Способ проверки спектральной чувствительности оптических приборов, неизменности коэффициентов

 

О П И С А Н И Е 2QI726

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Съаз СоВртскив

Сацивлистикеокив

Республик. с Ж! и

Зависимое от авт. свидетельства М

Кл. 421, 9/10

Заявлено 09,1V.1966 (М 1069259/26-10) с присоединением заявки М

Приоритет

Опублико ваио 08.1Х.1967. Бюллетень Хв 18

Дата опубликования описания I,XII.1967

МПК 6 01k

Комитет по делом изооретеиий и открытий при Совете Мииистрое

СССР /ДЯ 536;.521.3:535.232.61 (088.8)

F" /4

/ „ ф

I - А с ту,",:. /

Автор изобретения

Заявитель

Д. Я. Свет

Институт металлургии им. Байкова Академии наук СССР

СПОСОБ ПРОВЕРКИ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ

ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ, НЕИЗМЕННОСТИ КОЭФФИЦИЕНТОВ

ЛУЧ ЕИ С ПУСКАНИЯ И ОТРАЖЕН ИЯ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ

И КОЭФФИЦИЕНТОВ ПРОПУСКАНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ

СРЕДЬ|

Известен способ проверки спектральной чувствительности оптических приборов, в том числе и пирометров, путем использования модулированного излучения эталонного излучателя, по которому коэффициенты лучеиопускания измеряются по абсолютным величинам или по отношениям потоков отраженного излучения. Этот способ позволяет также проверить неизменность коэффициентов лучеиспускания и отражения излучателей, в том числе и недоступных, и коэффициентов пропускания промежуточной среды, однако эти измерения оказываются, достаточно сложными, громоздкими и не обеспечивают необходимой точности.

Описываемый способ лишен этих недостатков и отличается от известного тем, что по значениям потоков температурного излучения в двух или более участках спектра или по величинам, им пропорциональным, определяют величины отношений этих, потоков или их логарифмы, в широких пределах не зависящие от температуры излучателя, и по ним судят о величине и степени неизменности указанных параметров, лричем с целью получения таких отношений, пропорциональные указанным потокам температурного излучения или их фчнкпиям электрические, оптические или механические .величины возводят в степень, показ атель которой равен величине соответствующей эффективной длины волны, или измеряют разности обратных значений ярко=т. ных, цветовых или цветовой и яркостиой температур с помощью электронной, оптической или механической системы, или так выбирают эффективные длины волн для трех или более спектральных яркостей (лучистостей), чтобы суммы частот в числителях и знаменателях соответствующих соотношений были соответственно равны.

При использовании двух спектральных яркостей b (it, Т,- ) и b (i,, T; ) со значениями эффективных длин волн л1 и i: в пределах справедливости формулы Вина для значений напряжений U> и U., в которые приемником или приемниками излучения преобразуются обе яркости, можно написать:

U — -,gb(i,,Т)=К!,= Ь,(i Ò)=Ê! Ct4- ехр .,т

25 С /г=4КЯгТ):К гегЬо(гТ):К-.гИг хР

i.,Т где К вЂ” коэффициент передачи (в том числе

30 усиления) оптикоэлектронного канала, не за201726

Л- Л- .... Л-

11 Ч2 /// 3/12/2 ° ° ° 3/n /1 //2 . " )и )1 )2 .. -)n

i 1. /2 ° ° =-/n

=/14/2 )//

L1, /1 — / 2/ / 1

° — 1 — 1 . 1

/ 1 + / 2 — /3

b (Л 1 Т) б (Л/2Т) . б (Л / Т) б (Л), У ) б (Л)2 ).... b (/ðÄ) l

Т >

L1,2: L1,2

12

65 висящий от номера составляющей спектра и от ее частоты (длины волны), т. е. .= О;

c/< 1, . — коэффициенты спектральной чувствительности прибора;

31, 32 — коэффициенты лучеиспускательной способности излучателя для длин волн Х1 и Х.2, соответственно;

1/о() 1 )), ))/>(от) — соответствующие спектральные яркости для абсолютно черного тела.

