Способ измерения яркостной температуры объекта

Авторы патента:

Кузнецов Александр Владимирович (RU)

G01J5/52 - путем сравнения с эталонными источниками, например пирометры с исчезающей нитью

Владельцы патента RU 2338166:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт промышленного телевидения "Растр" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике. В способе калибровочная зависимость корректируется на основании соотношения опорного и проверочного значений размаха выходного сигнала, первый из которых измерен в режиме калибровки, а второй - в режиме измерения. При этом измерения опорного и проверочного значений размаха выходного сигнала проводятся в центре фоточувствительной поверхности фотоприемника, освещаемой источником эталонной освещенности, распределение которой близко к равномерному. Вследствие этого значительно снижается влияние погрешности определения требуемого элемента изображения. Технический результат заявляемого решения выражен в повышении точности измерения яркостной температуры объекта. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к яркостной пирометрии, и может быть использовано в телевизионных системах на базе ПЗС камер для дистанционного измерения температуры объектов.

Известен способ измерения яркостной температуры объекта по методу исчезающей нити, когда яркость нити накала эталонной лампы пирометра сравнивают с яркостью объекта, температуру которого определяют по величине тока накала после уравнивания яркостей нити сравнения и объекта (Ф.Линевег. Измерение температур в технике. - М.: Металлургия, 1980. с.384).

Недостатком данного способа является недостаточная точность измерения яркостной температуры объекта вследствие изменения характеристик эталонной лампы во времени, вызванных ее старением, а также низкого быстродействия, обусловленного большой тепловой инерцией эталонной лампы, что приводит к значительным погрешностям при измерении изменяющейся яркостной температуры объектов, например, в процессе их нагрева.

Наиболее близким по техническому решению является принятый за прототип способ измерения яркостной температуры объекта по методу исчезающей нити путем сравнения яркости нити накала эталонной лампы и объекта, температуру которого определяют по величине тока накала после уравнивания яркости нити накала и объекта, ток накала на эталонную лампу подают только в режиме калибровки пирометра и яркость объекта регистрируют многоэлементным матричным или линейным фотоприемником, на часть фоточувствительных ячеек которого проецируют изображение нити эталонной лампы, ток накала которой в режиме калибровки изменяют по линейному закону, его значения последовательно нумеруют и запоминают в моменты приращения выходного сигнала указанного фотоприемника на заданную величину, а в режиме измерения температуру объекта определяют по запомненной величине тока накала, соответствующей значению размаха выходного сигнала многоэлементного матричного или линейного фотоприемника (Патент РФ №2099674, кл. G01J 5/52, 1997).

Недостатком данного способа является недостаточная точность измерения яркостной температуры объекта вследствие погрешности в определении эталонного размаха сигнала при калибровке, что обусловлено малыми геометрическими размерами спроецированного на фоточувствительную поверхность фотоприемника изображения нити накала эталонной лампы.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности измерения яркостной температуры объекта за счет повышения точности определения опорного и проверочного значений размаха выходного сигнала, используемых при корректировке калибровочной зависимости.

Технический результат заявляемого решения выражен в повышении точности измерения яркостной температуры объекта. Это достигается за счет того, что в режиме измерения калибровочная зависимость корректируется на основании соотношения опорного и проверочного значений размаха выходного сигнала, первый из которых измерен в режиме калибровки, а второй - в режиме измерения. При этом измерения опорного и проверочного значений размаха выходного сигнала проводятся в центре фоточувствительной поверхности фотоприемника, освещаемой источником эталонной освещенности, распределение которой близко к равномерному. Вследствие этого значительно снижается влияние погрешности определения требуемого элемента изображения. Тем самым повышается точность определения опорного и проверочного значений размаха выходного сигнала и, в конечном счете, точность измерения яркостной температуры объекта.

Для достижения технического результата предложен способ измерения яркостной температуры объекта по методу исчезающей нити путем сравнения яркости нити накала эталонной лампы и объекта, температуру которого определяют по величине тока накала после уравнивания яркости нити накала и объекта, ток накала на эталонную лампу подают только в режиме калибровки пирометра и яркость объекта регистрируют многоэлементным матричным или линейным фотоприемником, причем в режиме калибровки дополнительно измеряют и запоминают опорное значение размаха выходного сигнала U_опорн в центре поля изображения при освещении фоточувствительной поверхности многоэлементного фотоприемника эталонным источником освещенности, а в режиме измерения дополнительно измеряют проверочное значение размаха выходного сигнала U_пров в центре поля изображения при освещении фоточувствительной поверхности фотоприемника эталонным источником освещенности и корректируют значения размаха выходного сигнала из совокупности значений, составляющих калибровочную зависимость, путем их умножения на величину отношения U_пров/U_опорн.

