ПОРТАТИВНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОЦЕНИВАНИЯ ПАРАМЕТРА ПОЛИМЕРА
PORTABLE DEVICE AND METHOD FOR ASSESSING POLYMER PARAMETER

Область техники
Изобретение относится к устройству для оценивания параметра полимерного материала.
Более конкретно, изобретение относится к полимерам, служащим в качестве покрытия стен или труб, особенно на атомных электростанциях.
Изобретение относится, в частности, к измерению одного или более параметров материалов, которые включают (не ограничиваясь ими):
- полимерные покрытия, в типичном варианте в форме лакокрасочных покрытий,
- полимерные компоненты, такие как, например, трубные изделия для транспортирования текучих сред,
- электрические кабели.
Уровень техники
Подобные покрытия или компоненты широко применяются в промышленности, например в ядерных энергетических установках, в очень суровых условиях в отношении температуры и влажности, которые эти покрытия и компоненты должны выдерживать. Правила по безопасности, применимые к ядерным энергетическим установкам, требуют, чтобы герметизирующая способность полимерных лакокрасочных покрытий, нанесенных на внутренние бетонные стены зданий, внутри которых установлены реакторы, выдерживала суровые условия по температуре и влажности. Расслаивание или отслаивание таких покрытий может приводить к засорению и забиванию спринклерной установки, подающей воду путем ее разбрызгивания в виде капель внутри здания реактора, например, при проведении испытаний или в случае аварии, приводящей к высвобождению горячей воды, вызывающему существенное повышение давления и температуры внутри помещения, которое ведет к отслаиванию покрытий, т.е. к ситуации, для борьбы с которой предназначена спринклерная установка.
Указанные требования относятся, в той или иной степени, ко всем материалам на базе полимеров, например к трубам или трубопроводам из так называемых полимеров высокой плотности, если циркулирующие в них текучие среды могут находиться при высокой температуре. В этом случае необходимо проводить соответствующую проверку внутренней поверхности таких труб. Другим примером необходимости мониторинга являются электрические кабели, также использующие полимерные композиции, деградация которых синонимична утрате электроизоляции.
Правила согласно нормативным требованиям и стандартам безопасности, специфичным для каждой отрасли промышленности, требуют от оператора осуществления мониторинга состояния поверхности покрытий (таких как лакокрасочные покрытия) и определенных компонентов (таких как трубопроводы и кабели). Поскольку они имеют полимерную структуру, необходимо применять соответственно адаптированный способ контроля.
Например, в случае покрытий, которые наносятся на внутренние стены зданий ядерных энергетических установок с целью обеспечения функции герметизации, хорошо известно, что визуальные проверки не в состоянии дать оценку в форме параметра (параметрическую характеристику) реального проявления старения, например в форме растрескивания или вспучивания, относительно искомого критерия. Фактически, либо имеет место растрескивание или вспучивание и немедленно ставится диагноз наличия значительной деградации, либо ни один из этих симптомов не проявляется, и оператор не способен дать оценку. Даже если никакой деградации нельзя заметить невооруженным глазом, она, возможно, уже началась внутри микроструктуры тонкого слоя покрытия, что означает ухудшение свойств, синонимичное потере защитных, в частности герметизирующих, свойств. Было показано, что в этих условиях, даже при "здоровом" внешнем виде, покрытие не выдержит бремени значительных кратковременных повышений температуры и влажности, которые могут привести к расслоению нанесенных покрытий, что будет означать для оператора напрасные затраты его усилий.
Поэтому возникает проблема предсказывать подобные ситуации путем соответствующего (пертинентного) оценивания состояния старения даже до проявления начального охрупчивания.
В этой связи оператор ищет способ измерения деградации, который позволяет предвидеть необходимость в регламентных работах в соответствии с заранее установленными критериями деградации и заранее разработанной программой таких работ.
Известен способ контроля покрытий, включающий формирование, на стадии изготовления материала для покрытий, моделирующих брикетов. На эти брикеты наносят полимерное покрытие, после чего их хранят на стеллаже или в шкафу внутри релевантного здания. Данный способ основан на гипотезе, что старение брикетов будет репрезентативным для старения защитных покрытий. Моделирующие брикеты контролируют в аналитической лаборатории, согласно разработанной программе. Это предусматривает регулярное транспортирование (туда и обратно) моделирующих брикетов между местом их хранения и аналитической лабораторией. Такой способ имеет следующие недостатки.
Брикеты иногда теряются или повреждаются при транспортировке, так что для их замены необходимо изготовление реального образца бетонной стены, например находящейся в здании ядерной энергетической установки. Такая операция требует выполнения значительного объема операций, поскольку отверстия, образующиеся при изготовлении образца, необходимо заполнить и нанести на них покрытие.
Степень старения покрытия брикетов не является полностью репрезентативной для старения всего здания.
Еще одна проблема может состоять в проверке присутствия определенного полимера. Например, применительно к рассмотренным условиям задача может состоять в проверке того, что продукт, например формирующий сочленение, является полимерным материалом, указанным в спецификации для зданий реакторов в рассмотренных выше или в других окружающих условиях и, в общем случае, для других промышленных зданий, также в различных окружающих условиях.
Раскрытие изобретения
Изобретение направлено на устранение недостатков, присущих уровню техники, и на преодоление отмеченных выше проблем, связанных с оцениванием параметра полимерного материала посредством устройства и способа, которые должны быть простыми в осуществлении и адаптированными к систематическому детектированию индикатора старения полимерного материала.
В связи с этим первая задача, решаемая изобретением, состоит в разработке устройства для оценивания по меньшей мере одного параметра полимерного материала, которое характеризуется тем, что содержит:
по меньшей мере один источник инфракрасного (ИК) излучения, способный испускать в направлении полимерного материала первое инфракрасное излучение, включающее по меньшей мере одну спектральную линию излучения, имеющую по меньшей мере одну заданную длину волны, соответствующую детектированию по меньшей мере одного индикатора старения полимерного материала,
по меньшей мере один детектор инфракрасного (ИК) излучения, способный принимать второе инфракрасное излучение, отраженное полимерным материалом при облучении его первым инфракрасным излучением, и
модуль для определения параметра полимерного материала как функции по меньшей мере одной линии в составе второго инфракрасного излучения, имеющей заданную длину волны.
Согласно одному варианту осуществления, предложено портативное устройство для оценивания по меньшей мере одной параметрической характеристики полимерного материала, характеризующееся тем, что содержит:
-1
-1
-1
-1
-1
-1
по меньшей мере один источник инфракрасного (ИК) излучения, причем каждый инфракрасный источник способен излучать в направлении полимерного материала спектральную линию, соответствующую максимуму энергии излучения и имеющую длину волны, выбранную из следующих длин волн: 10 мкм, 9,5 мкм, 7,2 мкм, 6 мкм, 3,5 мкм, 2,7 мкм, или волновое число, выбранное из следующих волновых чисел: 1000 см, 1050 см, 1350 см, 1700 см, 2900 см, 3700 см,
по меньшей мере один детектор инфракрасного (ИК) излучения, способный принимать инфракрасное излучение, отраженное полимерным материалом при облучении его спектральной линией, излученной по меньшей мере одним источником инфракрасного (ИК) излучения,
определяющий модуль для определения параметрической характеристики полимерного материала как функции энергии, содержащейся в спектральной линии в составе инфракрасного излучения, отраженного полимерным материалом и принятого детектором инфракрасного (ИК) излучения.
