Устройство для измерения температуры

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее генератор электрических колебаний, ультразвуковой излучатель, подключенный к генератору, теневой прибор оптическая ось которого перпендикулярна оси ультрэзвукового излучателя, и регистрирующую аппаратуру, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены матрица фотоприемников, установленная в области образования i .теневой картины теневого прибора, оптическая решетка, установленная .перед матрицей фотоприемников, многоканальный управляемый фильтр электрических колебаний, многоканальный фазометр и микропроцессор, ;при этом выходыматрицы фотоприем НИКОВ через многоканальный управ:ляемый фильтр соединены смнoгoкa:нaльным фазометром, выходы которого через микропроцессор соединены с регистрирующей аппаратурой, а управляющий вход многоканального управ ляемого фильтра электрических колебаний соединен с выходом генератора с S электрических колебаний, причем штрихи оптической решетки наттравле (/) ны вдоль-матрицы фотоприёмников перпендикулярно оптической оси теневого прибора, а расстояние кюжду центрами ;фотоприемников матрицы равно шагу оптической решетки. i J X г 00 Об ОР

1 (19) (11) союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А.. $(59 0 01 К 13/02

/ с, f.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

ГОСУДМ СТЕЕННЫй КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.:1

t :ж

"" аь" (21) 3394907/18-10 (22) 11.02.82 (46) 15.09.83. Вюл. Р 34 (72) 10.Н.Власов и В.Н.Арсеньев (53) 536.5(088.8) (56) 1. Гершгал Д.A. и др . Ульт1 азвуковая технологическая аппаратура.

М., "Энергия, 1976, с. 310.

2. Авторское свидетельство СССР

У 678343, кл. 0 01 К 13/02, 1977 (прототип). у / (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее генератор

-электрйческих колебаний, ультразвуковой излучатель, подключенный к генератору, теневой прибор оптическая ось которого перпендикулярна оси ультразвукового излучателя. и регистрирующую аппаратуру,.о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены матрица фотоприемников;, ус ановленная в области образования=:- теневой картины теневого прибора, оптическая решетка, установленная перед матрицей фотоприемников, мновЂ:.- гоканальный управляемый фильтр ,- электрических колебаний, многоканальный фазометр и микропроцессор, .- -.при этом выходы матрицы фотоприем.:- . ников через многоканальный управ, ляемый фильтр соединены с многока: :.нальным фазометром, выходы которого . . через микропроцессор соединены с регистрирующей аппаратурой, а уп..-: равляющий вход многоканального управ

:ляемого фильтра электрических коле,.- баний соединен с выходом генератора электрических колебаний, причем штрихи оптической решетки направле, ны- вдоль матрицы фотоприемников перпендикулярно оптической оси теневого прибора, а расстояние между центрами фотоприемников матрицы равно шагу оптической решетки.

1041883

1

4 5

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений полей температуры в реальном масштабе времени бесконтактными оптическими и акустическими средствами.

Известны акустические термометры работа которых основана на измерении скорости звука в среде (1) .

Недостатком акустических термо. метров является интегральный (вдоль акустического луча1 характер измерений температуры и невозможность измерения полей температур.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения температу-. ры, содержащее генератор электрических колебаний, ультразвуковой излучатель, подключенный к генератору, теневой прибор, оптическая ось которого ортогональна оси ульт-, развукового излучателя, и регистрирующую аппаратуру Я .

В известном устройстве с помощью теневого прибора осушествляется визуализация акустических волн. По полученной теневой картине определяют длину и скорость звука в различных областях вдоль акустического луча, по которым судят о поле температур в исследуемой среде.

Недостатком такого устройства является необходимость длительной обработки получаемых результатов и невысокая точность измерений, связанные с необходимостью проявления фотоматериала и измерением линейных величин (длин волн ультразвука) на полученных негативах.

Целью изобретения является повышение точности.измерения температуPbl i

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее генератор электрических колебаний, ультразвуко- вой излучатель, подключенный к генератору, теневой прибор, оптическая ось йоторого перпендикулярна оси ультразвукового излучателя, и регистрирующую аппаратуру, введены матрица фотоприемников, установленная в области образования теневой картины теневого прибора, оптическая решетка, установленная перед матрицей фотоприемников, многока« нальный управляемый фильтр электрических колебаний, многоканальный фазометр и микропроцессор, при этом выходы матрицы фотоприемников через многоканальный управляемый фильтр соединены с многоканальным фазометром, выходы которого через микропроцессор соединены с регистрирую" щей аппаратурой, а управляющий вход многоканального управляемого фильтра электрических колебаний соединен с выходом генератора электрических колебаний, причем штрихи оптической решетки направлены вдоль матрицы фотоприемников перпендикулярно оптической оси теневого прибора, а расстояние между центрами фотоприемников матрицы равна шагу оптической решетки.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

10 устройство содержит генератор электрических колебаний 1, ультразвуковой излучатель 2, подключенный к выходу генератора 1, теневой прибор 3-7, оптическая ось которого

15 ортогональна оси ультразвукового излучателя 2. Теневой прибор выполнен в виде источника света 3, передающей оптической системы 4, приемной оптической системы 5, нотр жа Фуко и объектива 7.

