Способ бесконтактного измерения температуры in situ



Способ бесконтактного измерения температуры in situ
Способ бесконтактного измерения температуры in situ
Способ бесконтактного измерения температуры in situ

Владельцы патента RU 2660765:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к технике измерения физической температуры объекта по температурным изменениям его оптических постоянных, и может быть использовано для дистанционного измерения температуры объекта в промышленности, медицине, биологии, в физических исследованиях и др. Заявлен способ бесконтактного измерения температуры in situ, заключающийся в том, что образец освещают поляризованным светом и измеряют изменение интенсивности при отражении. В процессе измерения регистрируют отраженное от поверхности образца электромагнитное излучение с длиной волны в диапазоне 300-900 нм. Анализируют изменение интенсивности после отражения и находят температуру, решая следующее уравнение: M(T)=F(T), где М(Т) - среднее арифметическое данных об интенсивности со всех четырех фотоприемников эллипсометра, зависящее от температуры, F(T) - функция, вид которой зависит от исследуемого материала. Новым является то, что для зондирующего пучка задают состояние линейной поляризации с поворотом 0° и накапливают массив данных для дальнейшего усреднения, а также то, что предложенный способ позволяет измерять температуру образца от температуры 4 K до его термического разрушения. Технический результат - повышение точности измерения температуры in situ независимо от структуры отражающей поверхности и при температурах до 4 K. 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к технике измерения физической температуры объекта по температурным изменениям его оптических постоянных, и может быть использовано для дистанционного измерения температуры объекта в промышленности, медицине, биологии, в физических исследованиях и др.

Известно дистанционное измерение температуры поверхности объекта, основанное на измерении температуры двух участков поверхности объекта, одну из которых выбирают в качестве опорной и по отношению к которой вычисляют дифференциальную излучательную способность и физическую температуру объекта [US 2007047615 А1, МПК G01G 5/08, опубл. 2007-03-01]. Этот способ позволяет повысить точность измерений за счет исключения влияния фона и помех, однако для реализации предложенного способа необходимо использовать яркостный пирометр, который должен работать в достаточно близких спектральных интервалах, в которых спектральные излучательные способности объекта принимаются равными. Кроме того, необходимым условием является достаточно близкое расположение друг к другу сигнальной и опорной поверхностей исследуемого объекта, что на практике не всегда возможно. Это ограничивает практическое применение предложенного способа.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ по патенту [US 5313044, МПК B23K 26/03, G01N 21/21, опубл. 17.05.1994 г. (прототип)]. Этот способ позволяет измерять состояние поляризации при отражении в видимом спектральном диапазоне и, следовательно, по измеренным эллипсометрическим параметрам ψ и Δ находить значение комплексного показателя преломления. Недостатками данного способа являются необходимость точной настройки оптической схемы эллипсометра для измерения температурной зависимости комплексного показателя преломления и использование специфических эллипсометрических моделей отражающей поверхности в случае многослойного или шероховатого образца. Также к существенному недостатку можно отнести то, что способ предполагает измерение температуры только при нагревании выше 0°С.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерения температуры in situ независимо от структуры отражающей поверхности и при температурах до 4 K.

Технический результат достигается тем, что в способе бесконтактного измерения температуры in situ, заключающемся в том, что образец освещают поляризованным светом и измеряют изменение интенсивности при отражении, в процессе измерения регистрируют отраженное от поверхности образца электромагнитное излучение с длиной волны в диапазоне 300-900 нм, анализируют изменение интенсивности после отражения, находят температуру, решая следующее уравнение: M(T)=F(T), где

М(Т) - среднее арифметическое данных об интенсивности со всех четырех фотоприемников эллипсометра, зависящее от температуры,

F(T) - функция, вид которой зависит от исследуемого материала, новым является то, что для зондирующего пучка задают состояние линейной поляризации с поворотом 0°, что накапливают массив данных для дальнейшего усреднения, а также то, что предложенный способ позволяет измерять температуру образца от температуры 4 K до его термического разрушения.

Это отличие позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна». Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлен в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, обеспечивает заявляемому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».

На фиг. 1 представлена схема магнитоэллипсометрического комплекса in situ, работающего в широком диапазоне температур.

На фиг. 2 показана зависимость среднего по всем сигналам с фотоприемников эллипсометра от температуры, полученная в процессе выполнения эксперимента.

Устройство для бесконтактного измерения температуры in situ (Фиг. 1) состоит из источника линейно поляризованного света 1, входного сверхвысоковакуумного окна 2, исследуемого образца 4, выходного сверхвысоковакуумного окна 7, блока регистрации состояния интенсивности 8, сверхвысоковакуумной камеры 9, магистрали для откачки 6, обтюратора 10.

