Устройство для бесконтактного измерения температуры
Использование: телевизионная пирометрия . Сущность изобретения; в состав устройства включены оптический гетеродин и перестраиваемый оптический модулятор. При изменении частоты модуляции происходит сканирование электронным способом по спектру входного излучения. Амплитудными детекторами выделяются максимальные величины входного сигнала и его производной по длинам волн. Отношение этих максимальных значений прямо пропорционально температуре объекта, излучение от которого воспринимается устройством. 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ зам. (21) 4908788/25 (22) 07.02.91 (46) 23.03.93. Бюл. N 11 . (72) В.Л.Моисеев и B,ß.Ñåêàðý (56) Козелкин В,В. и др. Основы инфракрасной техники, — M,; Машиностроение. 1985, с. 177. Авторское свидетельство СССР . М 1497465, кл. G 01 J 5/60, 1987. (54) УСТРОЙСТВО БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ Изобретение относится к оптической пирометрии, а именно к тепловизионной пирометрии, обеспечивающей контроль двумерного теплового распределения, и может использоваться в измерительной технике, метрологии, дистанционном зондировании. Целью изобретения является повышение точности измерения температуры, Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются .фиг.1 и 2. На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства. Она содержит: оптическую систему 1, устройство смешения оптических пучков 2, приемник излучения 3, резонансный усилитель 4, оптический гетеродин 10, первый амплитудный детектор 5, дифференциатор 7, второй амплитудный детектор 8, блок деления 6, оптический модулятор 9. Устройство работает следующим абра- „„5U„„1803747 А1 (57) Использование: телевизионная пирометрия. Сущность изобретения: в состав устройства включены оптический гетеродин и перестраиваемый оптический модулятор. При изменении частоты модуляции происходит сканирование электронным способом по спектру входного излучения. Амплитудными детекторами выделяются максимальные величины входного сигнала и его производной по длинам волн. Отношение этих максимальных значений прямо пропорционально температуре объекта, излучение от которого воспринимается устройством. 2 ил. Излучение объекта, температура которого измеряется, оптической системой 1 направляется через устройство смешения оптических пучков 2 на приемник излучения 3. Одновременно на устройство смешения 1 поступает излучение гетеродина 10. В результате оптического смешения входного сигнала и излучения гетеродина на выходе приемника излучения 3 формируется электрический сигнал с постоянной и переменн ной составляющими. Переменная составляющая усиливается резонансным усилителем 4 и поступает на входы первого амплитудного детектора 5 и дифференциатора 7. С выхода последнего сигнала поступает на вход второго амплитудного детектора 8, При изменении частоты излучения гетеродина модулятором 9 в исследуемом диапазоне, на выходе первого амплитудного детектора формируется сигнал, пропорциональный максимуму излучения объекта, а на выходе второго амплитудного детектора — максимум производной входного сигнала. Указанные. 1803747 выходные сигналы поступают на входы блока деления 6, выходной сигнал которого будет пропорционален температуре исследуемого объекта. Покажем это, В приближении Вина спектральная интенсивность излучения объекта Ь(Л) оп ределяется из соотношения ь (А)- ф (--в). (г) Следовательно, максимум величины bP,) находится из выражения (1) при подстановке в него значенйя 7=— т С2 5Т Сг Ь ах(А )=С вЂ” ехр(-5). 5Т (3) Максимум величины b (Ë) определяет- 30 ся при подстановке в выражение (2) значения („определенного из уравнения b""((, )=0 Сг Ь (Х)=С 6 + 6 Т (6+ 6 -5). (4) В результате деления выражения (4) на (3), получаем b „, Л bmax 6 +, T-kT Сг де k=const от параметров устройства и сре- 45 ды. Следовательно, сигнал на выходе блока деления заявляемого устройства (как и выходной сигнал в прототипе) пропорционален температуре объекта. Резонансный усилитель настроен на электрическую частоту и имеет узкую АЧХ (фиг.2а). Гетеродин генерирует оптическое . излучение на частоте f(. Ha вход системы поступает оптический сигнал, имеющий широкий частотный спектр (фиг.2а). Частота связана с длиной волны оптического излучения известным