Значения и количество выбранных длин волн были определены авторами изобретения как обеспечивающие детектирование индикатора старения полимерного материала с использованием излучения линии, у которой максимум энергии соответствует одному из значений, перечисленных выше.
Таким образом, изобретение делает возможным определение параметра полимера, основанное на детектировании индикатора старения посредством портативного устройства, простого в осуществлении.
При этом устройство по изобретению устраняет необходимость облучения полимерного материала на всех длинах волн инфракрасного спектра, предусматривая облучение только интересующей линией, соответствующей одной (одному) или более вышеперечисленным длинам волн или волновым числам. Тем самым устраняется необходимость в спектрометре для выделения одной или более длин волн, принимаемых инфракрасным детектором.
Согласно варианту изобретения может иметься несколько инфракрасных источников.
Согласно одному варианту может использоваться несколько спектральных линий.
Согласно другому варианту каждый источник инфракрасного излучения способен излучать в направлении полимерного материала единственную спектральную линию из указанных выше. При этом инфракрасное излучение, отраженное полимерным материалом и принятое детектором инфракрасного излучения при облучении материала излучением, соответствующим испусканию источником инфракрасного излучения (источниками ИК излучения) одной или более из вышеперечисленных спектральных линий, именуется также вторым инфракрасным излучением.
Согласно еще одному варианту спектральная линия представляет собой узкополосное излучение.
Согласно следующему варианту параметрическая характеристика полимерного материала представляет собой наличие и/или содержание в полимерном материале по меньшей мере одного индикатора старения.
Согласно одному варианту параметрическая характеристика полимерного материала представляет собой идентификацию полимера.
Согласно одному варианту каждый источник инфракрасного излучения способен излучать в направлении полимерного материала спектральную линию в форме одного или более временных импульсов.
Согласно конкретному варианту временной (временные) импульс(ы) является (являются) прямоугольным(и).
Согласно одному варианту имеется средство управления для активирования по меньшей мере одного детектора инфракрасного излучения синхронно с временным(и) импульсом (импульсами).
Согласно другому варианту устройство содержит средство управления, обеспечивающее проведение нескольких первых измерений инфракрасного излучения в течение первого заданного временного интервала, входящего во временной интервал или равного временному интервалу, соответствующему длительности по меньшей мере одного импульса, чтобы вычислить оценку первого значения, характеризующего первые измерения, с возможностью вычислить указанный параметр с использованием по меньшей мере первого значения.
Согласно еще одному варианту устройство содержит средство управления, обеспечивающее проведение нескольких вторых измерений второго инфракрасного излучения в течение второго заданного временного интервала, входящего во временной интервал или равного временному интервалу между двумя последовательными импульсами, чтобы вычислить оценку второго значения, характеризующего вторые измерения, с возможностью вычислить указанный параметр с использованием по меньшей мере разности между первым значением и вторым значением.
Согласно следующему варианту устройство содержит также по меньшей мере один элемент ручного управления для запуска по меньшей мере одного источника инфракрасного излучения для излучения им спектральных линий.
Согласно одному варианту по меньшей мере один источник представляет собой по меньшей мере один светодиод инфракрасного диапазона или по меньшей мере один лазерный источник.
Согласно одному варианту по меньшей мере один детектор инфракрасного излучения представляет собой фотодиод или фоторезистор и выполнен с возможностью генерировать фототок в зависимости от принятого им инфракрасного излучения.
-1
-1
-1
-1
-1
-1
Согласно одному варианту устройство содержит по меньшей мере два источника инфракрасного излучения, способных излучать в направлении полимерного материала соответственно две различные спектральные линии, каждая из которых соответствует максимуму энергии излучения и имеет одну из двух длин волн, выбранных из следующих длин волн: 10 мкм, 9,5 мкм, 7,2 мкм, 6 мкм, 3,5 мкм, 2,7 мкм, или одно из двух волновых чисел, выбранных из следующих волновых чисел: 1000 см, 1050 см, 1350 см, 1700 см, 2900 см, 3700 см.
Согласно другому варианту ширина на полувысоте спектральных линий по меньшей мере одного источника инфракрасного излучения меньше или равна 1 мкм.
Согласно еще одному варианту модуль для определения параметрической характеристики полимерного материала содержит по меньшей мере контур или фильтр, или фильтрующий блок для подавления или ослабления постоянной составляющей сигнала, формируемого инфракрасным детектором при приеме инфракрасного излучения.
Согласно следующему варианту модуль для определения параметрической характеристики полимерного материала содержит: усилитель для усиления отфильтрованного сигнала, расположенный после указанного контура или фильтра, или фильтрующего блока; аналого-цифровой преобразователь, расположенный после указанного усилителя и средство обработки и хранения данных для определения параметрической характеристики полимерного материала по цифровому сигналу (цифровым сигналам), сформированному (сформированным) аналого-цифровым преобразователем.
Согласно варианту изобретения определяющий модуль сконфигурирован для вычисления параметрической характеристики полимерного материала как функции по меньшей мере амплитуды детектированного сигнала, полученного от детектора инфракрасного излучения, и инфракрасного излучения, принятого по меньшей мере на одной длине волны и соответствующего по меньшей мере одной спектральной линии.
Согласно одному варианту определяющий модуль сконфигурирован для вычисления параметрической характеристики полимерного материала как функции амплитуды детектированного сигнала, полученного от детектора инфракрасного излучения, и от инфракрасного излучения, принятого по меньшей мере на одной длине волны, соответствующей по меньшей мере одной спектральной линии, относительно амплитуды сигнала излучения, служащего для управления по меньшей мере одним источником инфракрасного излучения так, чтобы указанный источник излучал по меньшей мере одну спектральную линию.
Согласно другому варианту устройство содержит охлаждающий модуль для охлаждения по меньшей мере одного детектора инфракрасного излучения и/или охлаждающий модуль для охлаждения по меньшей мере одного источника инфракрасного излучения.
Согласно еще одному варианту изобретения устройство содержит термостат и электронный блок для автоматической стабилизации температуры, подключенный к охлаждающему модулю для поддержания по меньшей мере одного детектора инфракрасного излучения и/или по меньшей мере одного источника инфракрасного излучения при температуре, заданной термостатом.
Согласно следующему варианту изобретения устройство выполнено в форме пистолета, имеющего рукоятку, прикрепленную к модулю наведения, содержащему на своем переднем конце, удаленном от рукоятки, по меньшей мере один источник инфракрасного излучения и по меньшей мере один детектор инфракрасного излучения. При этом пистолет содержит также по меньшей мере один элемент ручного управления, который предназначен для инициирования излучения по меньшей мере одной спектральной линии по меньшей мере одним источником инфракрасного излучения и который находится вблизи участка, присоединяющего рукоятку к модулю наведения.
Согласно варианту изобретения по меньшей мере один источник и/или по меньшей мере один детектор инфракрасного излучения покрыты по меньшей мере одним наружным блоком, при этом по меньшей мере один источник способен излучать по меньшей мере одну спектральную линию, а по меньшей мере один детектор инфракрасного излучения способен принимать указанное инфракрасное излучение через наружный блок, проницаемый для указанного излучения и повернутый в сторону полимерного материала.
Согласно варианту изобретения устройство содержит позиционирующий выступ для контактирования с указанным полимерным материалом, а у наружного блока имеется наружная дистальная поверхность, которая обращена к полимерному материалу и которая заглублена относительно наружной дистальной поверхности позиционирующего выступа, также обращенной к поверхности полимерного материала.