В плоскости образования тенеВой картины теневого прибора 37 установлена оптическая решетка

8, перекрывающая матрицу 9 фотоприемников ° Выходы матрицы фотоприемников подключены ко входу многоканального управляемого фильтра электрических колебаний

10, выходы которого подключены ко входам многоканального фазометра

11, причем выход первого фотоприемника матрицы 9 соединен через. фильтр 10 с первым входом первого канала фаэометра 11, выход второго фотоЕ приемника .- со вторым входом первого канала фаэометра 11 и первым входом

его второго канала,. выход третьего фотоприемника — со вторым входом второго и первым входом третьего канала фазометра 11 и т.д. Выходы многоканального фазометра 11 соединены со входами микропроцессора 12, а выход последнего - с регистрирующей аппаратурой 13..

Управляющий вход многоканального управляемого фильтра 10 соединен с выходом генератора электрических колебаний 1. Расстояние между цент-. рами фотоприемников матрицы 9 рав« но шагу оптической решетки 8. При этом каждому светопропускающему участку. решетки 8 соответствует свой фотоприемник матрицы 9.

Направление решетки 8 перпендикулярно оптической оси теневого прибора (в плоскости чертежа).

Устройство работает следующим . образом. .Включают генератор 1 и ультразвуковой излучатель 2. В исследуемой среде распространяется ультразвуковая волна 14, у которой расстояния между гребнями Л различны, если температура среды вдоль акустического луча отличается от гребня к гребню.

1041883 р у р уко .5 . вой волны на базе измерения (1) - LN.

При этом ем- ьм

1 ñ;01-„„j с;(к,Мдк-с,. (з) о

Теневой прибор 3-7 позволяет визуализировать ультразвуковую волну

14 в виде темных и светлых полос, распространяющихся в плоскости чертежа сверху вниз со скоростью С, зависящей от температуры газа с "фтТр „ где у — отношение удельных тепло костей;, R — универсальная газовая .по тоянная; з - молекулярная масса тела.

Для измерения скоростей звука в различных точках вдоль акустического луча служит матрица 9 фотоприемников, перекрытая оптической решеткой 8.Частота генератора 1 выбирается такой, чтобы с одной стороны расстоянйе между теневыми изображениями гребней ультразвуковой волны 14 было по крайней мере на порядок больше шага решетки 8, а: с друГОЙ стороны - меньше характерного размера неоднородностей температуры вдоль акустического луча.

Двигаясь вдоль матрицы фотоп иемнихов 9, иэображение ультразв— новой волны поочередно выэывае, перераспределение освещенносте на соседних фотоприемниках и на выходах последних возникает посю/едовательность синусоидальных олй-. баний, сдвинутых между собой по фа дФ; =СОЬЬ С а ).М С, ЬС„Щ

: где (д = 21tg - частота генератора 1;

) — шаг решетки 8;

М - масштаб изображения теневого прибора 3-7

С вЂ” .Фазовая скорость ультразвуко- вой волны при температуре

То»

ЬС(1) — средняя пульсационная составляющая ско ости льт азв

Частота гармонических электричес ,ких колебаний на выходах фотоприемников равна частоте генератора 1, 15. поэтому управляемый многоканальный фильтр 10 позволяет в максимальной степени исключить влияние помех и повысить соотношение сигнал - шум . и стабильность работы многоканаль-. ного фазометра 11.

Микропроцессор 12 обрабатывает полученную информацию согласно алгоритму, определяемого по формулам (Ц - (3) .

Регистрирующая аппаРатуРа 13, выполненная в виде многоканального самописца HJIM вибраторного осциллографа, позволяет регистрировать

:.."! временные изменения температуры одновременно в нескольких, точках

Зб исследуемой среды, Предлагаемое устройство для измерения температуры исследует поля температур в реальном масштабе времени и позволяет исключить

35 субъективные погрешности при обра.ботке результатов измерений, т.e. .повысить точность исследований по

:.сравнению с прототипом. Составитель В.Голубев

Редактор С. Тимохина Техред Й. Гайду Корректор,В. Бутяга

Ю»» I»

Заказ 7116/42 Тираж 873 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,"Раушская иаб., д. 4/5

» М @»Ф

Филиал ППП "Патент", r-. Ужгород, ул. Проектная, 4