Метрология: средства и способы измерения (теория и практика)

Характеристики метрологических измерений

Итак, вы знакомы с несколькими разновидностями датчиков с различными физическими принципами преобразования всевозможных неэлектрических величин в «активные» (электрический ток, ЭДС, электрическое напряжение) и «пассивные» (изменения сопротивления, емкости, индуктивности, взаимной индуктивности) электрические величины. Что же общего у рассмотренных нами разновидностей датчиков (независимо от их конструктивного исполнения)? Что их «роднит»?

Оказывается, таким «родовым признаком» является необходимость осуществления контакта, воспринимающего воздействие измеряемой неэлектрической, величины элемента датчика с объектом измерения (за редкими исключениями, например, пироэлектриков, к которым мы еще вернемся в дальнейшем). Следствием такого контактного восприятия воздействия измеряемой неэлектрической величины явилось непосредственное в большинстве случаев ее преобразование (т.е. без промежуточных преобразований) в отображающую ее электрическую величину.

Однако существует несколько областей измерений, охватываемых общим для них понятием радиометрии - измерений энергетических величин, характеризующих излучение. Об излучении уже упоминалось в предыдущем разделе, но лишь об излучении нагретого тела. Вместе с тем читателю наверняка хорошо известно, что электромагнитное излучение характеризуется широчайшим спектром, охватывающим гамма- и рентгеновское излучение по «левую» границу спектра и длинноволновый его участок «справа», где, в частности, располагается и хорошо известное читателю излучение промышленной частоты 50 Гц. В средней же части этого спектра расположено оптическое излучение, которое, в свою очередь, делится на три спектральных поддиапазона: ультрафиолетовое (УФ) излучение, граничащее с рентгеновским излучением; видимое (световое) излучение; инфракрасное (ИК) излучение, граничащее с миллиметровым диапазоном радиоволн. (Кстати, тепловое излучение занимает один из поддиапазонов спектра инфракрасного излучения.) Попробуем «связать» между собой и количественно оценить понятия спектра и длины волны (точнее, диапазона длин волн, занимаемого спектром). Слово «спектр» (от латинского $рес1шт -представление, хэбраз) означает совокупность всех значений какой-либо физической величины, характеризующей систему или процесс.

Оказывается, что спектр электромагнитного излучения охватывает более 16 порядков - от А 2-Ю"10 м для гамма-излучения до А = 6000 км для излучения на промышленной частоте. Разумеется, для каждого спектрального поддиапазона (или интервала длин волн) электромагнитного излучения разработаны и применяются измерительные преобразователи (датчики) величин, характеризующих те или иные свойства объекта измерения. Им может являться источник излучения или вещество (материал, среда), с которым оно взаимодействует. Здесь важно лишь отметить, что интерес при решении измерительной задачи представляют характеристики излучения, а это означает, что датчик «контактирует» именно с потоком излучения, часто именуемым лучистым потоком. Слово «контактирует» не случайно заключено в кавычки, поскольку подобные измерения на самом деле являются бесконтактными. Более того, в отличие от рассмотренных непосредственных преобразований далее нам встретятся как минимум последовательные преобразования излучательной характеристики (величины) в электрический измерительный сигнал.

Подводя итоги этим вступительным к следующим двум обширным главам комментариям, отдадим предпочтение лишь датчикам, преобразующим оптические величины. Выбор сделан нами не случайно, поскольку методы и средства именно этой области измерений, получившей название оптической радиометрии, получили широчайшее распространение в наисовременнейших системах измерений, диагностики, неразрушающего контроля и даже распознавания образов. Во всех трех поддиапазонах спектра (УФ, видимом и ПК) оптического излучения мы встретимся как с преобразователями оптических величин непосредственно в электрические величины, так и с промежуточными преобразователями оптических величин тоже в оптические величины, но с другими интенсивностными, временными, спектральными и пространственными характеристиками.