В своем втором аспекте изобретение предлагает способ оценивания по меньшей мере одного параметра полимерного материала, характеризующийся тем, что включает следующие операции:
обеспечивают испускание по меньшей мере одним источником инфракрасного излучения в направлении полимерного материала первого инфракрасного излучения, характеризующегося присутствием по меньшей мере одной спектральной линии, имеющей по меньшей мере одну заданную длину волны, соответствующую детектированию по меньшей мере одного индикатора старения полимерного материала,
принимают посредством по меньшей мере одного детектора инфракрасного излучения второе инфракрасное излучение, отраженное полимерным материалом при облучении его первым инфракрасным излучением, и
определяют посредством определяющего модуля параметр полимерного материала как функцию по меньшей мере одной спектральной линии в составе второго инфракрасного излучения, имеющей заданную длину волны.
Согласно варианту изобретения предложен способ оценивания по меньшей мере одной параметрической характеристики полимерного материала, характеризующийся тем, что включает следующие операции:
-1
-1
-1
-1
-1
-1
обеспечивают испускание по меньшей мере одним источником инфракрасного излучения в направлении полимерного материала по меньшей мере одной спектральной линии, соответствующей максимуму энергии излучения и имеющей длину волны, выбранную из следующих длин волн: 10 мкм, 9,5 мкм, 7,2 мкм, 6 мкм, 3,5 мкм, 2,7 мкм, или волновое число, выбранное из следующих волновых чисел: 1000 см, 1050 см, 1350 см, 1700 см, 2900 см, 3700 см,
принимают посредством по меньшей мере одного детектора инфракрасного излучения инфракрасное излучение, отраженное полимерным материалом, облученным спектральной линией, испущенной по меньшей мере одним инфракрасным источником, и определяют посредством определяющего модуля параметрическую характеристику полимерного материала как функцию энергии, содержащейся по меньшей мере в одной спектральной линии в составе второго инфракрасного излучения, отраженного полимерным материалом и принятого детектором инфракрасного излучения.
Краткое описание чертежей
Понимание изобретения станет более полным при изучении нижеследующего описания, приводимого, со ссылками на прилагаемые чертежи, только в качестве неограничивающего примера.
Фиг. 1-а схематично иллюстрирует устройство для оценивания согласно варианту изобретения.
На фиг. 1-b представлена часть устройства согласно варианту изобретения.
На фиг. 2 представлена блок-схема части для получения результатов измерений, выполняемых устройством согласно варианту изобретения.
На фиг. 3 представлен график инфракрасной спектральной отражательной способности полимера как функции от волнового числа.
На фиг. 4 представлен временной график сигнала для управления источником инфракрасного излучения устройства согласно варианту изобретения.
На фиг. 5 представлен временной график измерений, выполняемых инфракрасным детектором устройства согласно варианту изобретения.
На фиг. 6 представлена блок-схема устройства согласно варианту изобретения.
Осуществление изобретения
Далее будут рассмотрены варианты устройства 1 для оценивания параметра полимерного материала М и способа оценивания параметра полимерного материала М, осуществляемого посредством этого устройства. Таким параметром могут быть наличие по меньшей мере одного индикатора старения и/или содержание по меньшей мере одного индикатора старения, и/или идентификация полимерного материала М.
Как показано на чертежах, устройство 1 для оценивания параметра содержит один или более источников инфракрасного излучения 101, один или более детекторов инфракрасного излучения 102 и определяющий модуль 2.
Согласно изобретению источник (источники) 101 инфракрасного излучения посылает (посылают) в направлении полимерного материала М первое инфракрасное излучение 111, включающее одну или более спектральных линий излучения с заданными длинами волн, соответствующими детектированию по меньшей мере одного индикатора старения полимерного материала.
Согласно варианту изобретения каждый источник инфракрасного излучения излучает в узкой полосе длин волн, включающей заданную длину волны, так называемую интересующую длину волны, или интересующий пик, соответствующую (соответствующий) индикатору старения полимерного материала М.
Согласно одному варианту источник инфракрасного излучения излучает только по меньшей мере в одном спектральном интервале (полосе) излучения, включающем (включающей) спектральную линию, имеющую заданную длину волны инфракрасного излучения, подходящую для детектирования индикатора старения полимерного материала М.
Согласно одному варианту инфракрасный источник 101 представляет собой светодиод инфракрасного диапазона, излучающий в указанном спектральном интервале излучения, включающем указанную спектральную линию. Этот спектральный интервал излучения может быть, например, представлен гауссианом, центрированным относительно спектральной линии, соответствующей максимуму испускаемой энергии. Таким образом, светодиод может характеризоваться линией и полосой, внутри которой расположена линия.
Согласно другому варианту источник 101 инфракрасного излучения представляет собой лазерный источник, который является, по существу, монохроматическим. В этом случае источник излучает только на заданной длине волны или в спектральном интервале излучения, охватывающем заданную линию и имеющем, по существу, нулевую ширину.
Согласно одному варианту устройство 1 может иметь несущую поверхность 1010, на которой или за которой расположен(ы) источник(и) 101 и/или детектор(ы) 102 инфракрасного излучения и которая должна быть обращена к тестируемому полимерному материалу М. В одном варианте источник(и) 101 и/или детектор(ы) 102 инфракрасного излучения могут быть покрыты по меньшей мере одним наружным блоком 1011, который является проницаемым для первого и второго инфракрасных излучений 111, 112 и расположенным таким образом, что его дистальная сторона 1013 расположена рядом с поверхностью 200 полимерного материала М, не находясь в контакте с ней. Этот наружный блок 1011 пропускает излучение 111 источника (источников) 101 инфракрасного излучения в направлении материала М и от материала М в направлении детектора (детекторов) инфракрасного излучения без каких-либо изменений, за исключением модификации траектории первого и второго инфракрасных излучений 111, 112 вследствие преломления согласно соответствующему закону геометрической оптики, как это показано на фиг. 1-b для этого варианта. Узкий зазор 1014, оставленный между дистальной стороной 1013 и поверхностью 200 полимерного материала М, ограничивает помехи для измерений, обусловленные взаимодействием присутствующего воздуха с инфракрасными излучениями 111 и/или 112, и предотвращает ослабление излучения содержащимся в воздухе кислородом в результате поглощения на определенных длинах волн. Описанный блок может быть изготовлен, например, из германия.
Детектор (детекторы) 102 инфракрасного излучения сконфигурирован(ы) для приема второго инфракрасного излучения 112, отражаемого материалом М (конкретно, его поверхностью 200) при падении на него первого инфракрасного излучения 111 от источника (источников) 101 инфракрасного излучения.
Устройство 1 содержит также определяющий модуль 2 для определения параметра полимерного материала М как функции по меньшей мере одной спектральной линии в составе второго инфракрасного излучения 112, имеющей заданную длину волны.
Если излучение испускается по меньшей мере в одном спектральном интервале (или полосе), заключающем (заключающей) в себе определенную спектральную линию излучения (что соответствует, например, использованию светодиода в качестве источника 101), в отсутствие любого другого источника излучения энергия второго излучения будет заключена в полосе, ассоциированной со светодиодом-источником излучения. Детектор 102 инфракрасного излучения не является селективным по отношению к любой полосе, но интегрирует только энергию, исходящую от источника, например от светодиода. В результате образуется принимаемая полоса излучения.
