Устройство для измерения температуры
Изобретение относится к тепловизионной пирометрии и может быть использовано в системах контроля и управления термическими процессами. Целью изобретения является повышение точности измерения. Сущность изобретения заключается в проецировании на фотопреобразователь изображения ( ФПИ ) 4 совместно с изображениями объекта и опорного источника излучения изображения дополнительного стабильного источника излучения ( ДСИИ ) с яркостью, отличной от яркости опорного источника излучения привязки видеосигнала к уровню опорного, с помощью блока привязки 6, выделении уровня сигнала от ДСИИ с помощью блока 9 и регулировании коэффициента передачи видеотракта тепловизора таким образом, чтобы этот сигнал поддерживался на постоянном уровне, что, в свою очередь, может осуществляться путем изменения коэффициента усиления видеоусилителя 5 либо изменением чувствительности ФПИ 14. В случае использования в качестве ФПИ фотоприемника с электронным сканированием ДСИИ может быть расположен непосредственно на фоточувствительной поверхности ФПИ. Изобретение позволяет устранить влияние температурной нестабильности чувствительности видикона на точность измерения температуры. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
СОЮЗ СОЭЕТСНИК
СОЩЮЛИСТИЧЕСНИК
РЕСПУбЛИН (19) (И) А1 (51) 5 С 01 Л 5/10
ОПИОЛНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННИЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОбРЕТЕНИЯМ И ОТИРЬГГИЯМ
ПРИ ГННТ СССР (46) 23. 01. 93. Бюл „Р 3 (21) 4151628/25 (22) 25.11.86 (71) Минский радиотехнический институт (72) В,М.Марченко, Ю.Ч.Гайдукевич, .Н,И,"Домаренок и А.П,Достанко (56) Патент США.И 3718757, кл. Н 04 N 5/26, 1972.
Патент США Р 3909521, кл. Н 04 N 5/38, 1974. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к тепловизионной пирометрии и.может быть использовано в системах контроля и управления термическими процессами.
Целью изобретения является повыщение точности измерения. Сущность изобретения заключается в проецировании на фотопреобразователь иэображения (ФПИ)
4 совместно с изображениями объекта и опорного источника излучения иэображения дополнительного стабильного источника излучения (ДСИИ) с яркостью, отличной от яркости опорного источника излучения привязки видеосигнала к уровню опорного, с помощью блока привязки 6, выделении уровня сигнала от ДСИИ с помощью блока 9 и. регулировании коэффициента передани видеотракта тепловизора таким образом, чтобы этот сигнал поддерживался на постоянном уровне, что, в свою очередь, может осуществляться путем изменения коэффициента усиления видеоусилителя 5, либо изменением чувствительности ФПИ 4, В случае использования в качестве ФПИ фотоприемника с электронным сканированием
ДСИИ может быть расположен непосредственно на фоточувствительной поверхности ФПИ. Изобретение позволяет устранить влияние температурнОЙ нестабильности чувствительности видикона на точность измерения температуры. 1 э.п. ф-лы, 2 ил.
; «О ЛТ(H 8 Oli, И !ЕСl1 f > i! Т f i!>> l l! >1(>(! f1(> К ", (П)!О РИ ЗИ :::1! (11 t!1! (>ом > 1 f 1! l! < г (с пе !11(< l >П Гf>O)ll IIII J",!e >1((>! 1! TetIJIOBOI O РаСПРЕ» .".(«Лл «и ll(l рх«асти объекта, Изоб)P ° .:И;(Е If())Fe T i)E>lòl> И(IIOJlhao«a«0 В <1!стенах ко«т <>((Кl!М(! Ilj)011(«a. i!I f! f 0 СТ Р(.. «И f)oJtII и управления термиссами F! MeTaJIJIyprv», и, полупроводниковой и, технологии микротермохимическом и степромышленпост знс ктронпки, КОЛ),«ОМ ПРОИЗ ((ель!О иэоб) 1)ОДСТ(>(. (>e TefIItff является повь110 li;<, .йие точ!(ости иэмере«ил, а также f5 у,<В! 1,!!1енп(габаритон устройства и У«РОЩЕ«И(. Го 1со!!С РУКПИИ, ((a фиг,i поки.н!«а схема устройства „>...*. Iiçìåpe !i! Iл l (It! <> ра ту()ы; ив фиГе 2 (зоС раже«!1 градуировочные характе- 20 pltc тики T()M(1срс(туpa cflt f1aJI у.:!