Устройство для исследования температурных полей

 

Союз Севетскик

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ к летовскомм сеидетильств

«i750294 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 11.04.78 (21) 2603240/18-10 (51)М Клз

G 01 К 11/12 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 230780. Бюллетень Йо 27

Дата опубликования описания 230780 (53) УДХ Ьзб. Ьз (088.8) (72) Авторы изобретения

I0.Ð.Войцеков и М.М.Чернякова (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ

ПОЛЕЙ

Изобретение относится к термометрии, в частности к дистанционному измерению температурных полей, и может быть использовано для тепло- 5 вого контроля радиоэлектронной аппаратуры, а также в других областях науки и техники для исследования температурных полей поверхности объектов, в газовых и жидкост- 10 ных средах.

Известно устройство для исследования температурных полей, содержащее жидкокристаллический экран, чувствительный к температурному полю освещаемый направленным потоком белого света, дополнительный жидкокристаллический экран f1) .

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности, 20 является устройство для исследования температурных полей, содержащее спектральную систему и термочувствительный элемент выполненный на основе оптически неоднородной сме-25 си вещества расположенные между источником белого света и экраном (2).

В этом устройстве спектральная система выполнена в виде двух клиновидных фазовых пластинок, расположен-З0 ных между двумя поляризаторами. Сдвигая относительно друг друга фазовые пластинки, можно изменять набор спектральных линий и интервал между ними выделяемый из спектра белого света, награвленного на термочувствительный элемент, установленный на поверхности исследуемого объекта либо помещенный в исследуемую среду.

Поскольку термочувствительный элемент выполнен на основе оптически неоднородной смеси, он обладает свойством селективно пропускать свет.

Каждому значению температуры 1о в пределах его рабочего температурного диапазона соответствует определенная длина волны света ло, для которой термочувствительный элемент прозрачен. Свет с длиной волны А . свободно проходит сквозь него. Остальные спектральные составляющие термочувствительный элемент рассеивает.

На каждый участок термочувствительного элемента падает свет, содержащий набор спектральных составляющих, выделенных спектральной системой, однако сквозь каждый участок термочувствительного элемента про750294 ходит в лучшем случае одна иэ них.

Может оказаться, что температура некоторых участков термочувствительного элемента такова, что свет с длиной волны 3. О, для которого они прозрачны, отсутствует в наборе спектральных составляющих, тогда эти участки света не пропустят. На экране картина температурного поля представлена рядом линий, разного цвета на черном фоне — изотерм, соответствующих ряду значений температуры.

Недостатком устройства является низкая точность измерения температурного поля, обусловленная зависимостью спектрального состава света (набора спектральных линий) от температуры окружающей среды и мощности светового потока источника света, изменяющих температуру фазовых пластинок и соответственно характер пропускания, что приводит к большой погрешности при определении температур, которым соответствуют наблюдаемые на экране цветовые линии; низкой контрастностью наблюдаемых цветных линий и неоднозначностью, при расшифровке температурного поля, основанной на соответствии между длиной волны света !цветом наблюдаемой изотермы) и температурой, что вызвано тем, что спектральная система выделяет не отдельные спектральные линии, а участки конечной спектральной ширины с синусоидальным характером фронтов; невозможностью наблюдения за эволюцией всего температурного поля в целом, что может привести к упущению ряда перегретых участков, температура которых лежит в промежутке между соседними изотермами, наблюдаемыми на экране.

Целью изобретения является повышение точности измерения температурного поля.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены конденсаторная линза с диафрагмой расположенной в ее фокусе устаноленные между термбчувствительным элементом и экраном, а спектральная система выполнена в виде расположенных последовательно щелевой диафрагмы, двух развернутых встречно призм Цинкера и второй конденсорной линзы, причем между призмами установлена задерживающая диафрагма.

На чертеже приведена оптическая схема устройства.