Согласно одному варианту модуль 2 определяет параметр полимерного материала М как функцию наличия и/или амплитуды второго сигнала, полученного от детектора 102 инфракрасного излучения и соответствующего второму инфракрасному излучению 112 на заданной длине волны (заданных длинах волн), соответствующей (соответствующих) спектральной линии (спектральным линиям).
Определяющий модуль 2 может быть выполнен с возможностью вычисления параметра полимерного материала М как функции вычисленного отношения амплитуды второго сигнала, полученного от детектора 102 инфракрасного излучения (и соответствующего второму инфракрасному излучению 112 по меньшей мере на одной заданной длине волны, соответствующей по меньшей мере одной спектральной линии), к амплитуде первого сигнала, служащего для обеспечения генерирования по меньшей мере одним источником 101 инфракрасного излучения первого инфракрасного излучения 111, содержащего по меньшей мере одну спектральную линию по меньшей мере на одной заданной длине волны.
-1
-1
Согласно варианту изобретения по меньшей мере одну спектральную линию R1, R2, R3, R4, R5, R6 с заданной длиной волны выбирают в интервале длин волн от 2 до 10 мкм, т. е. в интервале волновых чисел от 1000 см до 5000 см. Согласно варианту изобретения ширина на полувысоте по меньшей мере одного спектрального участка В1, В2, В3, В4, В5, В6 излучения, включающего в себя по меньшей мере одну линию R1, R2, R3, R4, R5, R6 с заданной длиной волны, меньше или равна 1 мкм. Согласно другому варианту изобретения ширина на полувысоте по меньшей мере одного спектрального участка В1, В2, В3, В4, В5, В6 излучения, включающего в себя по меньшей мере одну линию R1, R2, R3, R4, R5, R6 с заданной длиной волны, превышает или равна 0,2 мкм и меньше или равна 1 мкм. Как пример, эта ширина на полувысоте по меньшей мере одного спектрального участка В1, В2, В3, В4, В5, В6 излучения, включающего в себя по меньшей мере одну линию R1, R2, R3, R4, R5, R6 с заданной длиной волны, может быть равной 0,2 мкм.
Согласно варианту изобретения, чтобы определить параметр полимерного материала М, заданную длину волны по меньшей мере одной спектральной линии R1, R2, R3, R4, R5, R6 предпочтительно выбирают соответственно равной 6 мкм и/или 9,5 мкм; и/или 3,5 мкм и/или 7,2 мкм; и/или 10 мкм и/или 2,7 мкм.
Согласно варианту изобретения в случае, если параметром является наличие индикатора старения и/или содержание по меньшей мере одного индикатора старения, это наличие и/или содержание определяют по линии (линиям) R1, R2, R3 R4, R5, R6 на заданной длине волны (заданных длинах волн) в составе второго инфракрасного излучения 112 и, как вариант, по инфракрасной спектральной полосе (инфракрасным спектральным полосам) В1, В2, В3, В4, В5, В6 излучения вокруг линии (линий) R1, R2, R3 R4, R5, R6 соответственно.
В случае если параметром является идентификация полимерного материала М, модуль 2 может также содержать средство для проведения сравнения по меньшей мере одной спектральной полосы (В1, В2, В3, В4, В5, В6) излучения вокруг линии (линий) (R1, R2, R3, R4, R5, R6) с заданной длиной волны во втором инфракрасном излучении 112 и по меньшей мере одной зарегистрированной спектральной сигнатуры по меньшей мере одного заранее выбранного полимера, чтобы определить возможность идентификации полимерного материала М как имеющего отношение к данному полимеру.
В случае если параметром является идентификация полимерного материала М, модуль 2 может содержать также средство для проведения сравнения:
- с одной стороны, детектированного сигнала (т.е. отклика) детектора (детекторов) 102 инфракрасного излучения, полученного для второго инфракрасного излучения 112 в полосе (полосах) вокруг линии (линий) на заданной длине волны (заданных длинах волн) (например амплитуды детектированного сигнала на заданной длине волны (заданных длинах волн)), и,
- с другой стороны, одного или более значения характеристики (амплитуды детектированного сигнала и заданной длины волны (заданных длин волн)) спектральной линии (спектральных линий) или спектральных сигнатур, которые были записаны в память модуля 2 и которые были заранее определены для одного или более полимерных материалов, имеющих один или более известных идентифицирующих признаков (например, композицию),
чтобы определить, соответствует (соответствуют) ли спектральная линия (спектральные линии) второго инфракрасного излучения 112 значениям характеристики или спектральным сигнатурам известных материалов.
-1
-1
Приводимые в описании значения в микрометрах соответствуют длинам волн, принадлежащим полосе инфракрасного излучения и чаще используемым изготовителями оптики и оптоэлектронных материалов, а значения в обратных сантиметрах (см) - волновым числам, определяемым как значения, обратные длинам волн, и чаще используемым химиками. Далее, термин "линия" (обозначаемая, как R) соответствует спектральной линии с длиной волны, измеряемой в микрометрах и находящейся в полосе В инфракрасного излучения. Термин "пик" или "интересующий пик" (обозначаемый, как Р) соответствует спектральному пику с волновым числом, измеряемым в см, представляющему собой характеристику интересующего компонента полимерного материала М.
-1
-1
-1
-1
-1
Устройство оценивания 1 по изобретению может быть использовано для всех полимеров (особенно для лакокрасочных покрытий, неопренов, электрических кабелей и т.д.). В частности, спектральная линия у 6 мкм соответствует окислению всех полимеров с образованием карбонилов. Действительно, присутствие карбонила проявляется у 1700 см формированием соответствующего интересующего пика Р1 на первой линии R1 с заданной длиной волны у 6 мкм, находящейся внутри полосы В1 излучения. Однако, например, старение неопренов обусловлено и другими причинами (приводящими также к ухудшению способности выдерживать нагрузку), которые проявляются между примерно 1000 см и примерно 1100 см, т. е. на второй линии R2 с заданной длиной волны примерно у 9,5 мкм или с волновым числом 1050 см, образующей интересующий пик Р2. Третья линия R3 соответствует заданной длине волны примерно у 3,5 мкм, т. е. интересующему пику Р3, локализованному у 2900 см.
-1
В области за 3000 см проявляются другие причины старения, относящиеся к различным вариантам старения всех или некоторых полимеров. Имеется, например, спектральная линия с заданной длиной волны и соответствующая ей полоса, ассоциированные с вариантом старения.
Как пример, концентрация карбонила является индикатором старения, который может быть определен на основе закона Бугера - Ламберта - Бера. Этот физический параметр, который будет играть роль индикатора старения, непосредственно связан с окислительной деградацией.
Независимо от типа компонента или эпоксидного покрытия, поскольку они имеют полимерную структуру, возникновение первых проявлений старения имеет место на уровне структуры материала, на молекулярном уровне. Эксперименты показали, что анализ инфракрасного спектра отражения посредством статистической обработки с использованием функциональной коробчатой диаграммы, которая графически иллюстрирует статистические кривые инфракрасной отражательной способности согласно фиг. 3 (значения по ординате связаны с плотностью), выявляет интересующие пики, характеризующие ухудшение качества полимеров.
Метод на основе коробчатой диаграммы - это статистический метод, использующий коробчатую диаграмму и применимый к функциям, а не к набору скалярных величин.