Измерения температуры происходят следующим образом. Источник линейно поляризованного света 1 генерирует зондирующее излучение 3, причем угол поворота плоскости поляризации относительно плоскости падения равен 0° и, проходя через входное сверхвысоковакуумное окно 2, попадает внутрь сверхвысоковакуумной камеры 9 и затем падает на поверхность исследуемого образца 4. Падающий, линейно поляризованный световой пучок отражается от поверхности образца с изменением интенсивности, обусловленным температурным воздействием на образец. Так как падающий свет поляризован в плоскости падения, то при изменении температуры образца и, как следствие, его оптических постоянных изменяется его отражательная способность. Отраженный от образца луч 5, выходя из высоковакуумной камеры через высоковакуумное окно 7, поступает в блок регистрации интенсивности 8. При этом оптические измерения проводят при двух положениях обтюратора 10, который перекрывает оптический тракт для учета фоновой засветки. Анализируя состояние интенсивности результирующего пучка, находят температуру Т, решая следующее уравнение:

где М(Т) - среднее арифметическое данных об интенсивности со всех четырех фотоприемников эллипсометра, зависящее от температуры,

F(T) - функция, вид которой зависит от исследуемого материала [Магунов А.Н. Лазерная термометрия твердых тел. - М.: Физматлит, 2001].

Заявляемый бесконтактный способ измерения температуры обладает следующими преимуществами:

- высоким быстродействием, которое определяется только типом приемника излучения и схемой обработки электрических сигналов. Современный уровень электронных устройств позволяет достичь значения постоянной времени до 10-3 с;

- возможностью измерения температуры движущихся объектов (при условии организации следящей системы) и элементов, находящихся под высоким напряжением;

- возможностью измерения высоких температур, при которых применение контактных средств измерения либо невозможно, либо время их работы невелико;

- возможностью измерения низких температур до 4 K, при которых применение пирометров технически труднореализуемо, а применение контактных методов дает большие погрешности;

- возможностью работы в условиях вакуума, агрессивных газовых сред, радиации и повышенной температуры окружающей среды при пространственном разнесении анализирующего приемника и сопутствующей электроники при помощи оптоволоконного кабеля.

Способ бесконтактного измерения температуры in situ, заключающийся в том, что образец освещают поляризованным светом и измеряют изменение интенсивности при отражении, в процессе измерения регистрируют отраженное от поверхности образца электромагнитное излучение с длиной волны в диапазоне 300-900 нм, анализируют изменение интенсивности после отражения, находят температуру, решая следующее уравнение: M(T)=F(T), где

М(Т) - среднее арифметическое данных об интенсивности со всех четырех фотоприемников эллипсометра, зависящее от температуры,

F(T) - функция, вид которой зависит от исследуемого материала,

отличающийся тем, что для зондирующего пучка задают состояние линейной поляризации с поворотом 0°, что накапливают массив данных для дальнейшего усреднения, а также тем, что предложенный способ позволяет измерять температуру образца от температуры 4 K до его термического разрушения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области оптико-физических измерений и касается способа неразрушающего контроля качества теплового контакта термоэлектрического модуля. Контроль осуществляется путем определения наличия/отсутствия воздушных полостей в его структуре методом спектроскопической эллипсометрии.

Изобретение относится к области оптико-физических измерений и касается способа неразрушающего контроля качества теплового контакта термоэлектрического модуля. Контроль осуществляется путем определения наличия/отсутствия воздушных полостей в его структуре методом спектроскопической эллипсометрии.

Изобретение относится к области анализа материалов, тонкопленочных структур и поверхностей с помощью оптических средств. Эллипсометр включает последовательно расположенные вдоль оптической оси источник излучения, плечо поляризатора и плечо анализатора.

Изобретение относится к области оптических измерений и касается способа и устройства идентификации покрытого прозрачным слоем объекта. Идентификация объекта осуществляется посредством определения свойства поверхности с помощью оптической системы, которая содержит поляризационную камеру, выполненную с возможностью получения изображений с высоким разрешением и соединенную с устройством обработки и хранения данных.

Изобретение относится к области экологического мониторинга и может быть использовано для обнаружения нефтяных разливов. Способ обнаружения разливов нефти или нефтепродуктов на поверхности водоема заключается в установке тепловизора на беспилотный летательный аппарат, располагаемый в зависшем состоянии над зоной разлива, тепловизор осуществляет съемку в виде ряда цифровых изображений, которые через приемно-передающее устройство беспилотного летательного аппарата передаются в режиме реального времени на пункт круглосуточного дистанционного наблюдения, где оцениваются параметры разлива нефти или нефтепродуктов.

