Автоматический многоканальный пирометр спектрального отношения

 

Сущность изобретения: устройство содержит разделитель светового потока, выполненный в виде склеенных половинок линз, диаметральные плоскости которых расположены на расстоянии 0,3-1 мм друг от друга. Приемник излучения выполнен в виде фотодиодной матрицы, выходы которой соединены с входами двух компараторов , подключенных к входам вычислительной системы, на выходе которой установлен визуальный индикатор. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИ Ч Е С К ИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 J S/60

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4921074/25 (22) 11.02.91 (46) 23.01.93. Бюл. ¹- 3 (71) Казахский межотраслевой научно-технический центр самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (72) В.Е.Бобров, С.Г,Бычков, И.М.Красников и С.В.Миньков (73) Институт проблем горения (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 178143, кл. G 01 К, 1966.

Изобретение относится к приборам для теплофизических испытаний и может быть использовано для дистанционного измерения температур жидких и твердых материалов.

Известен многоканальный пирометр спектрального отношения, содержащий четыре датчика, каждый из которых содержит объектив, разделитель светового потока, светофильтры, формирователь изображения объекта, фотоприемное устройство, обтюратор, а также фазосдвигающие и усилительно-преобразовательные, маркирующие и стробоскопические устройства точечного импульсного света и механической системы для протяжки фотопленки, Недостатками известного устройства являются малый диапазон измерения температур вследствие узкого динамического диапазона фотоприемного устройства, невысокая точность измерения за счет наличия механической системы, а также

„„5U„„1790743 АЗ (54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПИРОМЕТР СПЕКТРАЛЬНОГО ОТНОШЕНИЯ (57) Сущность изобретения: устройство содержит разделитель светового потока, выполненный в виде склеенных половинок линз, диаметральные плоскости которых расположены на расстоянии 0,3 — 1 мм друг от друга. Приемник излучения выполнен в виде фотодиодной матрицы, выходы которой соединены с входами двух компараторов, подключенных к входам вычислительной системы, на выходе которой установлен визуальный индикатор. 4 ил, сложность устройства и невозможность получения данных о температуре в реальном масштабе времени.

Цель изобретения — упрощение многоканального пирометра спектрального отношения и повышение точности за счет пространственной дискретизации светового потока и регистрации распределейия температур, Для этого в автоматическом многоканальном пирометре спектрального отношения, содержащем последовательно расположенные и оптически согласованные объектив, разделитель светового потока, светофильтры, формирователь изображения объекта, приемник излучения, после объектива установлена система визирования и щелевая диафрагма, разделитель светового потока выполнен в виде склеенных половинок линз, диаметральные плоскости которых расположены на расстоянии 0,3—

1,0 мм друг от друга, а приемник излучения

1790743 выполнен в виде фотодиодной матрицы, выходы которой соединены с входами двух ! компараторов, подключенных к входам вычислительной системы, на выходе которой ( установлен визуальный индикатор. 5

На фиг. 1 схематически изображен . предлагаемый многоканальный пирометр спектрального отношения, на фиг. 2 — разделитель светового потока", выполненный в ! виде разрезной линзы; на фиг, 3 — световой "0 поток на фотодиодной матрице; на фиг. 4— график съема информации с ФДМ (фотодиодной магрицей).

Мног оканальный пирометр (фиг.1) содержит объектив 1, формирующий изображение объекта в плоскости щелевой диафрагмы 3, вырезающей узкую полоску изображения объекта; светоделительное устройство 2 в виде кубика, отводящего часть светового потока на юстировочный окуляр 20

12; разделитель светового потока 4, выполненный в виде разрезной линзы; светофильтры "синий" и "красный" 5,6; формирователь 7 изображения объекта, выполненный в виде линзы, формующей изображения объекта в "синей" и "красной" спектральных составляющих в плоскости приемника излучения 8, выполненного в виде фотодиодной матрицы, например Мф — 16, преобразующей световые сигналы в аналоговые электрические; компараторы 9, преобразующие аналоговые сигналы в дискретные для их дальнейшей обработки в вычислительной системе 10, обрабатывающей полу4енную информацию и выдающие результаты на индикатор 11 в виде четырехзначного числа в градусах Цельсия; окуляр

12 для наводки оптического блока на объект.

В автоматическом многоканальном пирометре спектрального отношения фото- 40 приемное устройство выполнено в виде фотодиодной матрицы (ФДМ), которая позволяет перейти на более точное и качест— венное измерение температур, а также, в отличие от известного устройства, которое 45

1 выдает результат в виде усредненной по площади температуры, дает возможность измерять температуру в каждой точке исследуемого образца, Съем информации с фотоприемного уст- 50 ройства осуществляется не B виде амплитуды аналогового сигнала (преобразованного светового потока), как в известном, а в виде

1 . подсчитайного времени, за которое заряжается ячейка матрицы до установленной величины напряжения U«M>, При таком снятии информации с фотоприемного устройства резко увеличивается динамический диапазон линейки, На фиг, 4 изображен график съема информации с ФДМ, подтверждающий расширение ее динамического диапазона по сравнению с известными.

По оси абсцисс графика откладывают время t, а по оси ординат — напряжение ячейки 0яч, вызванное световым потоком, падающим на нее; Ueac — напряжение насыщения ячейки, U «n. — опорная величина напряжения, которое выбирают таким, что скорость нарастания U><, имеет линейную зависимость от величины светового потока (Ф);

Ф, 42, Ф вЂ” световые потоки, поступающие на каждую ячейку ФДМ от исследуемого образца через всю оптическую систему; т)Лъ,t3 — время, за которое происходит нарастание напряжения на ячейке от светового потока, падающего на ячейку, Из фиг. 1 видно, что скорость нарастания напряжения на ячейке пропорциональна световому потоку Ф, падающему на нее, и обратно пропорциональна времени t.