Устройство содержит источник белого света, включающий в себя лампочку накаливания 1 и конденсорную линзу 2, спектральную систему, состоящую из щелевой диафрагмы 3, двух развернутых встречно призм Цинкера 4, 5, задерживающей диафрагмы б, шторка

7 которой параллельна щели диафрагмы 3, конденсаторную линзу 8, тер5

S0

65 мочувствительный элемент 9,конденсорную линзу 10, в фокусе которой расположена ирисовая диафрагма 11, экран 12.

Призма Цинкера выполнена на основе двух прямоугольных призм из разного материала при условии, что для средневолновой части спектра белого света Я показатели преломления совпадают, и призма Цинкера является плоскопараллельной пластиной, пропускающей свет 3 без изменения направления, но ввиду того, что материал обоих частей призмы имеет скрещенные дисперсии (ЬГ ), свет коротко- и длинноволновой (3iA,Ъ л ) частей спектра белого света отклоняется призмой в разные стороны. Таким образом, луч белого света 13, проходя через призму Цинкера, разлагается в спектр. На чертеже свет, соответствующий средневолновой части спектра, представлен лучом 14, длинноволновой частью спектра 15 и коротковолновой частью спектра 16. Диафрагма б имеет узкую шторку 7, задерживающую в зависимости от ее положения в вертикальной плоскости ту .. либо иную состовляющую спектра, полученного вследствие прохождения белого света сквозь призму 4. С помощью микрометрического винта диафрагму б можно смещать вдоль спектра и тем самым вырезать различные спектральные составляющие. Призма

Цинкера 5 идентична призме 4, но поскольку она развернута встречно по отношению к ней, то собирает в один луч 17 свет, прошедший призму 4 и диафрагму б. Таким образом, луч 17 содержит весь спектр белого света за исключением спектральной составляющей Л, задержанной шторкой 7 диафрагмы б.

Конденсорная линза 8 предназначена для преобразования луча l7 в параллельный . пучок света 18, направленный на термочувствительный элемент 9, установленный, например, в среде, термпературное поле которой подлежит исследованию.

Термочувствительный элемент 9 выполнен на основе оптически неоднородной смеси веществ с близкими в рабочем температурном диапазоне устройства показателями преломления и различными температурными коэффициентами показателей преломления, и селективно пропускает свет. При этом отдельные ецио участки, в зависимости от их температуры, пропускают ту либо иную спектральную составляющую, (С Д . Остальные спектральные составляющие рассеиваются термочувствительным элементом под разными углами.

Конденсорная линза 10 предназначена для фокусировки света, прошедшего сквозь термочувствительный эле750294

Перемещая диафрагму б вдоль изображения спектра, полученного в результате прохождения узкого пуска белого света вырезанного щелевой диафрагмой 3, сквозь призму Цинкера

4, удаляют из спектра белого света одну из его спектральных состовляющих, например, с длиной волны л. .

Длина ее волны определяется положением диафрагмы б. Далее свет, прошедший призму 4, за исключением света с длиной волны и собирается призмой 5 в узкий луч 17. Конденсорная линза 8 преобразует его в широкий параллельный пучок 18, направленный иа термочувствительный элемент 9. Последний на каждом своем участке отфильтровывает из пучка широкого спектрального состава свет определенной длины волны лс, в соответствии с температурой этих участков. Остальные спектральные составляющие проходящего пучка рассеиваются под разными углами.

50 мент 9. Ирисовая диафрагма 11 расположена на фокусном расстоянии от конденсорной линзы 10, так, чтобы ее отверстие находилось на оптической оси устройства. За диафрагмой

11 установлен экран 12, на котором 5 наблюдают цветовое изображение исследуемого температурного поля.

Устройство работает следующим образом.

Термочувствительный элемент 9:. устанавливают на исследуемом объекте либо в среде, температурное поле которой подлежит исследованию. После установления теплового равновесия он повторяет температурный рельеф исследуемой среды, т.е. каждый участок находится при различной температуре в соответствии с исследуемым температурным полем среды (объекта). Вследствие этого каждый участок термочувствительного элемента беспрепятственно пропускает свет определенной длины волны л, для которого совпадают показатели преломления оптически неоднородной смеси, на основе которой он выполнен. Этот свет с длиной волны A =i(t ) проходит сквозь тормочувствительный элемент 9, не изменяя направления, и фикусируется конденсорной лейзой 10 на пересечении фокальной плоскости и оптической оси устройства.

