Оптический пирометр

 

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность изобретения: пирометр содержит последовательно расположенные модулятор с контролируемой температурой в качестве источника опорного излучения, располагаемый в поле зрения приемника излучения, датчик температуры, объектив, приемник излучения и блок обработки сигналов. Модулятор выполнен из двух пар идентичных лопастей, подвижной и неподвижной, и установлен перед объективом таким образом, что подвижная лопасть расположена между неподвижной и объективом, при этом подвижная лопасть модулятора постоянно находится в поле зрения приемника излучения, а датчик температуры установлен на неподвижной лопасти модулятора. Технический результат - повышение точности измерения температуры. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к бесконтактному измерению температуры объектов, и может быть использовано в качестве средства бесконтактного измерения температуры объектов с температурой, близкой к температуре окружающей среды.

Среди семейства оптических пирометров наиболее точными являются пирометры, работающие по принципу сравнения излучения от объекта с излучением от образцового излучателя. До недавнего времени большие размеры этих пирометров и большие затраты электроэнергии, связанные с питанием образцовых излучателей, препятствовали созданию малогабаритных, портативных пирометров.

Известен оптический пирометр, содержащий входную оптическую систему, зеркальный с двух сторон модулятор излучения, окуляр, приемник излучения, источник опорного излучения и устройство обработки сигнала, работающий по принципу сравнения излучения объекта с образцовым излучателем ( см. патент ГДР 285687, кл. G 01 J 5/62, 1989 г.).

Из-за неидеальности зеркального покрытия диска модулятора добиться высокой точности измерения таким пирометром затруднительно. Кроме того, источник опорного излучения в данном устройстве - это большие габариты пирометра, это энергозатраты на нагрев его и поддержание при постоянной температуре, к тому же пирометр требует и входную фокусирующую оптическую систему, собственное излучение которой будет вносить погрешность в измерения.

Известен также оптический пирометр, наиболее близкий к заявляемому (см. патент России 2046303, кл G 01 J 5/10, 1995 г.), содержащий входную оптическую систему, модулятор излучения, по размерам совпадающий с полем зрения приемника излучения и выполненный в виде лопасти со встроенным термосопротивлением и установленный в фокальной плоскости входной оптической системы, зеркальный объектив, приемник излучения и блок обработки сигнала. Тепловое излучение от объекта измерения фокусируется входной оптической системой и направляется на модулятор излучения. После модулятора излучение зеркальным объективом направляется на приемник инфракрасного излучения. Приемник преобразовывает попадающую на него энергию излучения в сигнал, который обрабатывается в электронном блоке. Пирометр работает по принципу сравнения излучения объекта с попеременно напрявляемым на приемник излучением модулятора, температура которого контролируется встроенным в него термосопротивлением.

В пирометре за счет исключения источника опорного излучения и использования в качестве его модулятора с контролируемой температурой упростилась конструкция и уменьшились габариты, однако собственное излучение входной оптической системы вносит погрешность в измерения температуры объектов.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является создание высокоточного малогабаритного пирометра.

Согласно изобретению в оптическом пирометре, содержащем последовательно расположенные модулятор с контролируемой температурой в качестве источника опорного излучения, располагаемый в поле зрения приемника излучения, объектив, приемник излучения и блок обработки сигналов, модулятор выполнен из двух пар идентичных лопастей, подвижной и неподвижной, и размещен перед объективом таким образом, что подвижная лопасть модулятора расположена между неподвижной лопастью и объективом, причем подвижная лопасть постоянно находится в поле зрения приемника излучения, а датчик температуры расположен на неподвижной лопасти.

Сущность изобретения заключается в том, что конструкция модулятора из двух пар идентичных лопастей - подвижной и неподвижной, на которой установлен датчик температуры, и установленного таким образом, что подвижная лопасть расположена между неподвижной и объективом и постоянно находится в поле зрения объектива, позволяет избавиться как от неконтролируемого излучения подвижной лопасти модулятора, так и от неконтролируемого излучения входной оптической системы, увеличивая, таким образом, точность измерения пирометра.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором представлена функциональная схема пирометра.

Пирометр содержит корпус объектива 1, в котором установлены последовательно расположенные неподвижная 2 и подвижная 3 лопасти модулятора, на неподвижной лопасти установлен датчик температуры 4, объектив 5, например система Косагрена, пироэлектрический приемник излучения 6, блок обработки сигналов 7.

Работает пирометр следующим образом.

Тепловой поток излучения от объекта измерения в первый полупериод работы модулятора проходит через модулятор, установленный в корпусе 1, в отверстие, образуемое идентичными неподвижной 2 и подвижной 3 лопастями модулятора, когда они совпадают, фокусируется объективом 5 и попадает на пироприемник 6. Во второй полупериод работы модулятора подвижная лопасть модулятора 3 открывает неподвижную 2 и поток излучения от неподвижной лопасти так же попадает на пироприемник 6. Пироприемник 6 генерирует сигнал, пропорциональный разности температур объекта и неподвижной 2 лопасти модулятора. Сигнал с пироприемника 6 поступает в блок обработки 7. Поскольку подвижная лопасть модулятора 3 постоянно находится в поле зрения пироприемника, то на пироприемник от нее поступает постоянный поток излучения. Как известно, пироприемник реагирует только на изменение потока, а на постоянный поток не реагирует. В связи с этим, независимо от температуры подвижной лопасти, сигнал на выходе пироприемника, за счет излучения от этой лопасти, будет равен нулю. Пироприемник не генерирует сигнал и от потока излучения от оптической системы, поскольку она расположена после модулятора. Следовательно, пироприемник генерирует сигнал только от потока излучения от измеряемого объекта и от потока излучения от неподвижной лопасти модулятора, температура которой измеряется при помощи датчика 4 с высокой точностью в блоке обработки 7, и температура которой является по сути температурой окружающей среды. Таким образом, пирометр содержит опорный источник излучения, температура которого соответствует температуре окружающей среды. В качестве приемника могут использоваться и другие приемники излучения, при этом будет использоваться только переменная составляющая сигнала. Так как сигналы, генерируемые пироприемником от измеряемого объекта и от модулятора, суть одного порядка, то в блоке обработки сигналов 7 можно реализовать компараторную схему сравнения этих сигналов, которая позволяет определить температуру объекта с точностью до второго знака.

По предлагаемому изобретению разработан пирометр спектрального отношения, точность измерения температуры которого составляет ±0,1^oС.

Формула изобретения

Оптический пирометр, содержащий последовательно расположенные модулятор с контролируемой температурой в качестве опорного источника излучения, располагаемый в поле зрения приемника излучения, объектив, приемник излучения и блок обработки сигналов, отличающийся тем, что модулятор выполнен из двух пар идентичных лопастей, подвижной и неподвижной, и установлен перед объективом таким образом, что подвижная лопасть расположена между неподвижной лопастью и объективом, при этом подвижная лопасть модулятора постоянно находится в поле зрения объектива, а на неподвижной лопасти установлен датчик температуры.

РИСУНКИ

Рисунок 1