Устройство для регулирования температурного распределения на поверхности объекта

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(Д) 0 05 Р 23/27

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3606577/18-24 (22) 10.06.83 (46) 15.10.84. Бюл. гг 38 (72} Н.И.Домаренок, A.Ï.Äoñòàíêo, Е.Г.Паперно, И.Г.Мороз и Л.С.Бертош (71) Минский радиотехнический институт (53).621.555.6 (088.8) (56) 1. Система для прецизионного измерения и регулирования температуры. — "Измерительная технйка", 9 1, 1974, с. 72-74.

2. Патент СССР гг 303812, .кл. 0 01 К 9/00, 1971.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 991182, кл. 0 01,т 5/14,1982 (прототип). (54 ) (57 ) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

НА ПОВЕРХНОСТИ ОБЪЕКТА, содержащее последовательно соединенный инфракрасную оптическую систему, инфракрасную телевизионную камеру и блок видеоконтроля, а также блоки выбора точек на телевизионном растре, блоки выделения видеосигнала, блоки сравнения и блок. управления нагревателями,.причем выходи блоков выбора точек на телевизионном растре соединены соответственно с входами управления блоков выделения видеосигнала и инФормационными входами блока видеоконтроля, входы видеосигнала блоков виделения видеосигнала соединены с выходом видеосигнала инфракрасной телевизионной камеры, синхровыход которой соединен с синхровходами блоков выбора точек на телевизион,,sU„„3115977 A . ном растре, выходы блоков сравнения подключены к входам блока управления нагревателя, на выходе которого включены нагреватели, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены оптический модулятор, состоящий из оптических фильтров и системн управления их положением с синхровходом и синхровыходом, а также блоки перемножения, число которых в два раза больше числа блоков сравнения, лричегл оптические фильтры включены между выходогл оптической инфракрасной систегы и входом инфракрасной телевизионной камеры, синхровыход которой соединен с синхровходом системы управления положением фильтров, а синхровыход системы управления положением фильтров — с синхровходами. блоков выделения-видеосигнала, пер-: вые входы каждого блока перемножения соединены с первыми выходами соответствую <их блоков выделения видео сигнала, вторые входы блоков перемно-. жения соединены соответственно с вторыми выходами других блоков выделения видеосигнала, а выходы блоков перемножения соответственно соеди1нены с входагли блоков сравнения.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения за счет формирования температурного по" ля различной конфигурации, вторые входы блоков перемножения соединены между собой в соответствии с заданным законом поверхностного распределения температурного поля.

1118977

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для регулирования температуры в нескольких очках поверхности объекта одновреиенно по тепловому излучению объекта.

Известна система для прецизионного измерения и регулирования температуры, содержащая инфракрасный объектив, оптический клин с неодинаковым изменением прозрачности в двух различных участках спектра теплового излучения, устройство корректировки и переключения температурных поддиапаэонов, модулятор потока излучения и фотодетектор (1) .

Недостаток системы — невозможность ее применения для регулирования температурного распределения одновременно в двух и более точках вследствие того, что данная система имеет всего один канал для измерения и регулирования температуры.

Известно устройство, содержащее инфракрасную камеру, электронно-лучевую трубку и,видеоусилители между ниии с ручным установочным приспособлением для регулирования яркости иэображения. (2) .

Недостатком данного устройства является низкая точность регулирования температурного распределения вследствие субъективности такого регулирования, а также вследствие того, что при регистрации устройством тепловых потоков не учитывается неравномерность чувствительности фотомишени передающей трубки инфракрасной камеры и неоднородность поверхности исследуемого объекта по иэлучательной способности.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее последовательно соединенные оптическую систему, инфракрасную телевизионную камеру и видеоконтрольное устройство, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входами двух блоков выбора точек на телевиэионнои растре и входами двух блоков выделения и измерения видеосигнала в заданных точках, причем выходы первого и второго блоков выбора точек соединены соответственно с вторыми входами первого и второго блоков выделения и измерения видеосигнала, выходы которых, в свою очередь, соответственно соединены с первым и вторыи входами блока сравнения, а выход блока сравнения соединен .с нагревательным устройством (т,е. блок сравнения одновременно выполняет . функцию управления мог,ностью нагревательного устройства} <3) .

r.

Недостатком устройства является йизкая точность регулирования теиттературного распределения, связанная с неравномерностьв чувствительности фотомишени телевизионной передающей трубки телевизионной камеры и неоднородностью поверхности нагреваемого объекта по излучательной способности.

Цель изобретения — повышение точности.

Цель достигается тем, что в устройстве для регулирования температур"ного распределения на поверхности

10 объекта, содержащее последовательно соединенные инфракрасную оптическую систему, инфракрасную телевизионную камеру и блок видеоконтроля, а также блоки выбора точек на телевиэион15 ном растре, блоки выделения видеосигнала, блоки сравнения и блок управления нагревателями, причем выходы блоков выбора точек на телевизионном растре соединены соответственно с входами управления блоков выделения видеосигнала и информационными входами блока видеоконтроля, входы видеосигнала блоков выделения видеосигнала соединены с выходом видеосигнала инфракрасной телевизионной камеры, синхровыход которой соединен с синхровходами блоков выбора точек на телевизионном растре, выходы блоков сравнения подключены к входаи блока управления нагревателя, на выходе которого включены нагреватели, введены оптический модулятор, сосгоящий из оптических фильтров и сис темы управления их положением с синхровходом и синхровыходом, а так35 же блоки перемножения, число которых в два раза больше числа блоков сравнения, причем оптические фильтры включены между выходом оптической инфракрасной системы и входом инфраgg красной телевизионной камеры, синхровнход которой соединен с синхровходом системы управления положением фильтров, а синхровыход системы управления положением фильтров соединен с синхровходами блоков выделения видеосигнала, первые входы каждого блока перемножения соединены с.первыми выходами соответствующих блоков выделения видеосигнала, вторые входы блоков переиножения соединены.соответственно с вторыми выходами других блоков выделения видеосигнала, а выходы блоков перемножения соответственно соединены с входами блоков сравнения.

