Способ бесконтактного измерения тепловых данных движущегося объекта

Изобретение относится к области тепловых измерений. Способ бесконтактного измерения тепловой характеристики движущегося объекта заключается в оптическом приеме сигнала теплового излучения объекта, в спектральном разложении сигнала и в формировании изображения спектра излучения на поверхности матрицы приемников, сигналы с выходов которых обрабатываются процессорным блоком. Процессорная обработка состоит в инвариантной к виду параметра объекта аппроксимации сигналов аппроксимантами банка данных каждого параметра объекта, выборе наиболее точной аппроксиманты и выводе соответствующего ей значения параметра и погрешности его определения. Технический результат - повышение числа измеряемых параметров и повышение точности измерений тепловых данных. 2 ил.

 

Изобретение относится к области бесконтактного измерения тепловых данных движущегося объекта и может быть использовано в измерительной технике, метрологии, дистанционном зондировании.

Известно устройство бесконтактного измерения температуры (А.с. 1803747, МПК5 G01J 5/60, 1987 г.), содержащее оптическую систему, приемник излучения, дифференциатор, два амплитудных детектора, оптический гетеродин, перестраиваемый оптический модулятор, устройство смешения оптических пучков, резонансный усилитель и блок деления.

Известен спектральный пирометр (патент US 4605314, МПК4 G01J 5/24, 1986 г.), состоящий из электрического модуля и оптического модуля, который содержит передающий блок, блок спектрального разложения и блок детектора.

Недостатками известных устройств являются ограниченность числа измеряемых параметров объекта (только температура) и зависимость измерений от угла направления на движущийся источник излучения, так как при изменении этого угла изменяется положение изображения спектра излучения на поверхности детектора спектра излучения.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ, реализованный в устройстве бесконтактного измерения температуры движущегося объекта (патент RU 2213942, МПК7 G01J 5/60, 2003 г.), заключающийся в оптическом приеме сигнала теплового излучения объекта, спектральном разложении сигнала, формировании изображения спектра излучения на поверхности матрицы приемников, сигналы с выходов которых обрабатываются процессорным блоком, выполненным с возможностью поиска максимального значения выходного сигнала приемника по матрице приемников, возможностью определения максимального значения производной выходных сигналов приемников по матрице приемников и возможностью вычисления температуры по отношению максимального значения производной выходных сигналов по матрице приемников к максимальному значению выходного сигнала приемника по матрице приемников.

Недостатком этого способа является ограниченность числа измеряемых параметров движущегося объекта (только температура) и точности измерений (так как при процессорной обработке для определения максимального значения сигнала по матрице приемников используется энергия только одного приемника, выработавшего максимальный сигнал).

Задачей изобретения является повышение числа измеряемых параметров движущегося объекта и точности измерений параметров.

Решение задачи достигается тем, в способ бесконтактного измерения тепловых данных движущегося объекта, заключающийся в оптическом приеме сигнала теплового излучения объекта, спектральном разложении сигнала, формировании изображения спектра излучения на поверхности матрицы приемников, сигналы с выходов которых обрабатываются процессорным блоком, вводится процессорная обработка, состоящая в инвариантной к виду параметра объекта аппроксимации сигналов матрицы приемников аппроксимантами банка данных каждого параметра объекта, выборе по каждому параметру объекта наиболее точной аппроксиманты и выводе соответствующего ей значения параметра и погрешности его определения.

Технический результат состоит в том, что повышается число измеряемых параметров движущегося объекта за счет введения процессорной обработки, инвариантной к виду параметра, и точности измерений параметров за счет использования для процессорной обработки энергии всех приемников матрицы приемников.

Способ может быть реализован в соответствии со структурной схемой, представленной на фиг.1, а техническая конструкция поясняется на фиг.2.

Структурная схема содержит оптическую систему 1, блок 2 спектрального разложения, матрицу 3 приемников, процессорный блок 4 и банки 5 данных параметров.

Способ бесконтактного измерения тепловых данных движущегося объекта реализуется следующим образом. От источника 6 излучения тепловой сигнал поступает через оптическую систему 1 на блок 2 спектрального разложения, которым формируется изображение спектра излучения на поверхности матрицы 3 приемников, сигналы с выходов которых обрабатываются процессорным блоком 4, причем процессорная обработка состоит в инвариантной к виду параметра объекта аппроксимации сигналов матрицы 3 приемников аппроксимантами, хранящимися в банках 5 данных каждого параметра объекта, выборе по каждому параметру объекта наиболее точной аппроксиманты и выводе соответствующего ей значения параметра Pi и погрешности его определения δPi.

Например, для параметра "температура объекта", аппроксиманты которого хранятся, например, в цифровой форме в виде множества функций Планка для различных температур в банке 5 данных 1-го параметра "температура объекта", процессорная обработка состоит в выборе функции Планка, наиболее точно аппроксимирующей сигналы матрицы 3 приемников и выводе соответствующего этой функции значения температуры Т и погрешности аппроксимации δТ.

Для параметра "материал объекта", аппроксиманты которого хранятся, например, в цифровой форме в виде множества функций зависимости излучательной способности материала (Fe, Ni, Co и др.) от длины волны излучения [1, стр.104, рис.60] для различных материалов в банке 5 данных 2-го параметра "материал объекта", процессорная обработка состоит в выборе соответствующей функции, наиболее точно аппроксимирующей сигналы матрицы 3 приемников и выводе соответствующего этой функции названия материала, например, "Fe", и погрешности аппроксимации при использовании тех же алгоритмов процессорной обработки, что и в предыдущем примере.

При взаимном перемещении источника 6 излучения и измерительной системы результаты измерений так же, как и в прототипе, не изменяются.

Элементы устройства могут быть выполнены из известных модулей и на элементной базе, применяемых в измерительной технике и метрологии. Конструктивное выполнение блоков 1…4 может совпадать с аналогичными блоками прототипа. Конструкция блока 5 памяти очевидна из уровня техники. Программное обеспечение процессорной обработки типовое.

Литература

1. Брамсон М.А. Инфракрасное излучение нагретых тел. - М.: Наука, 1964. - 224 с.

Способ бесконтактного измерения тепловых данных движущегося объекта, заключающийся в оптическом приеме сигнала теплового излучения объекта, спектральном разложении сигнала, формировании изображения спектра излучения на поверхности матрицы приемников, сигналы с выходов которых обрабатываются процессорным блоком, отличающийся тем, что процессорная обработка состоит в инвариантной к виду параметра объекта аппроксимации сигналов матрицы приемников аппроксимантами банка данных каждого параметра объекта, выборе по каждому параметру объекта наиболее точной аппроксиманты и выводе соответствующего ей значения параметра и погрешности его определения.