Полихроматический пирометр

Авторы патента:

G01J5/10 - пирометры с электрическими детекторами излучения

Владельцы патента RU 2377511:

Сергеев Сергей Сергеевич (RU)

Изобретение относится к измерительной технике. Полихроматический пирометр снабжен вращающимся зеркалом, осуществляющим развертку изображения объекта. Фотоприемники расположены по окружности, радиус которой равен расстоянию от оси вращения зеркала до фокуса оптической системы пирометра. Каждый фотоприемник имеет соответствующий спектральный фильтр, пропускающий излучение определенной длины волны. При вращении зеркала в фотоприемники поочередно поступает изображение регистрируемого объекта в соответствующих участках спектра. Фотоприемники соединены с микропроцессором, управляющим индикатором температуры. Технический результат - повышение точности измерений. 2 ил.

Изобретение относится к радиационной пирометрии и может использоваться в пирометрах спектрального отношения.

Известны полихроматические пирометры, см., например, изобретение по авт. свид. SU 1790743 «Автоматический многоканальный пирометр спектрального отношения». Для измерения температуры указанный пирометр использует несколько участков спектра излучения объекта. Многоканальность достигается за счет применения фотодиодной матрицы, что дает возможность измерять температуру в каждой точке исследуемого образца.

Известный пирометр имеет сложное устройство, что оказывает существенное влияние на точность измерения.

Известен пирометр двойного спектрального отношения, авт. свид. SU 270296, в котором треххроматический модулятор выделяет из потока излучения три участка спектра. Однако каждая спектральная составляющая потока излучения поступает на один и тот же фотоприемник. Поэтому указанный пирометр содержит синхрокоммутатор, соединенный со следящей системой, которая с помощью реверсивного двигателя управляет диафрагмой объектива. Известный пирометр также имеет сложное устройство.

Известен также «Пирометр истинной температуры», патент RU 2219504, в котором также выделение спектральных составляющих из потока излучения осуществляется с помощью обтюратора, который имеет N спектральных фильтров. В указанном пирометре каждая спектральная составляющая также попадает на один и тот же фотоприемник. Поэтому устройство обработки сигнала достаточно сложное.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение точности измерения.

Эта цель достигается тем, что полихроматический пирометр снабжен вращающимся зеркалом, осуществляющим развертку изображения объекта, температура которого измеряется. Фотоприемники расположены на одинаковых расстояниях от оси вращения зеркала. Они расположены на окружности, радиус которой равен расстоянию от оси вращения зеркала до фокуса оптической системы. Каждый фотоприемник имеет соответствующий спектральный фильтр, пропускающий излучение определенной длины волны. При вращении зеркала в фотоприемники поочередно поступает изображение регистрируемого объекта в соответствующих участках спектра.

На фиг.1 изображен пирометр для четырех участков спектра (тетрахроматический пирометр).

На фиг.2 приведена блок-схема тетрахроматического пирометра.

Объектив 1 имеет фокус 2, перед которым установлено вращающееся зеркало 3 на расстоянии R от фокуса 2. Зеркало вращается с помощью двигателя 3а. Фотоприемники 4, 5, 6, 7 расположены на окружности, через центр которой проходит ось вращения зеркала. Перед каждым фотоприемником имеется соответствующий спектральный фильтр 8, 9, 10, 11. К каждому фотоприемнику подключен усилитель 12, 13, 14, 15. Каждый усилитель соединен с микропроцессором 16, обрабатывающим сигналы по соответствующему алгоритму.

К микропроцессору подключен индикатор 17 температуры.

В настоящее время разработаны и имеются в продаже датчики серии ПМ, в одном корпусе которых имеется фотоприемник и усилитель фототока.

Перед входным окном такого датчика укрепляется спектральный фильтр. Фильтр выполняется в виде пленки из материала, пропускающего определенную длину волны излучения. На каждый датчик устанавливаются индивидуальные фильтры, пропускающие излучение с длиной волны λ₁, λ₂, λ₃, λ₄.

На фиг.1 такие датчики изображены в натуральную величину (см. поз.18, 19, 20, 21).

