Датчик пирометра спектрального отношения

 

Изобретение относится к оптической пирометрии и предназначено преимущественно для измерения температуры продуктов сгорания в факеле ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ) при стендовом испытании. Датчик включает в себя объектив 1, приемник излучения 2, неподвижные отражающие зеркала 3 и 4, светофильтры 5 и 6, конденсор 7, диафрагму 8 и обтюратор - наклонное малогабаритное отражающее зеркало 9, закрепленное на валу 10 малогабаритного быстроходного двигателя 11. Угол наклона зеркала выбирается из условия, что луч, отражаемый обтюратором, должен попасть на отражающую поверхность сферического зеркала 3. Поток излучения от нагретого тела проходит через объектив 1, диафрагму 8, конденсор 7 и падает на обтюратор-зеркало 9, которое в двух положениях за каждый оборот вала 10 двигателя 11 отражает поток с помощью отражающих сферических зеркал 3 и 4 на приемник излучения 2. При этом в одном положении обтюратора-зеркала 9 поток отражается от сферического зеркала 3 и фокусируется на приемник излучения 2 через светофильтр 5, в другом положении - через светофильтр 6. Техническим результатом является увеличение объема температурной информации, получаемой за одно испытание РДТТ, за счет повышения быстродействия и надежности датчика при работе в условиях значительных вибраций и перегрузок, создаваемых работающими РДТТ. 1 ил.

Изобретение относится к области оптической пирометрии и предназначено преимущественно для измерения температуры продуктов сгорания в факеле ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ) при стендовом испытании.

Известны датчики одноканальных пирометров спектрального отношения ЦЭП-3, ЦЭПИР-010, "Веселка" - 1, 2, 3, 4, 5, 6 [1], содержащие объектив, обтюратор со светофильтрами, двигатель обтюратора, полевую диафрагму, приемник излучения и усилитель сигнала приемника излучения.

Указанные датчики являются малоэффективными, так как при испытаниях РДТТ с малым временем работы (от 0,1 с до нескольких секунд) не обеспечивают получения требуемого объема температурной информации из-за низкого быстродействия, обусловленного пониженной допустимой частотой вращения громоздкого обтюратора с закрепленными на нем светофильтрами. Кроме того, при больших размерах обтюратора датчик пирометра имеет большие габариты, а также низкую надежность при работе в условиях повышенных вибраций и перегрузок, создаваемых испытываемыми РДТТ.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является датчик однолучевого двухканального цветового пирометра с одним фотоэлементом, содержащий зеркальный обтюратор с электродвигателем, установленный под углом 45 град. к направлению светового потока, находящиеся за обтюратором отражающие зеркала (призмы), с установленными за ними светофильтрами, образующие в совокупности два оптических канала. Обтюратор выполнен с секторными окнами, одно из которых открыто, а второе закрыто зеркалом, обращенным отражающей поверхностью к объективу и попеременно направляющим весь световой поток через каждый из двух оптических каналов в одну точку под одинаковым углом к поверхности фотокатода чувствительного элемента [2].

Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым изобретением, - объектив и чувствительный элемент, между которыми размещены наклонно установленный по отношению к оптической оси объектива обтюратор с электродвигателем, отражающие зеркала (призмы) и светофильтры.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании датчика пирометра, принятого за прототип, относятся громоздкость обтюратора, который снабжен двумя секторными окнами, значительные габариты датчика пирометра как вследствие громоздкости обтюратора, так и из-за наклона геометрической оси вала двигателя к оптической оси объектива. Перечисленные причины не позволяют достичь высокого быстродействия датчика пирометра (при больших частотах вращения громоздкий обтюратор может разрушиться под действием центробежных сил) и снижают надежность конструкции датчика при работе в условиях повышенных вибрации и перегрузок.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Изобретение направлено на увеличение объема температурной информации, получаемой за одно испытание РДТТ. Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении быстродействия и надежности датчика пирометра спектрального отношения при работе в условиях значительных вибраций и перегрузок, создаваемых работающими РДТТ.

