Телевизионное устройство для измерения температуры объектов

 

Изобретение относится к технике телевидения и тепловидения. Целью изобретения является повышение точности измерения температуры и расширение динамического диапазона измеряемых температур, а также обеспечение возможности одновременного измерения геометрического размера объекта. Телевизионное устройство для измерения температуры объектов содержит преобразователь свет - сигнал 1, представляющий собой матричный фотоприемник 2 с регистрами сдвига 3 и 4, видеоусилитель 5, фильтр 6 нижних часток, амплитудный детектор 7, блок выборки - хранения (БВХ) 8, блок сравнения 9, блок преобразования сигнала в виде широтно-импульсного модулятора 10, блок синхронизации 11, блок задания порогового уровня 13, триггер 14, первый измерительный блок 15, состоящий из элемента И 16 и счетчика 17, а также оптическую систему 21. Из сигнала с выхода модулятора 10 и с второго выхода блока 11 триггер 14 формирует интервал задержки, соответствующий времени накопления и пропорциональный температуре объекта. Устройство отличается введением компаратора 12 и второго измеретельного блока 18, состоящего из элемента И 19 и счетчика 20. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технике телевидения и тепловидения и может быть использовано для контроля температуры и геометрических размеров самосветящихся объектов в системах автоматизации технологических процессов, в частности для измерения температуры и диаметра раскаленных труб при их производстве. Целью изобретения является повышение точности измерения температуры и расширение динамического диапазона измеряемых температур, а также обеспечение возможности одновременного измерения геометрического размера объекта. На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема телевизионного устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы. Телевизионное устройство для измерения температуры объектов содержит преобразователь свет-сигнал 1, представляющий собой, например, матричный фотоприемник 2 (например из фотодиодов) с регистрами сдвига 3 и 4, видеоусилитель 5, фильтр 6 нижних частот, амплитудный детектор 7, блок выборки-хранения 8, блок сравнения 9, блок преобразования сигнала в виде широтно-импульсного модулятора 10, блок синхронизации 11, компаратор 12, блок задания порогового уровня 13, триггер 14, первый измерительный блок 15, состоящий из элемента И 16 и счетчика 17, второй измерительный блок 18, состоящий из элемента И 19 и счетчика 20, а также оптическую систему 21. Телевизионное устройство для измерения температуры объектов работает следующим образом. Изображение контролируемого объекта проецируется с помощью оптической системы 21 на фоточувствительную поверхность матричного фотоприемника 2. Световой поток от контролируемого объекта 22 вызывает изменение уровня выходного тока преобразователя свет-сигнал 1, вследствие чего распределение выходных сигналов при считывании во времени пропорционально пространственному распределению интенсивности света по поверхности преобразователя свет-сигнал 1 (по поверхности матричного фотоприемника 2). Для работы матричного фотоприемника 2 блок синхронизации 11 формирует три импульсные последовательности: высокочастотную (фиг. 2а), поступающую на третий выход блока синхронизации; низкочастотную со скважностью 2 (по сравнению с первой частотой меньше в 50-100 раз), которая с первого выхода блока синхронизации подается к управляющим входам регистров сдвига 3 и 4 (фиг. 2б); сигнал запуска стирания Ф_зап.ст. (фиг. 2в), который с второго выхода блока синхронизации 11 подается на информационный вход регистра сдвига 3 (стирания), а также на вход широтно-импульсного модулятора 10. На выходе широтно-импульсного модулятора 10 образуется импульсная последовательность сигнала запуска считывания Ф_зап.сч. задержанная на интервал времени накопления Т_н матричного фотоприемника 2 (фиг. 2г), которая подается на информационный вход регистра сдвига 4 (считывания). Подача этих сигналов на соответствующие входы преобразователя свет-сигнал 1 обеспечивает подачу "единицы" в регистр сдвига 3 (стирания) и продвижение ее вдоль регистра для приведения уровней сигналов ячеек матричного фотоприемника 2 в исходное состояние; подачу "единицы" в регистр сдвига 4 (считывания) и продвижение ее вдоль регистра для последовательного подключения каждой ячейки матричного фотоприемника 2 к выходу преобразователя свет-сигнал 1. При продвижении "единицы" по регистрам сдвига 3 и 4 осуществляется последовательный опрос (стирание и считывание) каждой ячейки матричного фотоприемника. При этом промежуток времени между подачей импульсов стирания и считывания определяет время накопления Т_н соответствующих элементов матричного фотоприемника 3, а следовательно, чувствительность преобразователя свет-сигнал. Считанный с ячеек матричного фотоприемника 2 токовый сигнал подается на видеоусилитель 5, который преобразует токовые сигналы в соответствующие напряжения. Дискретно-аналоговый видеосигнал с выхода видеоусилителя 5 (фиг. 2д) подается на фильтр 6 нижних частот. Отфильтрованный интерполированный аналоговый видеосигнал с выхода фильтра 6 (фиг. 2е) подается на один вход компаратора 12 и на вход амплитудного детектора 7. На выходе компаратора 12 формируется прямоугольный импульс (фиг. 2ж), равный по ширине видеоимпульсу на выходе фильтра 6 при амплитуде 0,5 от максимальной, что достигается установкой коэффициента передачи амплитудного детектора 7, равного 0,5. Таким образом сформирован измерительный сигнал, длительность которого пропорциональна размеру проекции изображения контролируемого объекта 22 на фоточувствительной поверхности матричного фотоприемника 2. Во втором измерительном блоке 18 этот измерительный импульс заполняется высокочастотными тактовыми импульсами, в результате чего определяется размер контролируемого объекта 22 (фиг. 2з). Температура контролируемого объекта 22 измеряется на основе закона Стефана-Больцмана Ф = ε(T)˙σ˙T⁴где Ф - величина энергии, излучаемой поверхностью нечерного тела; ε(Т) - излучательная способность; σ- постоянная Больцмана. Определив интенсивность суммарного потока излучения объекта, можно найти соответствующую этому потоку температуру. Изображение раскаленного самосветящегося объекта проецируется на фоточувствительную поверхность матричного фото- приемника, вызывая выходной ток, равный I = К˙Е, где К - коэффициент фоточувствительности фотоприемника; Е - осве- щенность. Суть измерений заключается в том, что с помощью порогового значения U_пор задают выходной ток матричного фотоприемника, исходя из необходимого диапазона измерения температуры. Затем измеряют текущее значение выходного тока I_т фотоприемника, соответствующее текущему уровню освещенности. Изменяя коэффициент фоточувствительности К, характеризующийся временем накопления Т_н, на величину ΔК, приводят текущее значение тока I_т к заданной величине так, чтобы I_зад = I_т. Тогда текущее значение освещенности фотоприемника можно определить из соотношения Е = I_зад/(К±ΔК). Чувствительность преобразователя свет-сигнал регулируется различными способами в зависимости от его типа. В случае использования фотодиодного матричного фотоприемника чувствительность регулируется изменением времени накопления Т_н. Время накопления связано с освещенностью матричного фотоприемника следующим образом: чем больше освещенность, тем меньше время накопления Т_н (фиг. 2и). Таким образом, измеряемая температура объекта связана с U_пор и Т_н. Величина опорного напряжения U_пор определяет диапазон регулирования чувствительности и, следовательно, измерения температуры. Переключая U_пор, можно изменять диапазон измерения температуры. При этом диапазон регулирования чувствительности остается неизменно большим по сравнению с диапазоном изменения выходного сигнала с учетом темновых геометрических шумов. При измерении температуры контролируемого объекта сигнал с выхода амплитудного детектора 7 поступает на БВХ 8, где запоминается при приходе переднего фронта очередного импульса Ф_зап.сч. Уровень напряжения с выхода БВХ 8, соответствующий максимальному уровню видеосигнала подается на второй вход блока сравнения 9, на первый вход которого подается опорный уровень, выбранный указанным выше образом, с блока задания порогового уровня 13. Сигнал результата сравнения с выхода блока сравнения 9 поступает на управляющий вход широтно-импульсного модулятора 10. Уровень напряжения с блока сравнения 9 определяет время накопления Т_н. Поскольку существует однозначная зависимость между уровнем напряжения на выходе преобразователя свет-сигнал (уровнем освещенности ячеек матричного фотопри- емника) и временем накопления Т_н, то длительность импульса задержки, формируемого широтно-импульсным модулятором 10 (фиг. 2б, в), несет информацию о температуре контролируемого раскаленного объекта 22. Из сигнала с выхода широтно-импульсного модулятора 10 и с второго выхода блока синхронизации 11 триггер 14 формирует интервал задержки между импульсами Ф_зап.ст и Ф_зап.сч., соответствующий времени накопления Т_н и пропорциональный температуре объекта. Этот интервал измеряется в первом измерительном блоке 15 с помощью элемента И 16 и счетчика 17. Таким образом в устройстве осуществляется измерение температуры и размера раскаленного объекта. (56) Авторское свидетельство СССР N 786062, кл. Н 04 N 5/33, 1978.