-1
-1
Обеспечивается соответствие интересующих пиков линиям на инфракрасных частотах, на которых статистическая дисперсия кривых, полученных методом функциональной коробчатой диаграммы, является значительной. Особенно это касается пика Р2 у 1050 см и пика Р4 у 1350 см, связанных соответственно со второй спектральной линией R2 и с четвертой спектральной линией R4 на заданных длинах волн около 9,5 мкм и 7,2 мкм соответственно. Детектор 102, совмещенный с этими участками спектра, характеризует старение. Согласно одному варианту каждый интересующий пик или интересующая линия соответствует спектральному участку, содержащему информацию, пертинентную для детектирования индикатора старения и для оценивания параметра. Было показано, что эта пертинентная информация может быть получена путем статистического анализа методом функциональной коробчатой диаграммы.
Применительно к полимерам, анализируется спектр отражательной способности при облучении излучением в среднем ИК диапазоне. Именно в этой отражательной способности в результате статистического анализа выявляются особые точки или зоны.
-1
Фиг. 3 иллюстрирует пример использования функциональной коробчатой диаграммы. Более конкретно, иллюстрируются изменения отражательной способности для инфракрасного излучения 111, 112 как функции волновых чисел (в см). На фиг. 3 показаны квартили функции плотности, а именно:
1) черная линия - медианная кривая,
2) темно-серая линия - все кривые между функциональными квартилями 25 % и 75 %, т.е. 50 % центральных данных,
3) светло-серая линия - все кривые между 5 % и 95 %, т.е. предельные значения данных без резко отклоняющихся значений (не изображенных на фиг. 3).
-1
-1
-1
При этом на фиг. 3 показаны и отмечены стрелками линии R1, R2, R3, R4, R5, R6, соответствующие интересующим пикам. В частности, на фиг. 3 показаны пятая спектральная линия R5, связанная с пятым интересующим пиком Р5 у 1000 см, что соответствует заданной длине волны около 10 мкм, и вторая спектральная линия R2, связанная со вторым интересующим пиком Р2 у 1050 см, что соответствует заданной длине волн около 9,5 мкм. Данные пики являются соответственно пиками для диоксида кремния и гидролизованного диоксида кремния. Показана также шестая спектральная линия R6, связанная с шестым интересующим пиком Р6 у 3700 см (т.е. на заданной длине волны около 2,7 мкм).
Вышеупомянутый статистический метод использует определенную функцию распределения для всех значений отражательной способности для нескольких или для всех упомянутых длин волн (упомянутых волновых чисел). Согласно варианту изобретения используются по меньшей мере две спектральные линии с различными длинами волн (различными волновыми числами), излучаемые отдельными источниками инфракрасного излучения. Тем самым преодолевается дисперсия в результатах измерений, которая может быть обусловлена состоянием поверхности полимерного материала. Это позволяет более эффективно детектировать степень старения и/или осуществлять идентификацию полимерного материала.
Согласно одному варианту источник инфракрасного излучения характеризуется тем, что излучает в спектральной полосе В, внутри которой находится спектральная линия R, соответствующая локальному максимуму энергии излучения.
Спектральная полоса, излучаемая инфракрасным источником (инфракрасными источниками), может быть выбрана содержащей одну или более спектральных линий R1, R2, R3, R4, R5, R6. В частности, могут быть выбраны по меньшей мере две отдельные спектральные линии.
Согласно одному варианту мониторинг указанных интересующих спектральных линий осуществляют после обработки паразитных сигналов, обусловленных тепловым излучением материалов в этих спектральных полосах, создающим значительный шум, который абсолютно необходимо исключить.
-1
-1
Как показано в примере по фиг. 3, желательно использовать пучок излучения и соответственно измерять его отражение в интервале волновых чисел [1000 см; 4000 см], соответствующем интервалу длин волн [2,5 мкм; 10 мкм]. Этот выбор обусловлен тем, что для длин волн более 10 мкм необходимы дорогостоящие измерительные средства, а на длинах волн менее 2,5 мкм отсутствует пертинентная информация.
Согласно одному варианту используется столько источников 101 инфракрасного излучения, излучающих на заданных длинах волн, соответствующих спектральным линиям, сколько имеется интересующих пиков или линий.
Согласно варианту изобретения источник 101 инфракрасного излучения используется, чтобы посылать первое инфракрасное излучение в первом заданном направлении на полимерный материал М. Например, если источник 101 - это светодиод, он может содержать линзу. При заданном источнике 101 идеальным является такое положение детектора 102, при котором угол, под которым распространяется второе (отраженное), измеряемое инфракрасное излучение 112, равен углу падения первого (посланного) инфракрасного излучения 111, причем вся (или почти вся) отраженная энергия содержится во втором отраженном инфракрасном излучении 112. Таким образом, желательно измерять отражательную способность применительно к зеркальному отражению.
Разумеется, отражение полимерного материала М может быть также диффузным, в пределах полупространства, ограниченного поверхностью 200 полимерного материала и содержащего устройство 1.
Согласно варианту изобретения по меньшей мере один детектор 102 инфракрасного излучения способен принимать, для измерения отражательной способности, инфракрасное излучение, исходящее от полимерного материала М при облучении его первым инфракрасным излучением 111 от источника (источников) 101 инфракрасного излучения. Согласно одному варианту по меньшей мере один детектор 102 инфракрасного излучения способен принимать в составе второго инфракрасного излучения 112 спектральную линию (спектральные линии) R1, R2, R3, R4, R5, R6 на заданной длине волны (заданных длинах волн). Согласно другому варианту по меньшей мере один детектор 102 инфракрасного излучения способен принимать в составе второго инфракрасного излучения 112 полосу (полосы) В1, В2, В3, В4, В5, В6, заключающую (заключающие) в себе спектральную линию (спектральные линии) R1, R2, R3, R4, R5, R6 на заданной длине волны (заданных длинах волн). Детектор 102 инфракрасного излучения принимает, например, в пределах спектрального интервала, заключающего в себе по меньшей мере заданную длину волны (заданные длины волн) и/или спектральную линию (спектральные линии) R1, R2, R3, R4, R5, R6 с заданной длиной волны (заданными длинами волн), и/или спектральную полосу (спектральные полосы), излучаемую (излучаемые) источником (источниками) 101 инфракрасного излучения. По меньшей мере один детектор 102 инфракрасного излучения может быть, например, широкополосным. Согласно одному варианту по меньшей мере один детектор 102 инфракрасного излучения устанавливается на траектории излучения, отраженного (зеркально и/или диффузно) материалом М. По меньшей мере один детектор 102 инфракрасного излучения - это фотодетектор, который может, например, представлять собой фотодиод или фоторезистор. Например, детектор 102 инфракрасного излучения способен генерировать фототок в зависимости от второго инфракрасного излучения 112. Приемный электронный контур принимает аналоговый сигнал, поступающий от детектора 102 инфракрасного излучения.
R
Согласно одному варианту источник(и) 101 инфракрасного излучения способен (способны) посылать в направлении полимерного материала М первое инфракрасное излучение 111 в форме одного или более временных импульсов i, i+1, i+2, которые могут быть, например, прямоугольными, как это показано на фиг. 4. Согласно одному варианту устройство 1 содержит управляющий модуль 12 (см. фиг. 6) для управления источником (источниками) 101 посредством импульсного управляющего сигнала, который может быть, например, прямоугольным и/или периодическим и иметь заданную частоту f повторения, так что источник(и) генерирует (генерируют) первое инфракрасное излучение 111 в форме одного или более временных импульсов, например прямоугольных и/или периодических.
i+1
i+2
i
i+1
Каждый из последовательных временных импульсов i, i+1, i+2, излучаемых источником 101 инфракрасного излучения, может иметь соответствующую заданную длительность (ширину по временной оси, отсчитываемую с момента перехода источника 101 инфракрасного излучения в излучающее состояние)   Начальные моменты Ai, A и A последовательных импульсов i, i+1, i+2 отделены друг от друга временными интервалами T и T соответственно. В промежутках между импульсами i, i+1, i+2, соответствующими первому, включенному состоянию (ON-состоянию) источника 101, он находится во втором, отключенном состоянии (OFF-состоянии), отличном от первого, ON-состояния. В частности, источник находится в OFF-состоянии в интервале между последовательными импульсами i и i+1, имеющем длительность
i
i
i+1
R
Согласно варианту изобретения импульсы i, i+1, i+2 могут повторяться с заданным периодом Т, причем каждый импульс имеет одинаковый период T, т.е. Т=T=T при соответствующей частоте повторения (f=1/T). Согласно одному варианту длительности  всех импульсов могут быть одинаковыми, т. е.
