Устройство для измерения распределения температуры поверхности

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (53)М. Кл

G 01 J 5/44 (22) Заявлено 22,02.79 (2t) 2729850/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Государственный иоиитет

СССР вв ямам изобретений и открытий

Опубликовано 23,12.8Я Бюллетень ¹ 47 (53) УДК 536. 52 (088.8) Дата опубликования описания 251280

P2) Авторы изобретения .

A. К. Полонин„ В. Е. Карпов, В. М. Варик (73) Заявитель

Минский радиотехнический институт (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ

Изобретение относится к радиационной пирометрии и может быть использовано для измерения распределения температуры по поверхности, например полупроводниковых иэделий. S

Известен резистор теплового потока, содержащий теплопоглощающий элемент и два теплоприемника, причем упомянутый элемент выполнен в виде пластины из материала, который дефор- ® мируется относительно первоначального состояния, сохраняет деформируемое состояние в определенном диапазоне температур и возвращается в первоначальное состояние при определенном !S изменении температуры Щ .

Недостатком этого резистора является невысокая точность измерения, обусловленная низкой разрешающей способностью теплопоглошающего эле- 20 ,мента.

Известно устройство, реализующее способ измерения распределения температур, рассеиваемых источником тепла, которое материализует пространство, 25 окружающее источник тепла, путем введения теплопоглощающего элемента, например сетки, изготовленной из материала с большой теплопроводимостью и осуществления пелетермографии в 30

2 инфракрасной области спектра по всей поверхности сетки )2).

Недостатком данного устройства asляется невысокая точность измерений, обусловленная дискретностью анализа поля температур поглощающим элементом, выполненным в виде сетки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения распределения температуры поверхности, содержащее оптическую систему, которая собирает инфракрасное излучение и направляет его на термоупругий элемент, например слой жидкости, помещенной в кювету, деформируемой в зависимости от интенсивности этого излучения, а так же блок регистрации тепловой деформации f3).

Существенным недостатком этого устройства является низкая точность измерения, обусловленная влиянием внешних воздействий (ударная вибрация, акустические волны) на распределение поля поверхностных смещений термоуп- ругого элемента, кроме того на точность измерения влияет разрешающая способно."-.ть по температуре, обусловленная текучими свойствами термоупругого элемента.

789691

Цель изобретения — повыаение точности измерения распределения температуры поверхности за счет увеличения разрешающей способности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве измерения температуры поверхности, содержащем оптическую систему, термоупругий элемент, чувствительный к инфракрасному излучению и блок регистрации поля тепловой деформации, упомянутый термоупругий элемент выполнен из сегнетоэлвктрического материала с мелкодоменной структурой и помещен в тврмокамеру.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства, Устройство для измерения распреде- 1$ лвния температуры поверхности содержит оптическую систему 1, термоупругий элемент 2, помещенный в термокамеру

3, блок 4 регистрации поля тепловой деформации, в который входит источник я

5 монохроматического света, поворотное зеркало 6, светоделитель 7, опорное зеркало 8, линза 9, голограмма

10 термоупругого элемента, поворотное зеркало 11 и линза 12. 2$ Рассмотрим основные функции, выполняемые каждым иэ структурных элементов устройства °

Оптическая система 1 представляет собой линзу, прозрачную для инфракрасного излучения. Она собирает это излучение от поверхности объекта.

Термоупругий элемент 2 установлен в фокусе системы 1 и представляет собой тонкую, порядка 1 мм, сегнетоэлектрическую пластину с мелкодоменной структурой. Домены имеют размер порядка десятых долей мм и обладают большой подвижностью друг относительно друга.

Термокамера 3 позволяет поддержи- 4Я вать стабильной температуру, равную .температуре Кюри (температура фазового перехода сегнетоэлектрика), в которой подвижность доменов максимальнаа

Формула изобретения

Устройство .для измерения распределения температуры поверхности, содержащее последовательно установленные оптическую систему, термоупругий элеч, мент, чувствительный к инфракрасному излучению и блок регистрации поля тепловой деформации, о т л и ч а ю щ eе с я тем, что, с целью повышения точности измерения эа счет увеличения разрешающей способности, устройство снабжено термокамерой, в которой установлен термоупругий элемент, выполненный из сегнетоэлектрического материала с мвлкодоменной структурой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе вО 1. Патент США 9 3905228, кл. G 01 K 17/00, 1976.

2. Заявка Франции 9 2354546, кл. G 01 К 11/00, 1977.

3. Заявка Франции 9 2081937, кл. G 01 J 5/00, 1972 (прототип).

Блок 4 регистрации поля тепловой деформации представляет собой оптическую систему, образованную измерительным и опорным каналами. Измерительный канал образован последовательно установленными и оптически связанHhIMH источником 5, поворотным зеркалом 6, светоделителем 7, поворотным зеркалом 11, линзой 12, термоупругим элементом 2, от которого отраженный свет попадает на регистрирующий элемент, который представляет собой голограмму 10 термоупругого элемента 2.

Опорный канал образован последовательно установленными и оптически связанными источником 5, поворотным зеркалом 6, светоделителем 7, опорным зеркалом 8, от которого отражен1 ный свет попадает на голограмму 10.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Перед измерением термокамерой 3 создают температуру фазового перехода для данного типа сегнетоэлектрического материала, из которого выпол нен термоуцругий элемент. В течение всего измерения температура в тврмокамере 3 поддерживается постоянной, что позволяет обеспечить максимально возможные значения.подвижности доменов и коэффициента теплового расширения.

Оптическая система 1 формирует тепловое изображение объекта, которое накладывается на термоупругий элемент 2.

Распределенное тепловое поле изображения вызывает пропорциональное температуре распределение поля тепловой деформации элемента 2, которое визу ализируется блоком 4 регистрации следующим образом. Деформация элемента

2 вызывает изменение отраженной им фазы световой волны, относительно фазы этой волны, отраженной от недеформированного термоупругого элемента 2.

Это приводит к появлению интерфврвнционных полос на голографическом изображении термоупругого элемента

2, восстанавливаемого голограммой 10, по которым судят о распределении поля тепловых деформаций, которое пропорционально распределению поля теьжвратур.

При этом количественная величина тепловой деформации в любой точке температурного элемента 2 определяется числом интврфвренционных полос, исходящих иэ этой точки. Так как цена деления интерфервнционных полос составляет 0,2-0,3 мк, это обеспечивает высокую чувствительность измерения тепловой деформации термоупругого элемента 2, что повышает точность измерения температуры поверхности объекта.

789691

Составитель В. Зуев

Редактор Л. Кеви Техред А.Щепанская Корректор O.Билак

Заказ 9021/35 Тираж 713 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4