Формула изобретения

1. ТЕЛЕВИЗИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБЪЕКТОВ, содержащее последовательно соединенные преобразователь свет-сигнал, видеоусилитель и фильтр нижних частот, последовательно соединенные блок задания порогового уровня, блок сравнения и блок преобразования сигнала, а также амплитудный детектор, первый измерительный блок и блок синхронизации, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму управляющим входам преобразователя свет-сигнал, а третий выход - к тактовому входу первого измерительного блока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры и расширения динамического диапазона измеряемых температур, введены триггер и блок выборки-хранения, вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, а выход подключен к второму входу блока сравнения, причем блок преобразования сигнала выполнен в виде широтно-импульсного модулятора, выход которого подключен к управляющему входу первого измерительного блока, управляющему входу блока выборки-хранения, первому входу триггера и входу регулировки чувствительности преобразователя свет-сигнал, выход фильтра нижних частот подключен к входу амплитудного детектора, первый и второй выходы блока синхронизации подключены к соответствующим управляющим входам широтно-импульсного модулятора, второй выход блока синхронизации подключен к второму входу триггера, выход которого подключен к информационному входу первого измерительного блока. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что для обеспечения возможности одновременного измерения геометрического размера объекта, температура которого измеряется, введены последовательно соединенные компаратор, первый вход которого подключен к выходу фильтра нижних частот, второй вход - к выходу амплитудного детектора, и второй измерительный блок, тактовый вход которого подключен к третьему выходу блока синхронизации, а управляющий вход - к выходу широтно-импульсного модулятора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2