Этот свет проходит сквозь отверстие.диафрагмы 11 и, попадая иа экран 12,дает цветовое иэображение исследуемого температурного поля. 35

Свет, рассеянный термочувствительным элементом 9, отклоняется от первоначального направления, фокусируется конденсорной линзой 10 в иных точках фокальной плоскости и задер- 40 живается диафрагмой. 11.

Свет с длиной волны л О= { t) как не изменивший направление при прохождении сквозь термочувствительный элемент 9, распространяется вдоль оптической оси устройства и фокусируется конденсорной линзой 10 на отверстие ирисовой диафрагмы 11.

Полезный световой сигнал, пройдя сквозь отверстие диафрагмы 11, дает на экране цветовое изображение температурного поля. При этом каждому цвету ло однозначно соответствует определенная температура. Кроме цветовой картины на экране наблюдают черную линию, являющуюся изотермой, соответствующей длине волны Ъ, вырезанной шторкой 7 диафрагмы б из спектра белого света. Черной линии соответствует изотерма 4, гдето =1(й ).

Черные участки на цветовой картине поля соответствуют тем: участкам термочувствительного элемента темУ пература которых равна t.. Они прозрачны для света с длиной волны Л, а остальной свет рассеивают. Поскольку свет с указанной длиной волны удален из пучка, направленного на термочувствительный элемент 9, с помощью шторки 7, то участки элемента 9 с температурой 1 вообще не пропускают света. Этим участкам соответствует черная линия на экране.

Продвигая диафрагму б с помощью микрометрического винта вдоль спектра, наблюдаем на экране в виде черных линий изотермы, соответствующие различным температурам, и одновременно контролируем все температурное поле в виде цветовой картины.

Микрометрический винт снабжен масштабной шкалой, позволяющей определить положение шторки диафрагмы б.

Предварительная градуировка устройства позволяет связать длину волны Я спектральной составляющей, задержанной диафрагмой б, с делениями на масштабной шкале, а по градуировочному графику элемента 9 определить температуру 1, которой соответствует наблюдаемая на экране 12 изотерма.

При исследовании непрозрачных объектов на заднкю стенку термочувствительного элемента 9 наносится зеркало отражающее покрытие. При этом термочувствительный элемент работает в режиме отражения, свет проходит сквозь него дважды, отражаясь от зеркального покрытия, что способствует повышению контрастности визуализированной картины температурного поля.

Использование устройства позволяет повысить точность теплового контроля исследуемых объектов и сред.

Поскольку на экране наблюдается контрастная изотерма, с высокой точностью определяющая участки объ750294

Формула изобретения

Составитель В.Голубев

Редактор H.Êîçëoâà Техред И. Асталош Корректор Г.Решетник

Заказ 4620/32 Тираж 713 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 екта с температурой, а кроме нее

1 цветовая картина температурного поля всего объекта в целом, устройство позволяет контролировать в динамике изменение температурного поля всего объекта при повышенной точности фиксации участков объекта с темрой 4

Устройство для исследования температурных полей, содержащее спектральную систему и термочувствительный элемент выполненный на основе оптически неоднородной смеси веществ расположенные между источником белого света и экраном, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения температурного поля, в него введены конденсорная линза с диафрагмой расположенной в ее фокусе, установленные между термочувствительным элементом

5 и экраном, а спектральная система выполнена в виде расположенных последовательно щелевой диафрагмы, двух развернутых встречно призм

Цинкера и второй конденсорной линзы, причем между призмами установлена задерживающая диафрагма.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 402765, кл. G 01 К 11/12, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 415515, кл. G 01 К 11/12, 1971 (прототип).