Изобретение относится к области оптических измерений и может быть использовано для полного определения состояния поляризации света, отраженного от поверхности исследуемого образца.
Изобретение относится к области контроля качества высококлассных поверхностей. В заявляемом способе в качестве разряда используют поверхностный диэлектрический барьерный разряд, локализованный на поверхности одного из двух электродов, одновременно служащего столиком для исследуемого образца материала; диэлектрический барьер выполняют бездефектным и тщательно отполированным, повторяющим конфигурацию поверхности исследуемого образца, плотно прижимают к нему образец, затем приводят в соприкосновение с образцом заостренный конец второго электрода, выполненного в виде стержня из низкокоррозионного проводящего электрический ток материала; подключают питающее напряжение переменного электрического тока, при этом электрическую прочность диэлектрического барьера выбирают превышающей максимальное напряжение источника электрического питания более чем в два раза; для принятия решения о пригодности поверхности твердых материалов используют появляющееся на поверхности исследуемого образца в местах расположения дефектов слабое голубое свечение плазмы воздуха в виде ярких светящихся голубых точек; исследуемую поверхность признают пригодной при полном отсутствии светящихся голубых точек.

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии, и может быть использовано для экспресс-диагностики резистентности и чувствительности к ацетилсалициловой кислоте (АСК).

Изобретение относится к области магнитных и магнитооптических измерений. Способ заключается в том, что исследуемый образец освещают линейно поляризованным световым пучком и измеряют изменение поляризации при отражении, используя разделение отраженного луча на p- и s-компоненты с разложением по амплитуде и фазе, получая на выходе четыре световых пучка.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой спектральный магнитоэллипсометр и предназначено для контроля in situ производства в условиях сверхвысокого вакуума наноразмерных магнитных структур.

Изобретение относится к области пищевой промышленности, в частности к устройству регистрации температуры для измерения температуры сердцевины пищевого продукта и способу управления таким устройством.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано в процессе скважинных измерений. Предложены способы и устройство для распределенного измерения температуры вдоль оптического волновода, размещенного в осевом направлении по отношению к трубопроводу, с использованием распределенного датчика температуры и набора датчиков температуры.

Группа изобретений относится к медицине. Устройство для индукции управляемой гипотермии головного мозга субъекта содержит два криоаппликатора, средство охлаждения хладоносителя, гидравлическую систему, средства регистрации температуры по меньшей мере одного участка тела субъекта и средство управления.

Изобретение относится к способу звукоизоляции оборудования со средствами широкополосного шумоглушения. Способ заключается в том, что звукоизолирующее ограждение устанавливают на перекрытии здания на виброизолирующих опорах, выполненных из упругого материала.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано при тепловых испытаниях печей, применяемых для высокотемпературных обработок материалов, например карбонизации и графитации, для определения температурных полей внутри печи.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано при тепловых испытаниях печей, применяемых для высокотемпературных обработок материалов, например графитации, для определения температурных полей внутри печи.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано при тепловых испытаниях печей, применяемых для высокотемпературных обработок материалов, например карбонизации, для определения температурных полей внутри печи.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к микроволновым радиометрам, и может использоваться в дистанционном зондировании Земли, медицине, поиске радиотепловых аномалий и т.д.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа измерения температуры. Способ включает в себя предварительное построение экспериментальной градуировочной кривой зависимости от температуры величины магнитного поля в точке антипересечения уровней (АПУ) энергии спиновых центров с возбужденным квадруплетным спиновым состоянием S=3/2, содержащихся в кристалле карбида кремния.

Изобретение относится к области оптических измерений и касается оптического квантового термометра. Термометр включает в себя генератор низкой частоты (НЧ), конденсатор, катушку электромагнита, помещенный в катушку активный материал в виде кристалла карбида кремния, содержащий по меньшей мере один спиновый центр на основе вакансии кремния с возбужденным квадруплетным спиновым состоянием S=3/2, источник постоянного тока, синхронный детектор, блок управления, лазер и фотоприемник.

Изобретение относится к почвоведению. Способ выявления и картирования структуры почвенного профиля методом съемки в инфракрасном диапазоне спектра заключается в съемке почвенного профиля радиометром в инфракрасном диапазоне.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к технике измерения физической температуры объекта по температурным изменениям его оптических постоянных, и может быть использовано для дистанционного измерения температуры объекта в промышленности, медицине, биологии, в физических исследованиях и др. Заявлен способ бесконтактного измерения температуры in situ, заключающийся в том, что образец освещают поляризованным светом и измеряют изменение интенсивности при отражении. В процессе измерения регистрируют отраженное от поверхности образца электромагнитное излучение с длиной волны в диапазоне 300-900 нм. Анализируют изменение интенсивности после отражения и находят температуру, решая следующее уравнение: MF, где М - среднее арифметическое данных об интенсивности со всех четырех фотоприемников эллипсометра, зависящее от температуры, F - функция, вид которой зависит от исследуемого материала. Новым является то, что для зондирующего пучка задают состояние линейной поляризации с поворотом 0° и накапливают массив данных для дальнейшего усреднения, а также то, что предложенный способ позволяет измерять температуру образца от температуры 4 K до его термического разрушения. Технический результат - повышение точности измерения температуры in situ независимо от структуры отражающей поверхности и при температурах до 4 K. 2 ил.

Наверх