flow. Light wavelengths are determined at the stage of preparation for the study. At this initial stage of the process, optical transmission spectra of substances that are a priori possible in the studied fluid flow are analyzed. The main criterion for wavelengths choose is difference in substances optical transmission spectra at the se selected wavelengths. For the possibility of technical separation of signals at different wavelengths of the emitting radiation, the radiation fluxes are modulated. Creation of standards for identification substances in fluid flow clusters is carried out in the form of lattice functions containing the components of the substance optical transmission spectrum at certain wavelengths of laser radiation. Modulation of radiation is proposed to be carried out by controlling the pumping of each emitters of the system. The proposed system will find application in the oil and gas, processing industry, water filtration and purification systems, industrial enterprises and agricultural processing enterprises.Современные средства контроля систем обеспечения водой на предприятиях или в жилищной сфере используют лазерные системы зондирования жидкости. При этом, как правило, используются лабораторные анализы полученных проб жидкости, а также спектральные методы анализа при сканировании жидкости излучением разных длин волн. Эти подходы не позволяют проводить анализ в реальном масштабе времени движущегося потока жидкости (поточный анализ). В работе рассмотрен вариант построения системы обнаружения и идентификации аварийных сгустков загрязняющих веществ в потоке жидкости с использованием лазерного излучения в реальном масштабе времени. Приведены основные принципы построения системы, блок-схема структуры системы и параметры идентификации сгустков исследуемых веществ, протекающих в трубопроводах системы канализации или водоочистки на промышленных предприятиях. При построении системы используется несколько длин волн лазерного излучения, одновременно направленных в одну исследуемую точку сгустка исследуемого потока жидкости. Длины волн излучения определяются на стадии подготовки к исследованию. На этой начальной стадии процесса анализируются оптические спектры пропускания веществ, которые априори возможны в исследуемом потоке жидкости. Основной критерий выбора длин волн – различие оптических спектров пропускания веществ на выбранных длинах волн. Для возможности технического разделения сигналов на различных длинах волн зондирующего излучения производится модуляция потоков излучений. Создание эталонов идентификации веществ в сгустках потока жидкости производится в форме решетчатых функций, содержащих составляющие оптического спектра пропускания вещества на определенных длинах волн лазерного излучения. Модуляцию излучения предлагается проводить путём управления накачкой каждого из излучателей системы. Предлагаемая система найдет применение в нефтегазовой, перерабатывающей промышленности, в системах фильтрации и очистки водоснабжения, промышленных предприятиях и предприятиях переработки сельскохозяйственной продукции
Методика определения эффективной толщины цементированного слоя стали
Get PDFHighly loaded transmission gears are cemented and hardened. An important parameter of the hardened cemented layer is its effective thickness hef . Metal banding and the unavoidable instrumental error in hardness measuring have a great influence on the reliability of hef determination. The purpose of this article was to develop a methodology to improve the reliability of determining of the effective thickness hef of the hardened layer in steel after carburizing and quenching.The value of hef is the distance h from the surface of the product to the hardness zone of 50 HRC. The article substantiates that approximation of hardness change from the distance h to the product surface will allow to obtain a more reliable dependence of hardness change in the investigated area when making hardness measurements in a wider range of distance h. Therefore, to increase the reliability of hef determination, results of the HV0.5 hardness measurement in an extended range of changes in h in the vicinity of the analyzed zone were used. The HV0.5 measurement results are converted to HRC hardness values using the formula recommended by the international standard. The HRC(h) distribution of HRC hardness values in the measurement area is interpolated by a second-degree polynomial which physically correctly reflects the change in metal hardness in the analyzed area. The resulting polynomial is used to determine of the distance hef at which the hardness takes on a value of 50 HRC. The methodology was used to determine the hef of an 18KhGT steel gear wheel after carburizing and quenching. It is shown that results of two independent measurements of the hef sample differ from each other by 0.003 mm. This is significantly less than the permissible error of 0.02 mm of the hef determination according to the standard technique. The error of hef determination is reduced by extending the range of variation of h and statistically valid interpolation of the monotonic change in hardness with the distance from the surface of the item in the measurement area. The developed method of determining the effective thickness hef of the hardened steel layer consists in determining the distribution of its hardness in the expanded vicinity of the hef area, approximating the obtained dependence by a polynomial of the second degree and solving the square equation obtained with its use. The technique provides a significant reduction in the influence of the structural banding of the metal and the inevitable error in measuring hardness on the result of determining the hef . Its application will allow to optimize the cementation regimes of gear wheels to increase their service life.Высоконагруженные зубчатые колёса трансмиссий подвергают цементации и закалке. Важным параметром упрочнённого цементированного слоя является его эффективная толщина hef . Большое влияние на достоверность определения hef оказывают полосчатость металла и неизбежная инструментальная погрешность измерения твёрдости. Цель работы – разработка методики повышения достоверности определения эффективной толщины hef упрочнённого слоя в стали после цементации и закалки.