ройство сoJlержит тепловизиочную камеру 1, состоящую из опорного источника иэлуче!1ия 2, дополнительHoI о стабиль«ого источн<нка излучения 3, оптически связи«ных с фотопреобра-,. з(1)отелем из(>бр«же«ия 4, выход которого coeJIII»et! с первым входом видеоусil;!11!.01;л 5, Зь)ход видеоусилителя ) сoi (иl:ен с первым входрм блока при- 30 Влзкп 6, «а второй вход которого поступает сигнал со второго выхода с11«хроге(!ератора 7, пе рный выход которого coelll!lie!! с синхровходом фото" и(:; nC)paзо11ателл изображения 4 и с F) o;(с)11 с>.(!ока с(формирования стробирующих IIMIIyJII в, выход которого соеВходом C)JJQKa 9 выде:!е«ил сигнала от дополнительного стабиль«ого источника, первый вход кото-((0 рогo соединен с вьг одoM блока привязки 6„а выход со входом блока 10 ре гул;!ровки коэффи1, (<ента передачи нипеотракта, Выход которого соединен со вторым входом Видеоусилителя 5. Выход блока прпнлзки 6 связан также с первым входом видеоконтрольного устройства 11 и входом электронноВычислительного устройства 12, Выход з:.!с.ктрон«о-вычислительног0 устройст50 ви 12 с)<лза«со 1. торым входом видео) cIt TponbFfor o устройства 11. О(10рный источник излучения 2 может быть ныпо(!)(е)1 в виде светодиода иnH лампочки ника:п(на)(ил, Но если пр «ять уровень опор!10й освещенности, f: i!>l ым «уJI<) т. е. пр! Влзку в1!леосиг1:. Ла ПРои- ПОЛИТ), К T(l t!I<>110> ТОХУ, i o,> >.. " >i ) <, > (>Ь!i! >< jI« l! i j « . . Э» (> 1!< j>i!P >... l«p1 f! р;Iстра фут>)il f>t с принс>!>ат(;л и: с)Г раже: пл 4, .ели В качестве фо-0IIpe(>б J)а .10«аTCJIЯ 11зОf>f ажв«11л испол! э ют g>o TotlpiteMIIIII. Г .)Jtef< Tpoff !if»t ска«прона«ием, то затем«с«1<ый участок можа т быть сформирован путем «як)1еивания непрозрачной для светового потока по(!оски бумаги или фольги на часть фоточувствительной поверхности фотоприемника. В качестве дополнительного стабильного источника излучения 3 может бь1ть использована, например, микролампочка накаливания, питаемая от стабильного источника. ((>отопреобразонатель изображения 4 предназначен длл преобразования тепJIoBoI распределения на поверхности объекта в электрический сигнал (видеосигнал) и содержит в себе опти" ческую систему и фотоприемник. При использовании одноэлементного фотоприемника пространственное разложение изображения осуществляется оптико-механическим способом с помощью вращающихся (колеблющихся) оптических элементов (призм, зеркал и др .) оптической системы. 8 случае использования фотоприемников с электронным сканированием изображения, например телевизионных передающих трубок, полупроводниковых фотоприемников на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС), на фоточувствительную поверхность фотоприемника оптическая система проецирует сразу все оптическое иэображение, а его разложение осуществляется электронным способом путем последовательного считывания сиг» нала со всех элементов фотоприемни" ка. В таком варианте исполнения фотопреобразователя имеется возможность подавать излучение опорного 2 и дополнительного стабильного 3 источников непосредственно на небольшие участки фоточувствительной поверхности фотоприемника, например, с помощью полых зеркальных или гибких стекловолоконных световодов. Зто упрощает процесс измерения и конструкцию устройства. Устройство работает следующим образом. Тепловое изображение объекта FIpoецируется на фотоприем!!ик фотопреобразователя изображения 4, ifa,", отопр!1емник проецируетсл T«1:»: !<.. (pл («пл 0 11 с р i! n . с< с си с с ! я i 1 с ! ! 2 If ЛОСОС)К1)ТP !! ° !!01 С ГРП!! !." 1! С !)С ТОЧКИ" кя ))3.)c )е)и)л ;, Гя тя 1 .; !)реобраэователя и.!0<)Dяжения 4 сгп)хронизируется И ПЕРВОКЯЧЯЛЬнаЯ ГРЗДУИРОНСЧНЯЯ Характеристика 13 изменяет СB..."