Способ измерения яркостной температуры объекта

Авторы патента:

Кузнецов Александр Владимирович (RU)

G01J5/52 - путем сравнения с эталонными источниками, например пирометры с исчезающей нитью

Владельцы патента RU 2338167:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт промышленного телевидения "Растр" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике. Технический результат заявляемого решения выражен в повышении точности измерения яркостной температуры объекта. В способе яркость объекта регистрируют многоэлементным матричным или линейным фотоприемником. В режиме калибровки значения тока накала эталонной лампы последовательно нумеруют и запоминают в моменты приращения значения разности измеренных размахов сигналов от изображения нити накала эталонной лампы и от ячеек фоточувствительной поверхности фотоприемника, затененных наложенной на нее непрозрачной маской, на заданную величину. В режиме измерения температуру объекта определяют по запомненной величине тока накала, соответствующей значению разности измеренных размахов сигнала от изображения объекта и от затененных ячеек фоточувствительной поверхности фотоприемника. Технический результат выражен в повышении точности измерения яркостной температуры объекта. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к яркостной пирометрии, и может быть использовано в телевизионных системах на базе ПЗС-камер для дистанционного измерения температуры объектов.

Известен способ измерения яркостной температуры объекта по методу исчезающей нити путем сравнения яркости нити накала эталонной лампы и объекта, температуру которого определяют по величине тока накала после уравнивания яркости нити накала и объекта, ток накала на эталонную лампу подают только в режиме калибровки пирометра и яркость объекта регистрируют многоэлементным матричным или линейным фотоприемником, на часть фоточувствительных ячеек которого проецируют изображение нити эталонной лампы, ток накала которой в режиме калибровки изменяют по линейному закону, его значения последовательно нумеруют и запоминают в моменты приращения выходного сигнала указанного фотоприемника на заданную величину, а в режиме измерения температуру объекта определяют по запомненной величине тока накала, соответствующей значению размаха выходного сигнала многоэлементного матричного или линейного фотоприемника (Патент РФ №2099674, кл. G01J 5/52, 1997).

Недостатком данного способа является недостаточная точность измерения яркостной температуры объекта вследствие погрешности в определении размаха сигнала, вызванной нестабильностью схем восстановления постоянной составляющей видеосигнала (схем фиксации уровня «черного»), присутствием в сигнале темновых токов и рядом других факторов, приводящих к нестабильности уровня, относительно которого измеряется размах сигнала (опорного уровня сигнала).

Указанная погрешность, зависящая от уровня и распределения яркости по полю изображения, температуры окружающей среды, режимов работы фотоприемника, приводит к погрешности определения размаха сигнала от объекта и тем самым, снижает точность измерения его яркостной температуры.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности измерения яркостной температуры объекта за счет снижения погрешности определения размаха сигнала от объекта путем устранения влияния нестабильности опорного уровня сигнала на процесс измерения.

Технический результат заявляемого решения выражен в повышении точности измерения яркостной температуры объекта. Это достигается за счет того, что размах сигнала от объекта определяется как разность измеренных значений размаха сигнала от элемента изображения объекта и размаха сигнала от затененного элемента фоточувствительной поверхности фотоприемника. Поскольку величина нестабильности опорного уровня сигнала входит в оба измеренных значения размаха сигнала как слагаемое, при определении указанной разности результирующая ошибка становится равной нулю.

Для достижения технического результата предложен способ измерения яркостной температуры объекта по методу исчезающей нити путем сравнения яркости нити накала эталонной лампы пирометра и объекта, температуру которого определяют по величине тока накала после уравнивания яркостей нити накала и объекта, ток накала на эталонную лампу подают только в режиме калибровки пирометра и яркость объекта регистрируют многоэлементным матричным или линейным фотоприемником, на часть фоточувствительных ячеек которого проецируют изображение нити эталонной лампы, ток накала которой в режиме калибровки изменяют по линейному закону. В режиме калибровки значения тока накала эталонной лампы последовательно нумеруют и запоминают в моменты приращения значения разности измеренных размахов сигналов от изображения нити накала эталонной лампы и от ячеек фоточувствительной поверхности фотоприемника, затененных наложенной на нее непрозрачной маской, на заданную величину. В режиме измерения температуру объекта определяют по запомненной величине тока накала, соответствующей значению разности измеренных размахов сигнала от изображения объекта и от затененных ячеек фоточувствительной поверхности фотоприемника.