Как пример, .
i
i+1
Разумеется, длительности  различных импульсов могут быть различными. Периоды T и T также могут быть различными.
Такое выполнение позволяет детектировать линии с заданными длинами волн во втором инфракрасном излучении 112, принятом от полимерного материала М, причем даже в присутствии теплового излучения этого полимерного материала. Данное тепловое излучение, которое определяется температурой контролируемого образца (полимерного материала М), испускается постоянно с энергией, которая может превышать (даже в 1000 раз) энергию второго инфракрасного излучения 112, отраженного этим полимерным материалом в узкой спектральной полосе вокруг заданной длины волны спектральной линии (заданных длин волн спектральных линий). Это создает помехи для детектирования второго излучения 112 и, следовательно, для измерения отражательной способности.
Согласно варианту изобретения устройство 1 содержит по меньшей мере один элемент 103 ручного управления (пусковой элемент) для запуска посылки первого инфракрасного излучения 111 по меньшей мере одним источником 101 инфракрасного излучения, например в виде временного импульса или серии временных импульсов i, i+1, i+2. Согласно одному варианту пусковой элемент 103 может поддерживаться в напряженном состоянии посредством соответствующего элемента (например, пружины), чтобы элемент 103 мог возвращаться из своего второго положение ручной активации источника 101 в свое первое (неактивирующее) положение, когда источник 101 не испускает первое инфракрасное излучение 111. Таким образом, пусковой элемент 103 может перемещаться между этими первым и вторым положениями. Для перевода пускового элемента 103 во второе положение, т.е. для запуска посылки первого инфракрасного излучения 111 источником 101, пользователь должен нажать на этот элемент 103 и удерживать его во втором положении. Пусковой элемент 103 может представлять собой кнопку или спусковой механизм.
Согласно варианту изобретения детектор (детекторы) 102 инфракрасного излучения синхронизирован(ы) с источником (источниками) 101, как это проиллюстрировано на фиг. 4, 5 и 6. Устройство 1 или его модуль 2 может содержать средство управления для активирования по меньшей мере одного детектора 102 инфракрасного излучения синхронно с временным(и) импульсом (импульсами) i, i+1, i+2.
Согласно одному варианту управляющий модуль 12 подключен и к источнику (источникам) 101, и к детектору (детекторам) 102 инфракрасного излучения таким образом, что детектор (детекторы) 102 инфракрасного излучения запускается (запускаются) на время генерации временных импульсов i, i+1, i+2 (в течение промежутков  когда источник (источники) находятся в первом состоянии), как это иллюстрируется в примере на фиг. 5 точками, соответствующими измеренным значениям, и выключается (выключаются) с переходом во второе, OFF-состояние, отличное от первого, ON-состояния, в интервалах между временными импульсами i, i+1, i+2.
Согласно другому варианту управляющий модуль 12 подключен и к источнику (источникам) 101, и к детектору (детекторам) 102 инфракрасного излучения таким образом, что детектор (детекторы) инфракрасного излучения 102 запускается (запускаются) на время генерации временных импульсов i, i+1, i+2 (в течение промежутков  когда источник (источники) находится (находятся) в первом состоянии), как это иллюстрируется в примере на фиг. 5 точками, соответствующими измеренным значениям. В дополнение, детектор (детекторы) запускается (запускаются) также и при втором, OFF-состоянии, отличном от первого, ON-состояния, т.е. в интервалах между временными импульсами i, i+1, i+2, как это иллюстрируется в примере на фиг. 5. Согласно конкретному варианту детектор 102 инфракрасного излучения производит несколько измерений второго инфракрасного излучения 112 (проиллюстрированных точками на фиг. 5) в течение каждого импульса i, i+1, i+2.
Как это проиллюстрировано на фиг. 5, согласно варианту изобретения, чтобы вычислить оценку первого значения  характеризующего первые измерения 300 в течение заданного временного интервала  средство 21 управления устройства 1 обеспечивает проведение нескольких первых измерений 300 второго инфракрасного излучения 112 в течение первого заданного временного интервала  входящего во временной интервал  соответствующий первому, ON-состоянию, т.е. импульсу i, или равного  Искомый параметр вычисляется с использованием первого значения
Согласно одному варианту устройства 1, чтобы вычислить оценку второго значения  характеризующего вторые измерения 301 в течение второго заданного временного интервала  средство 21 управления производит несколько вторых измерений 301 второго инфракрасного излучения 112 в течение второго заданного временного интервала  входящего во временной интервал  или равного временному интервалу, соответствующему второму, OFF-состоянию, т.е. временному промежутку между импульсом i и следующим импульсом i+1, или временному интервалу  соответствующему второму, OFF-состоянию, т.е. временному промежутку между импульсом i и предыдущим импульсом i-1, или равного  Искомый параметр вычисляется с использованием второго значения
Согласно конкретному варианту искомый параметр вычисляется из первого значения  и второго значения  например из разности между указанными первым и вторым значениями. Это компенсирует смещения базовой линии измерений 300, соответствующих ON-состоянию, относительно OFF-состояния.
Согласно варианту изобретения первое значение  вычисляется выбором первых измерений 300, отличающихся от этого первого значения  меньше, чем на заданную величину. Согласно этому варианту второе значение  вычисляется выбором вторых измерений 301, отличающихся от этого второго значение  меньше, чем на заданную величину. Этим способом исключаются выбросы (значительные отклонения) в измерениях 300 и 301, отмеченные крестиками на фиг. 5. Согласно варианту изобретения неоднократное проведение измерений в течение импульса i (см. фиг. 5) позволяет уменьшить электронный шум, поскольку по отношению к ним можно осуществить статистическую обработку. Согласно одному варианту первое значение может быть, например, медианным значением первых измерений 300, робастной (выбросоустойчивой) оценкой среднего первых измерений 300 или другой центральной (негауссовской) оценкой. Согласно одному варианту второе значение  может быть, например, медианным значением вторых измерений 301, робастной оценкой среднего вторых измерений 301 или другой центральной (негауссовской) оценкой. Согласно одному варианту после этого производится частотная обработка (посредством фильтра 11) первого значения  или вычисленной разности между первым значением  и вторым значением  чтобы исключить тепловой шум образца М полимера.
Далее, со ссылками на фиг. 2 и 6, будут описаны варианты определяющего модуля 2.
Согласно варианту изобретения устройство 1 содержит извлекающее средство для извлечения из второго инфракрасного излучения 112, принятого от детектора (детекторов) 102 инфракрасного излучения, отклика полимерного материала М на облучение спектральной линией (спектральными линиями) с заданной длиной волны (заданными длинами волн) или полосой, включающей (полосами, включающими) спектральную линию (спектральные линии), излученную (излученные) источником (источниками) 101. Это извлекающее средство содержит, например, один или более элементов, описываемых далее.