Указанный технический результат достигается тем, что датчик пирометра спектрального отношения содержит объектив, приемник излучения, диафрагму, зеркальный обтюратор, закрепленный на валу двигателя и установленный под углом к направлению светового потока, два отражающих зеркала, образующие оптические каналы, и светофильтры. Отражающие зеркала выполнены сферическими, первое по ходу луча отражающее зеркало - с отверстием в центре. Обтюратор выполнен в виде малогабаритного зеркала, например плоского, и установлен в фокусе первого по ходу луча отражающего зеркала, приемник излучения установлен в фокусе второго отражающего зеркала. Элементы датчика расположены на одной геометрической оси, совпадающей с оптической осью объектива, в следующей последовательности: объектив, диафрагма, отражающее зеркало с отверстием, конденсор, обтюратор, двигатель обтюратора, приемник излучения и отражающее зеркало, а светофильтры размещены между отражающими зеркалами в оптических каналах.

Признаки, отличительные от прототипа, - выполнение отражающих зеркал сферическими, причем одного из них - с отверстием в центре, выполнение обтюратора в виде малогабаритного зеркала, например плоского, и установка его в фокусе первого по ходу луча отражающего зеркала; установка приемника излучения в фокусе второго отражающего зеркала, расположение всех элементов датчика на одной геометрической оси, совпадающей с оптической осью объектива, в следующей последовательности: объектив, диафрагма, отражающее зеркало с отверстием, конденсор, обтюратор, двигатель обтюратора, приемник излучения и отражающее зеркало, а также размещение светофильтров между отражающими зеркалами в оптических каналах.

Выполнение обтюратора в виде малогабаритного зеркала и совмещение геометрической оси вала двигателя обтюратора с оптической осью объектива позволят уменьшить габариты и вес обтюратора и, следовательно, самого датчика пирометра спектрального отношения. Благодаря этому возрастет допустимая частота вращения обтюратора и ослабнет влияние на работу датчика вибраций и перегрузок, создаваемых работающим РДТТ. В результате повысятся быстродействие и надежность датчика. Увеличение объема получаемой температурной информации о тепловом режиме РДТТ способствует сокращению срока и стоимости отработки новых типов РДТТ.

На чертеже представлена схема заявляемого датчика пирометра спектрального отношения.

Датчик включает в себя объектив 1, приемник излучения 2, неподвижные отражающие зеркала 3 и 4, светофильтры 5 и 6, конденсор 7, диафрагму 8 и обтюратор - наклонное малогабаритное отражающее зеркало 9, закрепленное на валу 10 малогабаритного быстроходного двигателя 11. Угол наклона зеркала выбирается из условия, что луч, отражаемый обтюратором, должен попасть на отражающую поверхность сферического зеркала 3.

Датчик работает следующим образом.

Поток излучения от нагретого тела проходит через объектив 1, диафрагму 8, конденсор 7 и падает на обтюратор - зеркало 9, которое в 2-х положениях за каждый оборот вала 10 двигателя 11 отражает поток с помощью отражающих сферических зеркал 3 и 4 на приемник излучения 2. При этом в одном положении обтюратора - зеркала 9 поток отражается от сферического зеркала 3 и фокусируется на приемник излучения 2 через светофильтр 5, в другом положении - через светофильтр 6.

Источники информации 1. Б. Н.Олейник, С.И.Лаздина, В.П.Лаздин, О.М.Жагулло. Приборы и методы температурных измерений. - М.: Изд-во стандартов, 1987, 296 с.

2. А.С. СССР 156321, МКИ G 01 K 42/9. Однолучевой двухканальный цветовой пирометр с одним фотоэлементом. /Я.А.Альтшуллер, 1961.

Формула изобретения

Датчик пирометра спектрального отношения, включающий объектив, приемник излучения, диафрагму, зеркальный обтюратор, закрепленный на валу двигателя и установленный под углом к направлению светового потока, два отражающих зеркала, образующих оптические каналы, и светофильтры, отличающийся тем, что отражающие зеркала выполнены сферическими, первое по ходу луча отражающее зеркало - с отверстием в центре, обтюратор выполнен в виде малогабаритного зеркала, например плоского, и установлен в фокусе первого по ходу луча отражающего зеркала, приемник излучения установлен в фокусе второго отражающего зеркала, при этом элементы датчика расположены на одной геометрической оси, совпадающей с оптической осью объектива, в следующей последовательности по ходу луча: объектив, диафрагма, отражающее зеркало с отверстием, конденсор, обтюратор, двигатель обтюратора, приемник излучения и отражающее зеркало, а светофильтры размещены между отражающими зеркалами в оптических каналах.

РИСУНКИ

Рисунок 1