Приспособление к тепловизору для увеличения диапазона измеряемых температур

Изобретение относится к оптическим приспособлениям для управления интенсивностью теплового излучения, поступающего в тепловизор. Устройство имеет поглотитель избыточного теплового излучения, поступающего в тепловизор, выполненный в виде полупрозрачного зеркала, установленного перед объективом тепловизора. Поглотитель выполнен из полупрозрачного для ИК-излучения материала, например из кремния. Пропускание поглотителя составляет 40%-60%. Полупрозрачное зеркало установлено под углом α к оптической оси объектива тепловизора, который определяется по формуле. Технический результат - увеличение диапазона измеряемых температур. 1 ил.

 

Изобретение относится к оптическим приспособлениям для управления интенсивностью теплового излучения, поступающего в тепловизор.

Тепловизор служит для преобразования инфракрасного изображения в видимое, а также для измерения температуры. Диапазон измеряемых температур сравнительно невелик. Так например, у тепловизора «Снегирь» диапазон измеряемых температур составляет от 10°С до 350°С. В практике возникают задачи по увеличению диапазона измеряемых температур для имеющегося в эксплуатации тепловизора. Эта задача решается путем установки фильтра перед объективом тепловизора (А.В.Афонин и др. Инфракрасная термография в энергетике, том 1, стр.157. Петербургский энергетический институт, 2000 г.). Фильтр поглощает часть теплового излучения измеряемого объекта. Однако установленный фильтр вносит погрешности в результаты измерений.

Известно приспособление к объективу кинокамеры для увеличения длины фотографируемого участка траектории, см. авт. свид. №149675.

Это приспособление содержит плоское зеркало, установленное под углом α. Зеркало вращается в соответствии с законом движения фотографируемого тела. Это приспособление является прототипом заявляемого изобретения, так как оно сходно с ним по большинству существенных признаков.

Предлагаемое приспособление к тепловизору отличается тем, что оно снабжено полупрозрачным зеркалом, поглощающим избыточное тепловое излучение, поступающее в тепловизор. Полупрозрачное зеркало выполнено из материала, пропускающего ИК-излучение, например из кремния. Толщина полупрозрачного зеркала и его материал выбирается из расчета, чтобы пропускание составляло 40%-60% излучения, поступающего в тепловизор. Указанное зеркало установлено под углом α к оптической оси объектива тепловизора, который определяется из соотношения

CosαSin(α+ω)≥d/LCosω+Sinω.

На чертеже изображен ход лучей в приспособлении к объективу тепловизора.

Полупрозрачное зеркало 1, установленное перед объективом, поглощает часть теплового излучения, поступающего в тепловизор.

Полупрозрачное зеркало должно иметь пропускание ИК-излучения на величину 40-60%. Больший процент пропускания приводит к ошибкам измерения, возникающим вследствие нелинейности показателей преломления зеркала, а также различной отражательной способности. Если полупрозрачное зеркало установить перпендикулярно оптической оси объектива тепловизора, то на фотоприемник 2 тепловое излучение будет поступать от измеряемого объекта и от самого фотоприемника, который как бы «видит самого себя в зеркале». Таким образом, в измеряемую температуру вносится ошибка.

Для исключения этой ошибки зеркало установлено под углом α. При таком расположении отраженные от зеркала лучи не попадают в фотоприемник. Угол установки зеркала α находится из условия, что отраженный луч 3 не попадает во входной зрачок 4 тепловизора. Из треугольника ОАС следует, что

Введем обозначения:

CM=EB=d, OB=L,

где 2d - диаметр входного зрачка;

L - расстояние от входного зрачка до зеркала;

2ω - угол поля зрения тепловизора.

Из треугольника ОАВ следует, что ОА=LCosα

Так как ОС=d+Ltgω, тогда

,

или

CosαSin(α+ω)=d/LCosω+Sinω.

Отсюда следует, что угол установки полупрозрачного зеркала должен быть не меньше, чем угол, определяемый из полученного соотношения. При таком расположении полупрозрачного зеркала лучи, отраженные от фотоприемника, не попадают в этот же фотоприемник.

Для определения фактической температуры объекта используется таблица или график, показывающий соотношение фактической температуры и температуры, измеренной тепловизором. Эти данные вносятся в память прибора и рассчитываются автоматически. Таблица составляется так. Абсолютно черное тело нагревается до температуры, соответствующей началу диапазона измеряемых температур конкретного тепловизора. Затем измеряется температура без полупрозрачного зеркала и температура с полупрозрачным зеркалом. Такие измерения делают по всему диапазону температур, измеряемых тепловизором, исходя из требуемой точности. По полученным данным составляется таблица или график пересчета фактической температуры от температуры, измеренной тепловизором. Как показывает опыт, эта зависимость - линейная, а график - прямая линия. В связи с этим, для пересчета фактической температуры от измеренной можно составить простую формулу. Так, например, для тепловизора «Снегирь», формула имеет вид Тф=2,2 Тт.в.,

где Тт.в. - температура на дисплее тепловизора;

Тф - фактическая температура объекта.

Приспособление к тепловизору для увеличения диапазона измерения температуры, содержащее выполненный в виде полупрозрачного зеркала поглотитель избыточного теплового излучения, поступающего в тепловизор, и установленное перед объективом тепловизора, отличающееся тем, что поглотитель избыточного теплового излучения выполнен из полупрозрачного для ИК-излучения материала, например из кремния, а полупрозрачное зеркало установлено под углом α к оптической оси объектива тепловизора, который определяется из соотношения

CosαSin(α+ω)≥d/LCosω+Sinω,

где 2d - диаметр входного зрачка объектива тепловизора;

2ω - угол поля зрения объектива тепловизора;

L - расстояние от зеркала до входного зрачка.