На чертеже представлено устройство для реализации способа.

На чертеже и в тексте приняты следующие обозначения:

1 - объект измерения (в режиме калибровки - эталонная пирометрическая лампа);

2 - пирометр;

3 - оптическая система пирометра;

4 - оптический затвор;

5 - ПЗС-матрица ТВ-камеры;

6 - ТВ-камера;

7 - источник эталонной освещенности;

8 - стабилизатор тока;

9 - устройство управления оптическим затвором;

10 - узел микроконтроллера;

11 - канал связи;

12 - плата видеоввода персонального компьютера;

13 - персональный компьютер.

Способ осуществляется следующим образом.

Измерение яркостной температуры объекта производится путем сравнения размаха выходного сигнала, сформированного фотоприемником от изображения объекта, с калибровочной зависимостью, связывающей размах выходного сигнала и яркостную температуру объекта. Калибровочная зависимость формируется в режиме калибровки следующим образом (см. чертеж):

- оптический затвор 4 открыт, источник эталонной освещенности 7 отключен, изображение тела накала эталонной пирометрической лампы 1 проецируется оптической системой 3 на фоточувствительную поверхность ПЗС-матрицы 5 ТВ-камеры 6, которая формирует телевизионный сигнал, передаваемый по каналу связи 11 на вход платы видеоввода 12 персонального компьютера 13, в котором измеряется и запоминается размах выходного сигнала фотоприемника, соответствующий изображению тела накала эталонной пирометрической лампы, яркостная температура которого известна, в моменты приращения выходного сигнала указанного фотоприемника на заданную величину.

Сформированная калибровочная зависимость хранится в памяти компьютера в виде таблицы:

размах сигнала U_{сигнала1} соответствует яркостной температуре Т_ярк.1;

размах сигнала U_{сигнала2} соответствует яркостной температуре Т_ярк.2;

размах сигнала U_{сигналаN} соответствует яркостной температуре Т_ярк.N.

Дополнительно в режиме калибровки измеряется и запоминается опорное значение размаха выходного сигнала U_опорн в центре поля изображения при освещении фоточувствительной поверхности фотоприемника эталонным источником освещенности, что осуществляется следующим образом (см. чертеж):

- оптический затвор 4 закрыт с помощью устройства управления оптическим затвором 9 по команде узла микроконтроллера 10, управляемого персональным компьютером 13. Источник эталонной освещенности 7 включен, через него протекает ток, стабилизированный с помощью стабилизатора тока 8. Тем самым обеспечивается стабилизация уровня освещенности фоточувствительной поверхности ПЗС-матрицы 5 ТВ-камеры 6, которая формирует телевизионный сигнал, передаваемый по каналу связи 11 на вход платы видеоввода 12 персонального компьютера 13. В персональном компьютере 13 измеряется и запоминается опорное значение размаха выходного сигнала U_опорн с элемента фоточувствительной поверхности ПЗС-матрицы 5, соответствующего центру поля изображения.

В режиме измерения яркостной температуры оптический затвор 4 открыт, источник эталонной освещенности 7 отключен, изображение объекта измерения 1 проецируется оптической системой 3 на фоточувствительную поверхность ПЗС-матрицы 5 ТВ-камеры 6, которая формирует телевизионный сигнал, передаваемый по каналу связи 11 на вход платы видеоввода 12 персонального компьютера 13, в котором измеряется размах выходного сигнала U_{сигнала} в каждой точке изображения.

Дополнительно в режиме измерения измеряется и запоминается проверочное значение размаха выходного сигнала U_пров в центре поля изображения при освещении фоточувствительной поверхности фотоприемника эталонным источником освещенности, что осуществляется аналогично измерению величины U_опорн, проводимому в режиме калибровки (см. выше).