Расчет истинной температуры осуществляется так. Для расчета используется формула Вина, которую удобно представить в логарифмическом виде

где L - энергетическая яркость,

λ - длина волны излучения,

С₁, С₂ - коэффициенты,

ε_x - излучательная способность,

Т - искомая температура.

Излучательная способность ε_x определяется из уравнения

lnε_x=α₀+α₁λ+α₂/λ²

Тогда для четырех участков спектра имеем следующую систему уравнений:

Решение этой системы дает

где

Таким образом, температура Т однозначно определяется из этого выражения.

Пирометр работает так. Перед началом измерения включается электродвигатель, который вращает зеркало. При этом изображение регистрируемого объекта поочередно поступает на фотоприемники 4, 5, 6, 7. За один оборот зеркала с каждого фотоприемника снимается один сигнал. Частота следования этих сигналов определяется скоростью вращения зеркала. Так, при скорости вращения 6000 об/мин, частота модуляции в каждом фотоприемнике будет составлять 100 Гц. Такая частота обычно применяется при проектировании пирометров.

Обычно составной частью пирометров является модулятор, прерывающий световой поток через определенные промежутки времени. В результате модуляции светового потока в фотоприемнике возникают электрические сигналы, частота следования которых определяется частотой модуляции.

В данном изобретении функцию модулятора выполняет вращающееся зеркало. Поэтому отпадает надобность в специальном модуляторе.

Таким образом, вращающееся зеркало выполняет две функции - развертки изображения и модуляции светового потока.

Обычно для наводки пирометра на объект служит специальный оптический канал - визир или лазерный указатель.

В предлагаемом пирометре в качестве визира используется телескопическая система, состоящая из объектива 1, зеркала 3 и окуляра 22. Таким образом, наводка пирометра осуществляется через вращающееся зеркало. Частота вращения зеркала порядка 100 об/сек обеспечит удовлетворительное впечатление от объекта наблюдения (аналогично частоте 24 кадра в секунду при демонстрации кинофильма).

Предлагаемый полихроматический пирометр позволяет использовать до четырех и более участков спектра, так как он обеспечивает установку соответствующего количества фотоприемников.

Полихроматический пирометр, содержащий объектив, фотоприемники, перед которыми установлены спектральные фильтры, выделяющие из потока излучения соответствующие участки спектра, усилители сигналов каждого фотоприемника, подключенные к микропроцессору, управляющему индикатором температуры, отличающийся тем, что он снабжен вращающимся зеркалом, осуществляющим развертку изображения регистрируемого объекта, фотоприемники расположены по окружности, радиус которой соответствует расстоянию от оси вращения зеркала до фокуса объектива.

Похожие патенты:

Пирометр // 2365882

Изобретение относится к измерительной технике. .

Модуляционный радиометр инфракрасного излучения // 2345333

Изобретение относится к измерительной технике. .

Пирометр спектрального отношения // 2343432

Изобретение относится к радиационной пирометрии. .

Устройство для измерения распределения температуры рабочих лопаток турбомашины // 2280241

Изобретение относится к измерительной технике. .

Оптический пирометр // 2196306

Изобретение относится к измерительной технике. .

Оптический пирометр // 2169910

Изобретение относится к теплофизике. .

Пирометр (варианты) и система модуляторов, используемая в пирометрах // 2159414

Изобретение относится к приборам для измерения мощности инфракрасного излучения и может быть использовано для бесконтактного измерения температуры. .

Термометр для измерения температуры тела и способ измерения температуры тела пациента (варианты) // 2118116

Изобретение относится к измерительным медицинским приборам, более определенно, к системе и способу измерения внутренней температуры тела человека путем выявления и анализа ИК-излучения в наружном слуховом проходе пациента.

Цифровой пирометр спектрального отношения // 2108554

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, устройствам для измерения температуры нагретых изделий в высокотемпературных технологических процессах.