Кроме того, с целью расширения области применения эа счет формирования температурного поля различной конфигурации, вторые входы блоков. перемножения соединены между собой

6О в соответствии с заданным законом поверхностного распределения температурного поля.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства для регулирования температурного распределения на по1118977

15.

I l п

U gi< н <, н 7«

< Q << 7 н„, u„.

55

60 ерхности объекта; на фиг.2 — вариант подключения блоков перемножения, позволяющий формировать с помощью устройства температурные поля различной конфигурации.

Устройство для регулирования температурного распределения на поверхности объекта содержит инфракрасную оптическую систему 1, оптический модулятор 2, состоящий из оптических фильтров 3 и системы управления их положением 4, инфракрасную телевизионную камеру 5, блок 6 видеоконтроля, блоки 7 — 9 выбора точек на телевизионном растре, блоки 10

12 выделения видеосигнала, блоки 1316 перемножения, блоки 17 и 18 сравнения, блок 19 управления нагревателями, на выходе которого подключены нагреватели 20, передающие тепловую энергию объекту 21 регулирования.

Устройство работает следующим образом.

Тепловое излучение от объекта 21 регулирования через оптическую систему 1 и один из фильтров 3 оптического модулятора 2 попадает на фоточувствительную мишень инфракрасной телевизионной камеры 5, синхронизирующей работу всего устройства. Сформированный ею сигнал поступает на вход видеосигнала блока 6 видеоконтроля, на экране которого наблюдают . телевизионное иэображение теплового распределения на поверхности объекта 21 регулирования. Смена оптических фильтров 3 оптического модулятора 2 производится синхронно с частотой телевизионных кадров благодаря поступлению на его синхровход синхроимпульсов кадровой развертки телевизионной камеры 5. Синхронизи- 40 рующие импульсы строчной и кадровой. частоты управляют также работой блоков 7-9 выбора точки на телевизионном растре, которые с помощью своих выходных импульсов формируют на эк- 45 ране блока 6 видеоконтроля яркие метки, указывающие на те точки поверхности объекта 21, температуры которых регулируются. Эти же импульсы управляют работой блоков 10-12 выделения видеосигнала, которые с помощью аналоговых ключей выделяют из обще- . го видеосигнала, поступающего на аналоговые входы, короткие видеоимпульсы, соответствующие только выбранным точкам на телевизионном изображенин объекта. Далее эти видеоимпульсы разделяют между собой в зависимости от того, какому спектральному участку теплового излучения объекта они соответствуют. Это осуществляется с помощью электронных коммутаторов, входящих в состав блоков 10-12 выделения видеосигнала и управляемых синхроимпульсами от оптического модулятора 2. Разделенные видеоимпульсы с помощью пиковых детекторов преобразуются в аналоговые сигналы, величина напряжения которых U и « пропорциональна выделенным с помощь7< оптического модулятора спектральным

7 плотностям теплового излучения объек<та Я " r(Ai Т).и f г(,Т). Напряжение сигналов, формируегг7лх блоком 10 выделения видеосигнала на первом и втором выходах, принимает значение

1 < соответственно U, и «<77 ° Такие же сигналы, но соответствующие другим контролируемым точкам объекта, фор мируются на первом 10 и втором 12 выходах блоков выделения видеосигнала. Напряжения этих сигналов принимают значения соответственно

« г

«» ° ° ° U> °

Так как равенство цветовых температур для двух разных точек по" верхности исследуемого объекта будет определяться равенством отношений соответствующих сигналов то равенство этих же температур будет справедливо и при равенстве произведений соответствующих сигналов: г г ц„в„«.„, и„--...=и„u„,ö,.u„, Функцию перемножения сигналов и и

« < «г<7 и «м «г<г выполняют соот ветственно блоки 13 — 16, .а функцию сравнения произведений выполняют блоки 17-18 сравнения.При невыполнении условия равенства цветовых температур в контролируемых точках на поверхности объекта на выходе блоков 17-18 сравнения ноявляются сигналы, в соответствии с амплитудой и полярностью которых блок 19 управления нагревателями 20 создает такой режим их работы, при котором цветовые температуры в указанных точках полностью уравняются.

В некоторых случаях может появиться необходимость не поддержания равномерности температурного поля на поверхности нагреваемого объекта, а формирования температурного распределения с заданным профилем. На фиг.2 представлена схема подключения блоков 10 — 12 и 13 - 16, позволяющая осуществить эту возможность.

При этом в блоке 19 управления нагревателями нужно предусмотреть не» сколько независимых каналов регулирования мощностью нагревателей 20, которые будут создавать независимые друг от друга температурные зоны на поверхности технологического объекта 21, к которым в свою очередь будут "привязываться" другие зоны регулирования температуры.

1118977

Введение в устройство новых блоков оптического коммутатора 2 и блоков 13 — 16 перемножения, по срав.нении с (3), позволило использовать метод спектральных отношений для регулирования температурного распределения на поверхности объекта, частично исключающий методическую погрешность регулирования из-за неоднородности по излучательной способ.ности поверхности нагреваемого объекта и полностью исключающий погрешность из-эа неравномерности чувствительности фотомишени телевизионной переданицей трубки телевизионной камеры — датчика — преобразователя температурного распределения.

1118977 ! ! ! 1 !

Фиг. Я

Составитель Г.Хрейман

Редактор A.Påâèí Техред М.Тепер Корректор И.Муска

Закаэ 7451/34 . Тираж 841 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

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