Напряжения U1 и U2 необходимо подать на такой функциональный преобразователь, что иа его выходе будет получаться напряжсние L>,2 в в иде: ()(142 2 2 ) е Р—

Л,r — 3 С2

КС„-1 31 >, ЕХР—

Л1T

Показатель степени q следует выбирать таким, чтобы

В этом случае величина LI,2 от значений температуры не зависит:

Л2 — >n >г — Л1 > 2// Л1 Л вЂ” 511)Лt -. > a > г/4

c2 CI 2 К 2

Е1,2 = — 3

Л

4>

Е 1

Таким образом, при наведении пирометра на эталонный излучатель с постоянными значениями в1 и 32, по величине отношения )-1,2 можно проверять постоянство характеристики спектральной чувствительности пирометра, IIo

c ">

-2 величине параметра, . В свою очередь, 1 с помощью пирометра со стабильной спектральной чувствительностью можно проверить в процессе измерения неизменность величины отношения спектральных коэффициентов лучеиспускательной способности 32 /-1.

Так как для многих веществ, в том числе металлов, коэффициенты спектральной лучеиспускательной способности мало зависят от температуры, это существенно расширяет практическое применение описываемого способа, который также можно использовать для достижения поставленной цели и в случае трех и более составляющих:спектра. В этих случаях, наряду с описанным выше функциональным преобразованием, можно применять отношения, произведений составляющих спектра, значения частот которых v; и vj удовлетворяют такому соотношению, что сумма ча."тот компонент, входящих в числитель отношения, равна сумме частот составляющих спектра, образующих знаменатель, т. е. Zv; =Zv

Это отношение будет иметь вид

Очевидно, что при выполнении этих соотношений значения R;,) в пределах приближения закона Вина также не будут зависеть от температуры, и их величина будет определяться

5 как:

Когда число компонент (а) в числителе равно числу компонент знаменателя, отношение

R;) не будет зависеть от коэффициентов иредачи К в оптическом и электрическом каналах, например, для четырех, компонент — 1,,— 1 .— 1 — 1

Л1 +/2 — /3 + /4

20 получим

Р 3 4 41 2 2132

При неравном числе спектральных составляющих в числителе и знаменателе, например, для трех компонент: отношения R/,) будут зависеть от значений К

Можно осуществить и комбинированные отношения с числом компонент, большим двух и возведением в необходимую степень (q) зчачений одной или нескольких из этих KOMIIo35 нвнт.

Для технической реализации способа получения отношений вида L1,2 и R;) не зависящих от температуры, можно использовать различные аналоговые и дискретные вычисли40 тельные устройства. Для ряда задач рациональным является получение логарифмов отношений вида R u L.

В качестве логарифмирующих устройств могут быть использованы, в частности, логариф45 мические логометры, имеющиеся в схемах цветовых пирометров спектрального отношения, и др.

В исследовательской практике описываемый способ можно реализовать, применяя для получения отношений вида L и R, вместо специальных устройств, предварительную градуировку в температурах (ярко стных, цветовых).

Описываемый способ может найти также широкое применение для получения и нформа55 ции о состоянии пропускания промежуточной среды, включая прозрачность различных смотровых окон и др.

Обозначая через т1, с2, т3, т4 коэффициенты пропускания соответственно для длин волн

I>p )i1 Х2, А3 Х4 и п рименяя ра нее,полученные выражения для ) и R, получим отношения типа

Г

).1,2 в виде L1,2

201726

R =R —

Для отношений типа R в виде R

Выше было указано, что для реализации описываемого способа принципиально можно использовать пирометры, предварительно градуированные в условных температурах (например, яркостных или цвеroBblx). По ра1ности обратных значений этих температур можно определять относительные значения исследуемых параметров (лучеиспускательнсй, пропускательной способности, спектральной чувствительности и др.) .

Ниже описывается специальное устройство, предназначенное .для осуществления измерения отношений типа L u R в описываемом способе без всякой температурной градуироьки.