Ик-радиометр // 2072721

Способ изготовления устройства для обнаружения теплового излучения, содержащего активный микроболометр и пассивный микроболометр // 2386934

Изобретение относится к измерительной технике

Устройство, содержащее слоеную конструкцию, для обнаружения теплового излучения, способ его изготовления и использования // 2465685

Устройство с мембранной конструкцией для обнаружения теплового излучения, способ его изготовления и использования // 2468346

Изобретение относится к теплометрии и может быть использовано при обнаружении теплового излучения

Устройство для измерения температуры расплавленного металла // 2589271

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения температуры расплава. Устройство для измерения температуры расплава, в частности расплавленного металла, содержащее оптическое волокно и направляющую трубку, имеющее погружной конец и второй конец, противоположный погружному концу. Оптическое волокно частично располагается в направляющей трубке. Внутренний диаметр направляющей трубки больше наружного диаметра оптического волокна. Причем первая втулка располагается на погружном конце или внутри направляющей трубки близко к погружному концу направляющей трубки. При этом оптическое волокно подается через втулку и причем втулка уменьшает зазор между оптическим волокном и направляющей трубкой. Технический результат - повышение информативности измерений температуры за счет поддержания непрерывности измерений посредством непрерывной подачи оптического волокна. 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

Способ измерения температурного поля в помещении и устройство для его осуществления // 2604267

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерения температурных полей в помещении, а также для оценивания динамики изменения состояния температурного поля. Способ измерения температурного поля в помещении включает измерение датчиками температуры в контрольных точках и получение числовых значений температуры. Измерение температуры в контрольных точках осуществляется бесконтактным способом пирометром, измеряющим температуру газовой среды по температуре поверхности датчика и формирующим в течение долей секунды значение этой температуры в виде числа, передаваемого в вычислительное устройство. Устройство измерения температурного поля в помещении содержит датчики температуры, устройство считывания значения температуры и вычислительное устройство. Каждый датчик температуры выполнен в виде пластины из металла толщиной не более 0,1 мм, а считывающим устройством значений температуры является пирометр, преобразующий и передающий полученную информацию в вычислительное устройство. Технический результат - повышение информативности инструментальных измерений при одновременном упрощении процесса измерений. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Способ определения излучательной способности твердых материалов и устройство для его осуществления // 2617725

Изобретение относится к теплофизике и может быть использовано для определения радиационных характеристик поверхностей и покрытий твердых тел. В отличие от известного способа определения излучательной способности твердых материалов, заключающегося в том, что воздействуют на исследуемый образец с помощью лазерного излучения, измеряют истинную контактную температуру Т поверхности образца в процессе воздействия, одновременно бесконтактно определяют интенсивность излучения от образца и используют полученные данные для определения излучательной способности, в предложенном способе воздействуют на образец лазерным излучением, преобразованным в тепловое излучение, после равномерного нагрева образца преобразованным лазерным излучением измеряют в исследуемом спектральном диапазоне длин волн теплового излучения от образца от λ1 до λ2 яркостную температуру Тя поверхности образца, по которой судят об интенсивности теплового излучения от образца. При этом яркостную температуру Тя поверхности образца измеряют одновременно с измерением истинной температуры Т поверхности образца в одной и той же точке рабочей зоны нагрева поверхности образца. Осуществляют расчет интегральной излучательной способности ε в спектральном диапазоне длин волн теплового излучения от образца от λ1 до λ2 с использованием полученных экспериментальных данных по следующему соотношению на основе формулы Планка где С1=2πhc2=3,7413⋅10-16 Вт⋅м2, C2=hc/k=1,4388⋅10-2 м⋅К - первая и вторая константы излучения; λ - длина волны теплового излучения от образца, Tя и Т - экспериментально полученные соответственно яркостная и истинная температуры поверхности образца в один и тот же момент времени и в одной и той же точке поверхности образца. Также предложено устройство для определения излучательной способности твердых материалов, в котором за источником лазерного излучения с оптической схемой на его оси перед образцом в непосредственном контакте с ним размещен преобразователь лазерного излучения в тепловое излучение - тепловой конвертор, обеспечивающий равномерный нагрев образца в рабочей зоне. Конвертор и образец расположены в экранированном теплоизоляционном боксе. За образцом на оси источника лазерного излучения в качестве средства измерения интенсивности излучения от образца установлен оптический пирометр с областью визирования с характерным размером, не превышающим размер рабочей зоны равномерного нагрева образца. Технический результат - повышение точности определения теплофизических параметров. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.