соотношением f=c/il, где с — скорость света, На выходе оптического модулятора (в случае гармонической модуляции интенсивности глубиною до 30 Д с ь(Л )=с|А ехр(— -(1 ) . И) )() где С1, С2 —; Т вЂ” абсолютная температура объекта, ). — длина волны, Производная величины Ь(А ) определяется из выражения частотной f ) спектр излучения гетеродина приобретает вид, показанный на фиг.26. В результате оптического смешения входного сигнала и излучения гетеродина на выходе приемника излучения формируется электрический сигнал, составляющий и постоянной составляющей и переменной с широким спектром. Но резонансным усилителем будут усилены только те из переменных составляющих. частоты которых отстоят от гармоник fr-fM, fr, fi+f)< на величину fp, Соответствующим априорным выбором частот f(, fM можно добиться того, что в исследуемом диапазоне длин волн (частот) излучение объекта резонансным усилителем будет усиливаться лишь одна составляющая переменного электрического сигнала, соответствующая квазимонохроматическому входному сигналу. При .изменении частоты fM происходит непрерывное электрическое сканирование по всему исследуемому диапазону длин волн il.1 ....)2, В частности, при частоте модулятора f < выходной сигнал на выходе приемника будет пропорционален интенсивности входного сигнала на длине волны, соответствующей частоте f +f ) +f)), а при частоте f <2 — интенсивности на длине волны, соответствующей частоте f)-+fM2+fp (фиг.2в). Данное электронное сканирование имеет меньшие погрешности и большую спектральную разрешаемую способнос1ь, чем механическое сканирование приемника по спектру, образуемому дифракционной решеткой (как в прототипе). В качестве перестраиваемого оптического модулятора можно использовать акустооптическую ячейку, управляемую перес) раиваемым генератором ультразвука, частота модуляции которого достигает десятков гигагерц. В качестве блока смешения оптических пучков использу)от полупрозрачное зеркало, а в качестве оптического гетеродина -лазер, В качестве резонансного усилителя может быть испол)ьэован электронный усилитель с включенными в него параллельными или последовательными колебательными контурами. В качестве дифференциатора и амплитудных детекторов могут использоваться известные схемные решения на основе операционных усилителей, B результате применения в устройстве бесконтактного измерения температуры оптического гетеродина, перестраиваемого оптического модулятора, устройства смешения оптических пучков и резонансного усилителя в устройстве реализован гетеродинный прием излучения объекта не на одной длине волны, а последовательно, за счет электрон1803747 б Формула изобретения Фиг.f. ко Гг Fì П вЂ” бг" г(!"",(1 « г "м, 6. Составитель В. Моисеев Техред. M,Моргентал f àã. 2 Корректор А. Обручар Редактор О. Стенина Заказ 1049 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР t13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент". f . Ужгород, ул.Гагарина, 101 ного сканирования, во всем исследуемом спектральном диапазоне. Поскольку гетеродинный прием позволяет регистрировать более слабые сигналы, чем при прямом усилении, а вместо механического сканирова- 5 ния приемника по спектру, формируемому дифракционной решеткой, применено электронное сканирование по электрическим частотам, точность измерения температуры на основе метода, используемого в 10 прототипе и заявляемом устройстве возрастает, 15 Устройство для бесконтактного измерения температуры, содержащее расположенные на оптической оси устройства оптическую систему и приемник излучения, 20 дифференциатор. первый и второй амплитудные детекторы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в устройство введены оптический гетеродин, перестраиваемый оптический модулятор. устройство смешения оптических пучков, расположенное между оптической системой и приемником излучения, резонансный усилитель, блок деления, при этом оптический модулятор размещен в оптическом пучке гетеродина, направленном на устройство смешения, вход резонансного усилителя соединен с выходом приемника излучения, а его выход — с входами дифференциатора и первого амплитудного. детектора, входы блока деления — с выходами первого и второго амплитудного детекторов, причем вход последнего соединен с выходом дифференциатора.