Яркостная температура объекта Т_ярк определяется на основании калибровочной зависимости, откорректированной исходя из запомненного опорного значения выходного сигнала U_опорн и запомненного проверочного значения выходного сигнала U_пров, путем умножения значения размаха выходного сигнала от объекта U_{сигнала} на величину отношения U_пров/U_опорн:

U_{сигнала1}*(U_пров/U_опорн) соответствует яркостной температуре Т_ярк.1;

U_{сигнала2}*(U_пров/U_опорн) соответствует яркостной температуре Т_ярк.2;

U_{сигналаN}*(U_пров/U_опорн) соответствует яркостной температуре Т_ярк.N.

Способ измерения яркостной температуры объекта по методу исчезающей нити путем сравнения яркости нити накала эталонной лампы и объекта, температуру которого определяют по величине тока накала после уравнивания яркости нити накала и объекта, ток накала на эталонную лампу подают только в режиме калибровки пирометра и яркость объекта регистрируют многоэлементным матричным или линейным фотоприемником, на часть фоточувствительных ячеек которого проецируют изображение нити эталонной лампы, ток накала которой в режиме калибровки изменяют по линейному закону, его значения последовательно нумеруют и запоминают в моменты приращения выходного сигнала указанного фотоприемника на заданную величину, а в режиме измерения температуру объекта определяют по запомненной величине тока накала, соответствующей значению размаха выходного сигнала многоэлементного матричного или линейного фотоприемника, отличающийся тем, что в режиме калибровки дополнительно измеряют и запоминают опорное значение размаха выходного сигнала U_опорн в центре поля изображения при освещении фоточувствительной поверхности многоэлементного фотоприемника эталонным источником освещенности, а в режиме измерения дополнительно измеряют и запоминают проверочное значение размаха выходного сигнала U_пров в центре поля изображения при освещении фоточувствительной поверхности фотоприемника эталонным источником освещенности и корректируют значения размаха выходного сигнала из совокупности значений, составляющих калибровочную зависимость, путем их умножения на величину отношения U_пров/U_опорн.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. .

Способ измерения физической температуры объектов на свч с применением радиометра и устройство для его осуществления // 2124705

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, в частности к технике измерения интенсивности теплового радиоизлучения объектов, и может быть использовано в медицинской практике.

Способ измерения яркостной температуры объекта // 2099674

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к яркостной пирометрии, и может быть использовано в пирометрических и тепловизионных системах на базе интегральных фотодиодных и ПЗС-камер.

Устройство бесконтактного измерения излучательной способности объектов // 1824527

Устройство для определения температуры взвешенных частиц в газовом потоке // 1617312

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники к оптическим устройствам контроля параметров взвешенных в газовом потоке микрочастиц, и может быть использовано в энергетике при определении температуры микрочастиц, например угольных частиц, в процессе горения.

Способ измерения монохроматического коэффициента излучения материалов // 1608444

Изобретение относится к теплофизике и, в частности, к измерению теплофизических свойств материалов. .

Способ определения излучательной способности материалов и устройство для его осуществления // 1418579

Изобретение относится к исследованию материалов с помощью оптических средств. .

Способ измерения температуры покрытий // 1393039

Изобретение относится к радиационной пирометрии и может быть использовано в энергетических машинах и аппаратах, космической технике, при исследовании свойств покрытий.

Устройство для измерения темрературы поверхности изделия при сварке // 1386475

Изобретение относится к технике сварочных работ, к средствам измерения температур.точек поверхностей обрабатываемых изделий с использова- . .

Способ определения температуры газа и частиц в рабочем теле мгд-генератора // 888671