Согласно одному варианту устройство 1 содержит по меньшей мере один контур и/или фильтр 11 для подавления или ослабления постоянной составляющей сигнала, формируемого детектором 102 инфракрасного излучения при приеме второго инфракрасного излучения 112. Все тела, температура которых выше абсолютного нуля, испускают, как функцию температуры, излучение, соответствующее закону Планка, характеризующему монохроматическое излучение черного тела как функцию длины волны и абсолютной температуры. При температуре окружающей среды спектральный интервал излучения является более длинноволновым, чем красная область, т.е. невидимым для человеческого глаза. Количество излученной энергии определяется излучательной способностью объекта. Можно ожидать, что спектральный интервал теплового излучения объектов, измеряемых устройством 1, соответствует 1-20 мкм. Поэтому второе инфракрасное излучение 112, принятое детектором 102 инфракрасного излучения, будет содержать постоянную составляющую и альтернативный компонент (второе инфракрасное излучение 112, являющееся откликом на первое инфракрасное излучение 111, включающее заданную спектральную линию (спектральные линии)).
Согласно одному варианту контур и/или фильтр 11 представляют собой по меньшей мере один контур и/или по меньшей мере один фильтр верхних частот, и/или по меньшей мере один полосовой фильтр в составе устройства 1. Это позволяет пропускать только спектральный интервал, соответствующий полезному сигналу, и отрезать тепловое излучение, соответствующее постоянной спектральной составляющей. Разложение в ряд Фурье присутствующего второго инфракрасного излучения 112 дает спектр, образованный постоянной составляющей и соответствующий среднему значению сигнала и набору гармоник, при этом амплитуда изменяется согласно sin(x)/x. Например, фильтр верхних частот может быть фильтром первого порядка. Фильтр верхних частот первого порядка, имеющий частоту среза 1/(2Т), где Т - период повторения временных импульсов, позволяет существенно ослабить постоянную составляющую. Однако постоянная составляющая восстановленного сигнала зависит от коэффициента ослабления фильтра. В рассматриваемом случае эта проблема не является важной, поскольку амплитуда прямоугольного сигнала может быть определена как разность между значительными и слабыми импульсами. На выходе фильтра 11 может быть включен усилитель 10. Усилитель 10 и фильтр 11 верхних частот могут быть использованы для выделения в отфильтрованном сигнале прямоугольного сигнала, сгенерированного излучением 111 источников.
R
R
Для валидации предлагаемой архитектуры получения и обработки импульсных сигналов был создан экспериментальный стенд. В одноканальном прототипе, реализованном в качестве неограничивающего примера, источник 101, образованный светодиодом (СД), управлялся посредством сигнала в форме прямоугольных импульсов с частотой f повторения 4 кГц и с циклическим отношением 20%. В состав стенда входят детектор инфракрасного излучения, светодиод и трансимпедансный усилитель. Задача состояла в генерировании фотодетектором (инфракрасным детектором) прямоугольного сигнала, достаточно малого по сравнению с сигналом, генерируемым тепловым излучением. Использовался СД, генерирующий прямоугольный сигнал. Фототок детектора направлялся в трансимпедансный усилитель. Измеряемая постоянная составляющая генерирует фототок порядка 40 А, что соответствует сигналу, создаваемому тепловым излучением. Затем сигнал проходит через фильтр верхних частот и усиливается, чтобы выделить (восстановить) альтернативный компонент, генерируемый СД. Использование ослабления, равного 12 дБ, частоты среза 0,3 Гц и усиления 1 пА/В позволяет восстановить сигнал (прямоугольные импульсы с частотой f повторения 4 кГц и циклическим отношением 20%), более чем в 1000 раз слабее, чем непрерывный фон. Этот результат обеспечивает валидацию архитектуры одноканального прототипа.
R
Таким образом, вариант устройства по изобретению решает задачу учета шума, обусловленного тепловым излучением. Согласно одному варианту решение заключается в генерировании прямоугольных импульсов излучения с заданной длиной волны и заданной частотой f повторения и в обработке отраженных сигналов, измеренных детектором 102, с использованием преобразования Фурье. Достигаемый эффект состоит в устранении шума, обусловленного тепловым излучением.
Согласно варианту изобретения устройство 1 содержит охлаждающий модуль 13, например модуль Пельтье, для охлаждения детектора (детекторов) 102 инфракрасного излучения и/или охлаждающий модуль 13', например модуль Пельтье, для охлаждения источника (источников) 101. Данные модули охлаждают источник 101 и детектор 102 до стабильной температуры. Следует отметить, что охлаждающий модуль Пельтье имеет небольшие размеры, т.е. делает устройство 1 более компактным.
Каждый из охлаждающих модулей 13, 13' Пельтье состоит из набора термоэлементов. Термоэлемент образован двумя полупроводниковыми компонентами. При подаче непрерывного тока на терминалы охлаждающего модуля 13, 13' Пельтье происходит поглощение тепла, которое переносится к горячей части компонента, создавая эффект теплопередачи от одной стороны модуля 13, 13' к другой.
Согласно одному варианту устройство 1 содержит термостат и электронный блок 9 для автоматической стабилизации температуры (контроллер температуры на основе пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) регулятора). Блок 9 подключен к охлаждающему модулю (охлаждающим модулям) 13, 13', например, к модулю (модулям) Пельтье, для поддержания по меньшей мере одного инфракрасного детектора 102 и/или по меньшей мере одного инфракрасного источника 101 при температуре, заданной термостатом. Например, в типичном варианте контроллер 9 температуры поддерживает температуры СД-источника 101 и детектора 102 вблизи заданного уровня -30°С.
Блок 9 может быть аналоговым или цифровым, причем он может входить в состав системы на кристалле (СнК), например микроконтроллера, контура программируемой логики (вентильной матрицы, программируемой пользователем, ВМПП) или специализированной микросхемы (Application-Specific Integrated Circuit, ASIC).
Согласно одному варианту устройство 1 содержит усилитель 10, расположенный после контура и/или фильтра 11 для усиления отфильтрованного сигнала. Этот усилитель 10 может быть трансимпедансным усилителем.
Согласно данному варианту устройство 1 содержит также аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, расположенный после усилителя 10. Имеется также электронная система для управления и мониторинга АЦП 5. АЦП 5 позволяет генерировать цифровой сигнал, соответствующий отражательной способности полимерного материала М на каждой из заданных длин волн.
Согласно варианту изобретения устройство 1 содержит средство 107 обработки и хранения данных, а также для определения параметра на основе по меньшей мере важности линии с заданной длиной волны (линий с заданными длинами волн) для детектирования сигнала инфракрасного детектора (инфракрасных детекторов), основанного на втором инфракрасном излучении 112, или важности отклика инфракрасного детектора (инфракрасных детекторов) в полосах, включающих в себя линию с заданной длиной волны (линии с заданными длинами волн) во втором инфракрасном излучении 112. В описанном выше примере средство 107 обработки и хранения данных определяет параметр по цифровому сигналу (цифровым сигналам), формируемому (формируемым) аналого-цифровым преобразователем 5, соответствующему (соответствующим) амплитуде определенной линии (определенных линий) и заданной длине волны (заданным длинам волн). Согласно одному варианту средство 107 обработки и хранения данных может содержать, вместо или в дополнение к контуру и/или фильтру 11, модуль для обработки путем преобразования Фурье. Кроме того, это средство 107 может содержать средство 21 управления для проведения описанных измерений и для выбора измерений, как это описано выше.