За величину hef принимают расстояние h от поверхности изделия до зоны с твёрдостью 50 HRC. В работе обосновано, что аппроксимация изменения твёрдости от расстояния h до поверхности изделия позволит получить более достоверную зависимость изменения твёрдости в исследуемой зоне при проведении измерений твёрдости в более широком диапазоне расстояний h. Поэтому для повышения достоверности определения hef использованы результаты измерения твёрдости HV0,5 в расширенном диапазоне изменений h в окрестности анализируемой зоны. Результаты измерения HV0,5 пересчитаны в значения твёрдости HRC по формуле, рекомендованной международным стандартом. Распределение HRC(h) значений твёрдости HRC в области измерения интерполировано полиномом второй степени, физически верно отражающим изменение твёрдости металла в анализируемой зоне. Полученный полином использован для определения расстояния hef , при котором твёрдость принимает значение 50 HRC. Методика использована для определения hef зубчатого колеса из стали 18ХГТ после цементации и закалки. Показано, что результаты двух независимых измерений hef образца отличаются друг от друга на 0,003 мм. Это существенно меньше допустимой погрешности 0,02 мм определения hef по стандартной методике. Погрешность определения hef снижена за счёт расширения диапазона изменения h и статистически обоснованной интерполяции монотонного изменения твёрдости с расстоянием от поверхности изделия в области измерения.Разработанная методика определения эффективной толщины hef упрочнённого слоя стали заключается в определении распределения её твёрдости в расширенной окрестности области hef , аппроксимации полученной зависимости полиномом второй степени и решении полученного с его использованием квадратного уравнения. Методика обеспечивает существенное снижение влияния структурной полосчатости металла и неизбежной погрешности измерения твёрдости на результат определения hef . Её применение позволит оптимизировать режимы цементации зубчатых колёс для повышения ресурса их эксплуатации
О возможности использования медицинских линейных ускорителей электронов в качестве источника поля эталонного импульсного фотонного излучения
Get PDFSources of pulsed photon radiation are widely used in science and industry. In this regard, there is a growing demand for dosimetry instruments capable of operating in these pulsed photon radiation fields. Until now there is no comprehensive methodology that describes the characteristics of reference fields of pulsed photon radiation required for calibration and verification of dosimetry equipment. The aim of this paper was to study the possibility of using a medical linear electron accelerator as a generating source of a reference pulsed photon radiation field. The paper investigates main characteristics of photon radiation field (namely, spectrum and average energy) generated by CLINAC in two modes of operation: 6 MV and 18 MV. Additionally it researches the possibility of attenuation of the CLINAC photon radiation intensity by a lead filter. The spectrum and average energy of the CLINAC photon radiation were calculated by means of Monte Carlo simulation in the Fluka program. The validation of the calculation was determined by comparing the attenuation coefficients calculated by the model with ones obtained experimentally by using real CLINACs. Experimentally, the attenuation coefficients were obtained by measuring the air kerma rate generated by the photon radiation fields of Varian VitalBeam and Varian iX CLINACs at a given point of space. Based on the simulation results, the Ḣ*(10) ambient dose equivalent ratio generated by CLINACs were calculated. It was found that the lead filter effectively attenuates the CLINAC photon radiation in terms of both air kerma rate and ambient dose equivalent rate to levels suitable for calibration of dosimetry equipment designed to measure pulsed radiation. It is shown that the lead filter significantly affects both the photon spectrum of the CLINAC and its average energy.Генерирующие источники импульсного фотонного излучения находят все большее применение в науке и промышленности. В связи с этим растёт потребность в приборах дозиметрического контроля, способных работать в полях импульсного фотонного излучения. Однако до настоящего времени нет исчерпывающей методики, описывающей критерии выбора источников эталонных полей импульсного фотонного излучения, необходимых для калибровки и поверки дозиметрического оборудования. Целью работы являлось изучение возможности использования медицинского линейного ускорителя электронов (далее ЛУЭ) в качестве генерирующего источника эталонного поля импульсного фотонного излучения для калибровки и поверки дозиметрического оборудования. В работе исследовались основные характеристики поля фотонного излучения (спектр и средняя энергия излучения, мощность кермы в воздухе и мощность амбиентного эквивалента дозы Ḣ*(10), создаваемая полем в заданной точке), генерируемого ЛУЭ в двух режимах работы: 6 МВ и 18 МВ. Дополнительно исследовалась возможность ослабления интенсивности фотонного излучения ЛУЭ свинцовым фильтром. Экспериментальное определение мощности кермы в воздухе (далее мощность кермы), генерируемой полем фотонного излучения ЛУЭ в заданной точке, производилось путём прямых измерений при помощи эталонного дозиметра. Расчёт спектра и средней энергии фотонного излучения ЛУЭ, производился при помощи Монте-Карло моделирования в программе Fluka. На основе результатов измерений и моделирования произведен расчёт мощностей амбиентного эквивалента дозы Ḣ*(10), генерируемых ЛУЭ в заданной точке. Установлено, что свинцовый фильтр эффективно ослабляет фотонное излучение ЛУЭ как по мощности кермы, так и по мощности амбиентного эквивалента дозы до уровней, подходящих для калибровки и поверки дозиметрического оборудования, предназначенного для работы в полях импульсного излучения. Показано, что свинцовый фильтр существенно влияет как на спектр фотонного излучения ЛУЭ, так и на его среднюю энергию