-. г!< жжение (кривь)е 14 или 151 . С помо QE E< привязки видеосигнала к уров .E<) OI!оркого сигнала U,„ OT опоркогг ) ст чника и-.ë <÷åHHB с эквивалентно-. темпера«урой Т „ кривь!е 14 и 15,можно 45 совместить в оркои точке с I)epBoffaчя )ькой грядуировОчной xBpB "T< p!!c - и кой 13, возвратив их в точку А, Таким образом "восстановленные" с. помощь)о привязки к Ог)арному источнику излучения градуигово)нь!е хяряктерчс-, тики займ "т положение кривой )6 либо 1 /, <10 лри лересс!ете ям!1л! . <у;)е! г-)lll<10 сигнала U B темг)ературу Т, о т ким "восстановленным" градуирзвочH )м хлрактеристикам будет возникят;. Л<)греп)НОСТЬ СВЯЗЯННсяя C MVJ)hTHH.: )!! с )ИВНЫМИ ИЗМЕНЕНИЯМИ В TPB Ei TP фо Р с. Г РЯ НИЯ И ПРОХО.:;ДЕКИЯ ВНДСОСИГ))Я:)Я, );: бь! ПОЛНОСТЬЮ BOCCTB!IOBHTb ГР )t 1 скОЧ» CHI HB !n!1 ) OC ТУ)11!< !T!!+ . с! Я ЕГО ВХОП С ПЕP)101 0 Bi 1;<)ЛГ! С>)НХГ0< E!CPЯ ГЗПЯ, )Тот сигнал синхронизирует также pBC01 у блок Я <3 форми ро в Я H 1))I строб ирую))11)х имп чсльc n!i, 13ffglpo C;i Гкап с вь<хОДЯ фо топреобрязователя изображения 4,харакTBpH3óêã)ff гепловое распределение на поверхности объект<) и содержащий в себе сигкллы От о)!Орного источника И3ПуЧЕ))И)1 2 И с<10 Г)ОЛН))ТЕЛЬНОГО СТябильногс Hcточника излучения 3, проходггг )срез нидеоус !литель 5 и постуl1cB г ня г:ервый н::.од блока привязки 6, 11Я второй вход блоxQ привязки постуПB: îT импульсы, B<) Hремя действия коТОРЫХ ti .Iс!ОИ.3 ВОТ!1!Тс)с ПРИВЯЗКЯ ВИДЕО сигналя к ypoBtH!> сигнала от опорного исто-и!Пка излучения. С выхода блока привязки гр.)1)язя»ный видеосигнал подается на первый вход видеококтрольного устройст)я )1, вход злектронновычислительного устройства 12, а также НЯ )lервый вхОД блока 9 выделеH1isI сигкЯля 0 Г,i 6еп)ьнО г0 ис 1 оч НH! !i и 3.Г)уче нин на BTo р<)й вход которого !) ; -.йс: )пьз ТЯ. .Ой отр;!1;ятельной обратной связи сигнал От лс и< лнительного стабильного источи:!КЯ излучения постоянН0 поддер;::.Пвяет".л ст >ого равным заI д"-.ííîìó, Таким Об р::.-,Ом осуп)ествляется СТЙ бнс.иэ "!Ьзlя О Oi,ф!1)11)Е и ТЯ ПЕрЕДЯЧИ всei о тракта .-:1!><.". )E i))!El и обработки сигнал я От Oil т! )еГ !<01 o входа фотОпре образов = Tpf1!1 дг 1!Кг ля злектрокноD) F ислите.!.:1)ог0 I ст))<))tcTBB 12, котор08 Осу!))ЕСТВс)))ЕТ 1)) C К <) Х с 0 Г) Е p X E! O C 71) 0 б Ь С Ь Т с! . 1 .1 C С Ч 1! Т я Н НЫЕ З))ЯЧЕ !)1!I Т< !Г)с<. )lЯТУРЬ! 11)BÎIIЯТ(EI 1: 1)И<с) ОНОМ Bi)ËB НЯ ЗКРЯК ВИДЕОКОНТP0."l!.1!ОГО cтPnl! сТВВ в с.!) " ебнУю 90Hv с 1)редDOже н!IE t Явтсмя-ичесKOft стабилизации чувствительности измерительного тракта Tel)ловиэоря путем введения Обратной сВН ЗИ ПО сГсОВ11!О СИГНаЛа От ДОПОЛНИтЕЛЬ-. ного стабильного источника излучения Hc3B0!i11PT обеспечить временнув и температyрнy стабильность и однозначность. предвярителько полученных градуировочных характеристик "температура-сигнал . Это можно пояснить графически, Ня фиr,2 и3n".pëх;е«я грг)дуировочняя характеристика 13 тепловизора, с помои).к) которой, иэмерип амплитуду видеосигнала U„ можно оценить значение температуры объекта Т в точке ня еГО изображении, Для котОрОЙ измерена амплитуда видеосигнала, Эта градуировочкяя характер))стиха снимается предварительно г)еред измерениями, например. по модели черного тела и может периодически между измерениями поверяться, Частота поверок 30 или пер:градуировок =,BBHС))т От cTàáèëB)f0сти во времени чувствительности при tE!HI(B излучения и парямет ров Bидеоусилителя гспловизора. При HЗМЕ iЕН !И !ЕМсЛPРЯТУPI ОКDУжЯУРЕй СРЕ 35 дь. H.,H л"зогреве блока 9 иэ еняется температура фотопреобрязов ателя изобР 14 )0) >эs;>» ",:Ят>nv >> 1>», >!>ку >трит>лавин >>> В точ>..е Л, nес>с кoцимо ее pà:>Båp»óòb с>тиоеитeJ».