Способ измерения яркостной температуры объекта // 2338167

Изобретение относится к измерительной технике

Пассивная инфракрасная мира с системой автоматического регулирования // 2387969

Способ измерения температуры // 2410654

Изобретение относится к пирометрии

Способ измерения энергии излучения объекта // 2431122

Изобретение относится к области пирометрии

Способ измерения яркостной температуры объекта // 2439510

Изобретение относится к измерительной технике

Способ измерения термогазодинамических параметров потока // 2495388

Изобретение относится к области радиационной пирометрии, в частности к измерению параметров радиационного излучения, особенно к измерению параметров высокотемпературных потоков. Способ измерения термогазодинамических параметров потока включает формирование измерительного канала, измерение величины параметра излучения потока, сравнение измеренной величины параметра излучения с величиной аналогичного параметра излучения абсолютно черного тела (АЧТ), полученной при калибровке АЧТ при заданной температуре и концентрации поглощающих компонентов, и определение, по крайней мере, одного термодинамического параметра потока по результату сравнения. При этом измеряемый параметр излучения потока и параметр излучения АЧТ раскладывают по длинам волн для получения спектра излучения. Кроме того, измеряют температуру и концентрацию поглощающих компонентов в измерительном канале, корректируют величины параметров излучения потока и АЧТ в зависимости от результатов измерений, раскладывают излучение потока на n составляющих, в соответствии с количеством излучающих элементов измерительного канала, определяют излучение n-го элемента измерительного канала, а в качестве параметра излучения потока используют относительную спектральную яркость излучения n-го элемента измерительного канала. Технический результат заключается в обеспечения возможности повышения точности измерения параметров высокотемпературных потоков радиационным методом. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ измерения эквивалентной температуры // 2495389

Изобретение относится к области метрологического обеспечения стационарных пирометрических устройств в рабочих условиях эксплуатации и может быть применено в системах контроля температуры букс подвижного состава железных дорог. Способ измерения эквивалентной температуры включает автоматическую коррекцию градуировочной характеристики рабочего пирометра перед измерениями по встроенному опорному источнику, измерение эквивалентной температуры исследуемого объекта по его излучению и периодическую поверку пирометра, которую проводят в рабочих условиях путем измерений эквивалентной температуры встроенного опорного источника рабочим пирометром и внешним образцовым пирометром, обладающим нормированными для рабочих условий метрологическими характеристиками, сопоставления полученных значений эквивалентных температур и внесения поправок в результаты последующих измерений. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения точности и стабильности измерения. 1 ил.

Способ бесконтактного измерения яркостной температуры теплового поля исследуемого объекта // 2552599

Изобретение относится к области тепловизионной техники и касается способа бесконтактного измерения яркостной температуры объекта. Способ включает формирование на одной длине волны инфракрасного излучения двух изображений на каждом из двух матричных приемников изображения. Одно из двух изображений на каждом приемнике является изображением объекта исследования, а другое является изображением эталона температур, формирование которого осуществляют при тех же условиях формирования изображения, что и для объекта исследования. Изображение на одном из двух приемников формируют с помощью устройства зеркальной развертки. На основе полученных данных формируют массив цифровых данных от всех изображений с учетом связи между яркостной температурой, воспроизводимой эталоном температур, и соответствующим ей цифровым значением электрического сигнала с элементов обоих приемников изображения. Технический результат заключается в увеличении временного разрешения измерений. 6 ил.,1 табл.

Способ дистанционного измерения температуры // 2589525

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного измерения температуры среды или объектов в различных сферах промышленности, в том числе при криогенных температурах. Согласно заявленному изобретению используют полупроводниковый лазерный диод. Помещают его в среду или устанавливают на объект для измерения их температуры. Наблюдают за излучением светоизлучающего прибора. Определяют значения яркости Е(Т0) излучения при исходной температуре T0 и яркости Е(Tx) излучения при температуре Тх среды, и по калибровочной (градуировочной) зависимости δE(T)=Е(Т)/Е(Т0) оценивают температуру Тх среды. Технический результат - упрощение способа дистанционного определения температуры среды. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Пассивная инфракрасная штриховая мира // 2605818

Изобретение относится к области фотометрии, и касается пассивной инфракрасной штриховой миры. Мира включает в себя штриховые элементы различных типоразмеров. Штриховые элементы выполнены в виде прямоугольных рам с установленными в них поворотными экранирующими пластинами. Экранирующие пластины выполнены с двухсторонним излучающим покрытием, имеющим максимальный и минимальный коэффициенты излучения. Оси вращения пластин установлены в отверстиях продольных стенок металлических рам. На внешней стороне продольной стенки рамы установлен механизм поворота пластин, обеспечивающий возможностью синхронного поворота каждой пластины вокруг своей оси на любой угол в диапазоне от 0° до 360° и фиксации их в этом положении. Технический результат заключается в расширении динамического диапазона, повышении точности и производительности измерений. 1 з.п. ф-лы. 5 ил.