Температура исследуемого образца рассчитывается по известномуалгоритму по значениям с для световых потоков Ф двух цветов — "красного" и "синего":

Линейность в первом приближении этой зависимости сохраняется в диапазоне

60 дБ и более, что позволяет измерить температуру без перестроек в диапазоне

1500 С и более.

Нижняя граница диапазона зависит от светосилы объектива 1, Так, при использовании объектива, состоящего из обычной линзы диаметром 35 мм, F = 150 мм, нижняя температура равна

10500 С, Компараторы, преобразующие аналоговые сигналы с выходов приемника излучения в цифровые, позволяют расширить диапазон измерения температур и упростить конструкцию, исключив фазосдвигающие цепи, усилительно-преобразовательные устройства, маркирующее и стробоскопическое устройства и точечный импульсный источник света, Замена механического узла фоторегистрации известного многоканального пирометра на вычислительную систему и индикатор в заявляемом пирометре значительно упрощает и удешевляет эксплуатацию прибора и повышает точность измерения температур.

Система визирования, выполненная, например, в виде светоделительного кубика с окуляром, позволяет делить поток излучения на две части, одна из которых поступает на щелевую диафрагму (70-80о энергии светового потока), а другая — на окуляр для визуальной настройки (30 — 20 энергии светового потока), благодаря чему появляется

1790743 возможность измерения температуры локальной области исследуемого объекта.

Разделитель светового потока формирует два световых потока, направляемых на приемник излучения (ФПУ), т,е, осуществляет пространственное разделение светового потока. Предлагаемая конструкция разделителя менее громоздка и боле точна в наведении светового потока на ФПУ, Щелевая диафрагма обеспечивает условия для полного разделения светового потока разрезной линзой, без чего невозможен съем достоверной информации с ФПУ.

Пирометр спектрального отношения работает следующим образом.

Исследуемый образец помещают перед объективом устройства. Тепловой поток, излучаемый исследуемым образцом, проходя через объектив 1 и светоделительный кубик

2, формируется в изображение исследуемой области образца в плоскости щелевой диафрагмы 3, которая вырезает узкую полоску иэображения. Далее полоска светового потока, проходя через разрезную линзу4, разделяется на два расходящихся под небольшим углом световых потока, каждый из которых проходит через свой фильтр 5 или 6, причем светофильтр 5 пропускает более коротковолновую составляющую спектра потоков, а светофильтр 6 — более динноволновую. Линза 7 формирует два изображения полоски изображения исследуемой части образца в полоске ФДМ 8, разделенных некоторым расстоянием (см.фиг.3). Одно изображение в более коротковолновой части спектра — "синее", другое в более длинноволновой — "красное". Сигналы с фотодиодной матрицы 8 преобразуют оптические сигналы в аналоговые электрические и поступают на компараторы 9, преобразующие аналоговые сигналы в

Формула изобретения

Автоматический многоканальный пирометр спектрального отношения, содержащий последовательно расположенные и оптически согласованные объектив, разделитель светового потока, светофильтры, формирователь изображения объектива, приемник излучения, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения точности, после объектива установлена сис5

40 дискретные для дальнейшей обработки в системе 10.

Компараторы 9, на которые одновременно поступают аналоговые электрические сигналы с ФДМ 8 "синей" и "красной" составляющих, выдают высокий уровень по достижению их напряжения Ок л, Момент переключения с низкого уровня на высокий является сигналом окончания подсчета времени накопления заряда ячейкой ФДМ 8.

После прихода последнего иэ двух сигналов с компараторов 9 на вычислительную систему 10 (ВС) она запускает следующий канал

ФДМ 8 по этому же импульсу. Таймеры времени начинают отсчет ВС, ВС одновременно начинает обработку поступивших данных и выдает значение температуры в градусах Цельсия набранного канала (ячейки) на индикатор. Если расчет не укладывается во время считывания информации со следующей ячейки,то новая информация не обрабатывается до тех пор, пока не закончится обработка предыдущей. Потом начинает обрабатываться эта задержанная информация и сниматься с очередного канала и далее, по циклу со всех 16 каналов, а затем повторяется все с первого канала беэ перерыва или с программируемой задержкой, С помощью окуляра 12 объектив пирометра наводят на определенную точку исследуемого образца.

Таким образом, заявляемое техническое решение обладает рядом преимуществ по сравнению с известными, а именно надежностью в эксплуатации; повышением точности измерений 4 — 8 С; упрощением и удешевлением конструкции; повышением удобства работы с устройством. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет расширить диапазон измеряемых температур от

1000 до 3500 С и более. тема визирования и щелевая диафрагма, разделитель светового потока выполнен в виде склеенных половинок линз, диаметральные плоскости которых расположены на расстоянии 0,3 — 1,0 мм одна от другой, а приемник излучения выполнен в виде фотодиодной матрицы, выходы которой соединены с входами двух компараторов, подключенных к входам вычислительной системы, на выходе которой установлен визуальный индикатор.

1790743

Фиг/

Редактор Т.Иванова

Корректор О.Юрковецкая

Заказ 373 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 !

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

1 Z 3

Составитель В.Бобров

Техред М.Моргентал