ис> )то>т же точки., т, е, привязать е»>е к одной точке, например В. Цл>т этого к водится допот>нительный стабильный источник излучения с эквивалентной те>>пера>ypo>i Т „ „, отличной от Т,„ „, и вттдеосигнял Uc„ от него поддержи >ается на >тостояныом уровне, Это осуществляется путем регулиров>си коэффициента передачи ви".> ДЕОТРЯКТЯ ТЕПЛОВИЭОРЯ, ЧТО ПРИВОДИТ к повороту кривых 1б и 17 относительно ",î÷êè Л до полного совпадения 15 этих кривых с характеристикой 13 В точке В, Если в фотопреобразователе использог)аii фотоприемиик, чувствительность которого л>ожет регулировятьсл электро>итым способом (напрттмер, путе» изменения ияпрлл<е>тия иа управляющем входе} то регулировку коэффициента Р \Я передачи видеотрякта лучше производить, регул>тру>т чувствт>тельность фотоприемника. Б этом случае можно использовать видеоусилитель беэ электро>зной регулировки усиления, а выход блока 10 регулировки коэффициента JJe- З-о р едачи Виде отра кта необходимо соединить с упра>зляющим Входом фотопреобразоиателя, Это упрощает схему, видеоусилителя, 35 При использовании в фотопреобраэовятеле изображения фотоприемника с электронным сканированием дополнительный стабильный источник 3 {а также и Опорный источиик 2) излучения 40 лтальтх размеров л>ож>то укрепить непосредственно на фоточувствительной сс поверхности фотопреббразователя в спещ4йльной Оправе > >тяпрявля)с>щеи его излучение лишь иа небольной уча- сток фоточувствительной поверхности. . Для няпрявления излучения дополнительного стабильного источника 3 мо».eò быть использован также гибкий тонкий световод. Такие частные варианты выполнения устройства позволяют в ряде случаев у>тростить его конс рукцию и расширяют область Возможного его применения. I> В 6 ! 1> о р и у л Я и з о б р е т н» 1, Устройство для измерения температуры, содержашее тепловиэиоиную *сял>еру, состоящую из фотопреобразовятеля изображения, оптически связанного с ним опорного источника излучения, видеоусилителя, первый вход которого соединен с выходом фотопреобразователя изображения, синхрогенератора, первый вь>код которого соединен с синхровходом фотопреобразователя изображения, и блока привязки, первый вход которого соединен с выходом видеоусилителя, второй вход— со вторым выходом синхрогенератора, а выход с первым входом Видеокрнт- > рольного устройства и входом электронно-вычислительного устройства, выход которого соединен со вторым входом видеоконтрольного устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него включены дополнительный стабильный источник излучения, оптически связанный с фотопреобразователем изображения, блок формирования стрОбиру>Ощих импульсоВ ВХОД кОторО го соединен с первым выходом синхрогенератора, блок выделения сигнала от дополнительного стабильного источника излучения и блок регулировки коэффициента >тередачи видеотракта, причем первый вход блока выделения сигнала от дополнительного стабильно" го источника иэ.>>учения соединен с выходом блока привязки, второй входс выходом блока формирования стробирующих импульсов, а выход со входом блока регулировкй коэффициента передачи видеотракта, выход которого соединен со вторым входом видеоусилителя или с управляющим входом фотопреобразователя. .2. Устройство по п.1, о т л и . ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения габаритов устройства и упрощения конструкции, опорный и дополнительный стабильный источники . излучения установлень> непосредственно на фоточувствительной поверхности фотопреобраэователя, а фотопреобраэователь изображения выполне« в Виде фотоприемника с электронным сканированием. як энЯ Составитель В,Андрианова Редактор И,Шубина Техред Л.Сердюкова Корректор В.Бутяга Заказ 1089 Тираж Подписн ое ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Проиэводственно-н нгра Ьическое предприятие, r. Ужгород, ул . Проектная, 4