Согласно одному варианту устройство 1 содержит средство 109 для загрузки компьютерных программ, которое может содержать компьютерные программы для реализации алгоритма описанного определения параметра. Средства 107, 109 могут содержать для этой цели электронную систему загрузки, например микроконтроллер, ВМПП, ASIC и т.д.
Согласно одному варианту устройство 1 содержит позиционирующий выступ 110 для позиционирования источника 101 инфракрасного излучения и детектора 102 инфракрасного излучения, обращенных к участку S полимерного материала М, на который должно падать первое инфракрасное излучение 111 и который должен отражать второе инфракрасное излучение 112, и/или расположенных вблизи него. Согласно одному варианту выступ 110 выполнен таким образом, что наружный блок 1011 расположен на расстоянии от поверхности 200 полимерного материала М, тогда как выступ 110 прилегает к этой поверхности. Например, наружный блок 1011 имеет наружную дистальную поверхность 1013, которая обращена к поверхности 200 полимерного материала М и заглублена относительно наружной дистальной поверхности 113 позиционирующего выступа 110, также обращенной к поверхности 200 полимерного материала М. Например, угол падения первого инфракрасного излучения 111 на поверхность 200 тестируемого полимерного материала М может превышать или равняться 10° или 20° и быть меньше или равным 60° или 70°. Такой угол может обеспечиваться позиционированием позиционирующего выступа 110 и/или наружного блока 1011 относительно этой поверхности 200. Например, угол отражения второго инфракрасного излучения 112 от поверхности 200 тестируемого полимерного материала М может превышать или равняться 10° или 20° и быть меньше или равным 60° или 70°. Такой угол может обеспечиваться позиционированием позиционирующего выступа 110 и/или наружного блока 1011 относительно поверхности 200. В качестве примера, расстояние между инфракрасным источником (инфракрасными источниками) 101 и поверхностью 200 тестируемого полимерного материала М может быть превышающим или равным 1 мм и меньше или равным 10 см, причем оно может обеспечиваться приведением позиционирующего выступа 110 в контакт с поверхностью 200. В качестве примера, расстояние между детектором (детекторами) 102 инфракрасного излучения и поверхностью 200 тестируемого полимерного материала М может быть превышающим или равным 1 мм и меньше или равным 10 см, причем оно может обеспечиваться приведением позиционирующего выступа 110 в контакт с поверхностью 200.
Согласно одному варианту устройству 1 придана форма пистолета 100, который имеет рукоятку 14, прикрепленную к модулю 15 наведения, содержащему на своем переднем конце 16, удаленном от рукоятки 14, источник 101 и детектор 102 (и/или несущую поверхность 1010 и позиционирующий выступ 110, расположенные перед источником 101 и детектором 102 или вблизи него). Пусковой элемент 103 находится, например, вблизи участка 17, присоединяющего рукоятку 14 к модулю 15 наведения пистолета 100. Рукоятка обеспечивает возможность вводить устройство 1 в различные каналы или прикладывать к внутренней поверхности трубы. Разумеется, устройству 1 можно придать любую другую форму, например форму авторучки.
Согласно одному варианту устройство 1 содержит отображающее средство 104 для отображения информации, которая может быть визуальной и/или аудиоинформацией и которая может отображать параметр, такой как, например, наличие индикатора (индикаторов) старения, или указывать на отсутствие индикатора (индикаторов) старения и/или отображать содержание индикатора (индикаторов) старения, и/или отображать идентификацию полимерного материала М. Отображающее средство 104 может представлять собой или содержать, например, экран дисплея. Данное средство 104 может отображать также другие операционные характеристики устройства 1.
Согласно одному варианту устройство 1 может содержать управляющий интерфейс 105, отличный от пускового элемента 103 и представляющий собой, например, управляющую клавиатуру, расположенную, например, на задней поверхности 18, удаленной от источника 101 и детектора 102, например находящейся на участке 17.
Согласно варианту изобретения устройство 1 содержит автономный источник 106 питания, питающий рассмотренные компоненты, включая по меньшей мере источник 101, детектор 102 и модуль 2. Этот автономный источник питания представляет собой, например, перезаряжаемую или неперезаряжаемую аккумуляторную батарею, установленную с возможностью или без возможности удаления. Согласно одному варианту устройство 1 является портативным.
Согласно варианту изобретения устройство 1 содержит коммуникационное средство 108 для передачи внешним устройствам информации о параметре, которая может являться информацией, указывающей на наличие индикатора (индикаторов) старения или информацией, указывающей на отсутствие индикатора (индикаторов) старения, и/или информацией, характеризующей содержание индикатора (индикаторов) старения, и/или информацией, соответствующей идентификации полимерного материала М. Данное средство 108 может соответствовать восходящей и/или нисходящей линии связи с удаленным объектом или удаленной платформой, например с мобильным терминалом (в частности с мобильным телефоном), сервером и т.д.
Согласно одному варианту определяющий модуль 2 устройства 1 содержит один или более микроконтроллеров 19, ВМПП, ASIC для управления различными рассмотренными компонентами.
Как пример, микроконтроллер 19 последовательно выполняет следующие операции:
А - инициирует измерения при нажатии на пусковой элемент 103,
В - контролирует заданную температуру источника 101 и детектора 102,
С - управляет подачей импульсов ON/OFF на источник 101,
D - управляет приемом и хранением результатов измерений, поступающих от преобразователя 5,
Е - управляет частотной обработкой с применением преобразования Фурье для подавления теплового шума → с возвращением источника 101 после этого на операцию С (для выполнения операций С, D, Е и т.д.),
F - после того как сигналы от всех источников 101 будут приняты: отправляет результаты измерений (например 4-х измерений при 4 источниках) средству 107 обработки с целью преобразования результатов измерений в пертинентные данные, характеризующие старение или полимерный материал.
Как пример, чтобы осуществить последовательность измерений, устройство 1 (например, в форме пистолета 100) прикладывают к стене из полимерного материала М, помещая позиционирующий выступ 110 в выбранное положение, и прижимают пистолет 100 к поверхности 200 тестируемого материала М. Затем, в соответствии с принятым протоколом, нажимают на пусковой элемент 103. Тем самым обеспечивается возможность генерирования нескольких импульсов излучения и последующей обработки и хранения полученных данных посредством предназначенного для этого средства 107. При этом результаты измерений сначала отображаются на отображающем средстве 104 с визуальной или аудиоиндикацией того, получен ли результат измерения или нет.
Оператор, снабженный устройством 1, может легко и быстро проводить измерения параметра материала в различных местах. Например, может быть проведена кампания по контролю внутри задания реактора ядерной энергетической установки. Посредством одного и того же устройства можно контролировать разнообразные полимерные материалы М. Результат измерений и/или диагноз старения или идентификация могут отображаться на устройстве 1, т.е. in-situ и в реальном времени. Устройство по изобретению не осуществляет спектральное измерение отражательной способности или характеристик поглощения полимерного материала, так что не требует применения спектрометра, в частности спектрометра с набором фильтров или И К Фурье-спектрометра. Измерительное устройство не требует применения оптических фильтров и механических систем для переключения с одной длины волны на другую. Это позволяет получить портативное устройство, легкое и удобное для проведения измерений, например, внутри труб. Измерительное устройство не содержит подвижных частей и не нуждается ни в каких изолирующих камерах.