Схема устройства приведена на чертеже.

Температурное излучение от источника 1 через оптическое устройство 2 попадает на монохроматор 8. Потоки монохроматизированного излучения попадают на приемник или на приемники (в зависимости от конкретной конструкции прибора) излучения 4, электрические напряжения с выхода которых U„

U2..., пропорциональные соответствующим спектральным яркостям b1, b2..., усиливаются в усилительном тракте 6 и подаются на функциональный преобразователь 6 и логометр 7.

На выходе последнего формируется необходимая величина отношения вида L или Р., фиксируемая тем или иным типом измерите:иного или регистрирующего прибора 8.

Для исключения зависимости величины L от величины К коэффициента усиления служит встроенныи источник 9, (например, генератор),стандартного напряжения для установления в приборе требуемой величины К,.

Значения 2 и с1 проверяются и устанавливаются по встроенному источнику 10 стандартного температурного излучения. При включении последнего на монохроматор 8, вместо излучения от исследуемого излучателя 1, попадает излучение от встроенного источника 10 стандартного температурного излучения, имеющего стабильные значения коэффициентов лучеиопускательной способности в1р и барр. Таким образом, при наведении прибора на эталонный источник 10 на выходе регистратора 8 должна получаться величина отношения Е,р.

Л р r — 1, — 5 1,5 -2 =20

Lp: C1Ayo 2 1 ° с1 40

Q Yj с2

По значениям L0 проверяется отношение

=.1

Следует заметить, что при отсутствии необходимости отдельной калибровки величины

К, последнюю можно учесть с помощью калибро вки по эталонному источнику 10. Для

60 изменения отношений типа R дополнительная электрическая калибровка общего коэффициента усиления не требуется. Преобразование типа возведения одного из напряжений (например U2) в степень q также не требуется.

Если же в качестве логометрирующей системы используется логарифмический логометр, применяемый в серийных отечественных пирометрах (ЦЭП-2М, ЦЭП-3, ЛЦП-64 и др.), то необходимость в элементе функционального преобразования 6 вообще отпадает.

Необходимо указать, что в обоих случаях определения отношения типа L или типа R описанное устройство может быть использовано в качестве пирометра.

Описываемый способ может быть использован для контроля полноты сгорания и создания оптимального режима горения пламени диагностики .плазмы, для измерения пирометрами излучения истинных температур поверхностей с изменяющимися в процессе измерения значениями лучеиспускательной способности, а также для исследования недоступных излучателей.

Предмет изобретения

1, Способ проверки спектральной чувствительности оптических приборов, неизменности коэффициентов лучеиспускания и отражения излучателей и коэффициентов пропускания промежуточной среды путем измерения интенсивностей излучения в двух или более участках спектра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, упрощения измерительных систем, определяют по соответствующим параметрам, характеризующим потоки температурного излучения в двух или более участках спектра, величины отношений этих потоков или их логарифмы, не зависящие в широких пределах от температуры из. лучателя, и по ним судят о величине и степени постоянства указанных параметров.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, чго, с целью создания необходимых соотношений между функциями потоков температурного излучения, не зависящих от температуры нзлу дателя, значения пропорциональных им электрических, оптических, или механических величин возводят в степень, показатель которой равен величине соответствующей эффективной длины волны, или измеряют разности обратных значений яркостных, цветовых или цветовой и яркостной температуры с помощь1о оптической, механической или электронной системы.

3. Способ по п. 1, orëè÷àloùèéñÿ тем, что необходимые соотношения для трех и более спектральных яркостей (лучистостей) осуществляют при таких эффективных длинах волн, чтобы суммы частот в числителе и знаменателе соответствующих соотношений были соответственно равны.

201726

Редактор А. А. Эйдис

Заказ 3842/!9 Тираж 535 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий прп Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, 2

rr/

rrr /

У

3 ф

)) 1

Составитель И. И. Дубсон

Техред Т. П, Курилко Корректоры: А. П. Татаринцева и Е. Ф. Полионова