Устройство бесконтактного измерения температуры

 

Изобретение относится к области оптической пирометрии и может быть использовано в измерительной технике, метрологии, дистанционном зондировании. Устройство содержит оптическую систему, блок спектрального разложения, матрицу приемников и процессорный блок. Технический результат состоит в том, что точность измерения температуры повышается за счет инвариантности устройства к динамическому изменению угла направления на источник излучения. 2 ил.

Изобретение относится к области оптической пирометрии и может быть использовано в измерительной технике, метрологии, дистанционном зондировании.

Известен способ измерения температуры (а.с. 437926, МПК G 01 J 5/00, 1974 г. ), по которому температура определяется по отношению интенсивности монохроматического излучения и первой производной интенсивности излучения по длинам волн, взятой для значения той же длины волны, что и величина интенсивности монохроматического излучения.

Известно устройство бесконтактного измерения температуры (а.с. 1803747, МПК 5 G 01 J 5/60, 1987 г.), содержащее оптическую систему, приемник излучения, дифференциатор, два амплитудных детектора, оптический гетеродин, перестраиваемый оптический модулятор, устройство смешения оптических пучков, резонансный усилитель и блок деления.

Наиболее близким к предлагаемому является спектральный пирометр (US 4605314, МПК 4 G 01 J 5/24, 1986 г.), состоящий из электрического модуля и оптического модуля, который содержит передающий блок, блок спектрального разложения и блок детектора.

Недостатками известных устройств является зависимость измерений от угла направления на источник излучения, так как при изменении этого угла изменяется положение изображения спектра излучения на поверхности детектора спектра излучения.

Задачей изобретения является повышение точности измерений при изменении угла направления на источник излучения.

Решение задачи достигается тем, что в устройстве бесконтактного измерения температуры, содержащем оптическую систему, на оптической оси которой расположен блок спектрального разложения, формирующий изображение спектра излучения на поверхности детектора, выход которого соединен с процессорным блоком, детектор выполнен в виде матрицы приемников, границы которой превышают возможные перемещения границ изображения спектра излучения, а выход каждого из приемников через детектор соединен с соответствующим входом процессорного блока, выполненного с возможностью поиска максимального значения выходного сигнала приемника по матрице приемников, возможностью определения максимального значения производной выходных сигналов приемников по матрице приемников и возможностью вычисления температуры по отношению максимального значения производной выходных сигналов по матрице приемников к максимальному значению выходного сигнала приемника по матрице приемников с учетом коэффициента пропорциональности.

Технический результат состоит в том, что точность измерения температуры повышается за счет инвариантности устройства к динамическому изменению угла направления на источник излучения.

Структурная схема устройства представлена на фиг.1, принцип работы пояснен на фиг.2.

Устройство содержит оптическую систему 1, блок 2 спектрального разложения, матрицу 3 приемников и процессорный блок 4.

Устройство работает следующим образом. При перемещении источника 5 излучения (фиг. 2) угол направления на источник излучения изменяется и изображение спектра излучения перемещается по поверхности матрицы приемников. Однако это не приводит, как в прототипе, к перемещению центра тяжести спектра и соответствующей ошибке измерений, т.к. приемники приемной матрицы не соотнесены с длинами волн спектра излучения. Посредством процессорного блока производится сканирование сигналов всех приемников и выявляется лишь значение максимального сигнала вне зависимости от топологического расположения приемника в приемной матрице. Аналогично находится максимальное значение производной при последовательном переборе сигналов приемников по всей приемной матрице. В процессорном блоке 4 реализуется известный (например, из аналогов) алгоритм для вычисления температуры по отношению максимального значения производной выходных сигналов по матрице приемников к максимальному значению выходного сигнала приемника по матрице приемников с учетом коэффициента пропорциональности. Таким образом обеспечивается инвариантность измерения температуры к динамическому изменению угла направления на источник излучения.

Элементы устройства могут быть выполнены из типовых модулей и на элементной базе, применяемых в измерительной технике и метрологии. Конструктивное выполнение блоков 1 и 2 может совпадать с аналогичными блоками прототипа. Конструкции блоков 3 и 4 очевидны из уровня техники.

Формула изобретения

Устройство бесконтактного измерения температуры, содержащее оптическую систему, на оптической оси которой расположен блок спектрального разложения, формирующий изображение спектра излучения на поверхности детектора, выход которого соединен с процессорным блоком, отличающееся тем, что детектор выполнен в виде матрицы приемников, границы которой превышают возможные перемещения границ изображения спектра излучения, а выход каждого из приемников через детектор соединен с соответствующим входом процессорного блока, выполненного с возможностью поиска максимального значения выходного сигнала приемника по матрице приемников, возможностью определения максимального значения производной выходных сигналов приемников по матрице приемников и возможностью вычисления температуры по отношению максимального значения производной выходных сигналов по матрице приемников к максимальному значению выходного сигнала приемника по матрице приемников с учетом коэффициента пропорциональности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2