Єгоров С. А. Компенсація спотворень при вимірюванні параметрів атомно-емісійних спектрів, зареєстрованих багатоелементними оптичними сенсорами

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії

Державний реєстраційний номер

0823U100562

Здобувач

Спеціальність

  • 104 - Фізика та астрономія

07-09-2023

Спеціалізована вчена рада

ДФ 64.157.004

Інститут радіофізики та електроніки ім. О. Я. Усикова Національної академії наук України

Анотація

Мета роботи - дослідити механізми виникнення спотворень при реєстрації зображень багатоелементними сенсорами, розробити методики компенсації похибок при реєстрації зображень атомно-емісійних спектрів і запропонувати методики визначення параметрів резонансних спектральних ліній у реальних умовах зашумлення сигналу та перетинання спектральних ліній. Об’єкт досліджень – процес атомно-емісійного аналізу елементного складу речовини та способи його удосконалення Теоретичні та практичні результати. Розроблено та створено експериментальну установку для випробування в різних температурних умовах ПЗЗ сенсорів фірми Toshiba TCD1304AP/DG, які найбільш масово поширені в атомно-емісійних спектрометрах. Спектрограф ІСП-51 доповнений системою зсуву зображення спектра на дробну частину пікселя. Створено систему реєстрації, яка реєструє одну й ту саму ділянку спектра, але зсув зарядів у сенсорах здійснюється в протилежному напрямку. Створене програмне забезпечення (ПЗ) для реєстрації спектра, керування обладнанням, зберігання результатів, обробки та видачі даних. Новизна наукових результатів. Розвинуто ідею використання особливостей сигналу ПЗЗ сенсорів для вимірювання температури без застосування окремих температурних датчиків і перевірено таку можливість на прикладі ПЗЗ сенсорів TCD1304AP/DG. Запропоновано авторську методику комплексної компенсації нелінійності ПЗЗ сенсорів з використанням бездатчикового вимірювання температури. Вперше показано практичну можливість розширення динамічного діапазону оптичних багатоелементних сенсорів у декілька разів за рахунок використання ефекту блумінга, який раніше вважався негативним явищем, при реєстрації атомно-емісійних спектрів. Запропоновано оригінальний підхід щодо розв'язання проблеми неповноти даних при підвищенні роздільної здатності багатоелементних сенсорів за рахунок зсуву зображення на дробну частину пікселя, використовуючи особливості атомно-емісійних спектрів. Вперше запропоновано авторську методику вимірювання амплітуди атомно-емісійних ліній з урахуванням апріорних даних щодо апаратної функції спектрографа та апріорно відомих можливих частот випромінювання, яка використовує метод максимальної правдоподібності. Методи досліджень базуються на загальній теорії математичної обробки результатів, а електронні та оптичні прилади розроблені з застосуванням теоретичних методів розрахунку та комп’ютерного й експериментального моделювання. Також використовувались статистичні методи оцінки параметрів шуму. Для оцінки лінійності фоточутливих сенсорів використовувався емпіричний принцип взаємозамінності експозиції та інтенсивності опромінення Бунзена-Роско. Ступінь упровадження. Результати роботи впроваджені на багатьох підприємствах України. Сфера використання. Розроблену в дисертаційній методику обробки можна використовувати при аналізі інтенсивності спектральних ліній.

Публікації

1. Егоров А. Д., Моторненко А. П., Егоров В. А., Егоров С. А., Здор Е. В., Корж В. Г., Скуратовский И. Г. Автоматизированный спектрометр для эмиссионного спектрального анализа // Радиофизика и электроника. 1999. Т. 4, № 3. С. 148–153.

2. Егоров А. Д., Егоров В. А., Егоров С. А., Здор Е. В. Фотометрирование эмиссионных оптических спектров фотодиодными линейками // Радиофизика и электроника. 2002. Т. 7, № 2. С. 422–425.

3. Yegorov A. D., Yegorov V. A., Yegorov S. A. Subpixel Detection of Spectrum Images by Photodiode Structures //Radio physics and radio astronomy. 2009. Т. 14. №. 1. С. 77.

4. Єгоров А. Д., Єгоров В. А., Єгоров С. А., Сінельніков І. Є. Дослідження можливості компенсації ефекта блумінга ПЗЗ-детекторів оптичного спектру // Технологія та конструювання в електронній апаратурі. 2019. № 5–6. С. 8–15.

5. Єгоров А. Д., Єгоров В. А., Єгоров С. А., Синельников І. Є. Дуговий генератор плазми атомно-емісійного аналізатора з цифровим керуванням параметрами розряду // Радіофізика та електроніка. 2020. Т. 25, № 3. С. 78–88.

6. Yegorov, A.D., Yegorov, V.A., Yegorov, S.A. Dynamic Range of CCD Photosensors for Atomic-Emission Analyzers // Journal of Applied Spectroscopythis, 2019, 86(3), pp. 443–448.

7. Егоров В.А., Егоров С.А. Метод снижения шумов при регистрации изображений многоэлементными CCD сенсорами.// 22й Міжнародний Молодіжний Форум “Радіоелектроніка та молодь у ХХІ столітті” ХНУРЕ, 17-19 квітня 2018р, Харьков.

7. Егоров В.А., Егоров С.А. Метод снижения шумов при регистрации изображений многоэлементными CCD сенсорами.// 22й Міжнародний Молодіжний Форум “Радіоелектроніка та молодь у ХХІ столітті” ХНУРЕ, 17-19 квітня 2018р, Харьков.

8. Єгоров С.А., Єгоров В.А., Кривенко О.В., Луценко В.І., Соболяк О.В. Оптимальне виявлення сігналів на фоні стаціонарнихнегаусовіх завад у системах атомно-еміссіонного спектрального аналізу. // "Обробка сигналів і негаусівських процесів" – 2021 (ОНСП-2021), 5-26 травня 2021 р.,Черкаси .

9. Єгоров С.А., Єгоров В.А., Єгоров А.Д., Луценко В.І. Отримання субпіксельної роздільної здатності при реєстрації спектрів атомно емісійного аналізу // "Обробка сигналів і негаусівських процесів" – 2021 (ОНСП-2021), 5-26 травня 2021 р., Черкаси.

10. Егоров А. Д., Егоров В. А., Егоров С. А., Корж В. Г., Моторненко А. П., Скуратовский І.Г. Автоматизированный спектрометр на основе спектрографа ИСП-28 // Авиационно-космическая техника и технология. 2000. Вып. 18. С. 235–241.

11. Егоров В. А., Егоров С. А. Автоматизированный атомно- эмиссионный спектрометр // Наука та інновації. 2008. Т. 4, № 2. С. 33–39.

12. Егоров А. Д., Егоров В. А., Егоров С. А., Еленская Л. И., Синельников И. Е. Исследование температурных эффектов при регистрации спектров фотоэлектрическими детекторами // Вісник НТУУ «КПІ». Приладобудування: збірник наукових праць. 2014. Вип. 48(2). С. 74–80.

13. Єгоров А., Д., Єгоров В., А. and Єгоров С. А.Сінельніков І., Є, Удосконалені методики обробки даних в оптичних спектрометрах // Вчені записки ТНУ імені В.І. Вернадського. - 2019. - Серія: технічні науки. – С. 46-50.

Файли

Схожі дисертації