На чертеже представлено устройство для реализации способа, где приняты следующие обозначения:

1 - объект измерения;

2 - пирометр;

3 - оптическая система пирометра;

4 - ПЗС-матрица ТВ-камеры;

5 - непрозрачная маска;

6 - ТВ-камера;

7 - эталонная лампа;

8 - стабилизатор тока;

9 - узел микроконтроллера;

10 - канал связи;

11 - плата видеоввода персонального компьютера;

12 - персональный компьютер.

Способ осуществляется следующим образом.

Измерение яркостной температуры объекта проводится путем сравнения разности размахов видеосигнала, сформированного фотоприемником, от объекта и от затененного участка фоточувствительной поверхности фотоприемника, с калибровочной зависимостью, связывающей величину указанной разности и яркостную температуру объекта.

Калибровочная зависимость формируется в режиме калибровки следующим образом (см. чертеж).

Изображение тела накала эталонной лампы 7, ток через которую стабилизируется на заданном уровне стабилизатором тока 8, управляемым узлом микроконтроллера 9, проецируется на фоточувствительную поверхность ПЗС-матрицы 4 ТВ-камеры 6, часть фоточувствительных ячеек которой затенена наложенной на поверхность ПЗС-матрицы 4 непрозрачной маской 5. ТВ-камера 6 формирует телевизионный сигнал, передаваемый по каналу связи 10 на вход платы видеоввода 11 персонального компьютера 12, в котором измеряется разность размахов выходного сигнала фотоприемника U_{сигналаi} от изображения тела накала эталонной пирометрической лампы, яркостная температура которого известна, и от затененных ячеек фоточувствительной поверхности ПЗС-матрицы 4 U_0i. Измеренная разность запоминается в моменты ее приращения на заданную величину.

Сформированная калибровочная зависимость хранится в памяти компьютера в виде таблицы:

(U_{сигнала1}-U₀₁) соответствует яркостной температуре Т_ярк.1;

(U_{сигнала2}-U₀₂) соответствует яркостной температуре Т_ярк.2;

......

(U_{сигнала}-U_0N) соответствует яркостной температуре Т_ярк.N.

В режиме измерения яркостной температуры эталонная лампа 7 выключена, изображение объекта измерения 1 проецируется оптической системой 3 на фоточувствительную поверхность ПЗС-матрицы 4 ТВ-камеры 6, часть фоточувствительных элементов которой затенена наложенной на поверхность ПЗС-матрицы 4 непрозрачной маской 5. ТВ-камера 6 формирует телевизионный сигнал, передаваемый по каналу связи 10 на вход платы видеоввода 11 персонального компьютера 12, в котором измеряется разность размахов сигнала от изображения объекта U_{сигналаi} и от затененных ячеек фоточувствительной поверхности ПЗС-матрицы 4 U_0i. Яркостная температура объекта определяется путем сопоставления измеренной разности с калибровочной зависимостью.

Способ измерения яркостной температуры объекта по методу исчезающей нити путем сравнения яркости нити накала эталонной лампы и объекта, температуру которого определяют по величине тока накала после уравнивания яркости нити накала и объекта, ток накала на эталонную лампу подают только в режиме калибровки пирометра и яркость объекта регистрируют многоэлементным матричным или линейным фотоприемником, на часть фоточувствительных ячеек которого проецируют изображение нити эталонной лампы, ток накала которой в режиме калибровки изменяют по линейному закону, отличающийся тем, что в режиме калибровки значения тока накала эталонной лампы последовательно нумеруют и запоминают в моменты приращения значения разности измеренных размахов сигналов от изображения нити накала эталонной лампы и от ячеек фоточувствительной поверхности фотоприемника, затененных наложенной на нее непрозрачной маской, на заданную величину, а в режиме измерения температуру объекта определяют по запомненной величине тока накала, соответствующей значению разности измеренных размахов сигнала от изображения объекта и от затененных ячеек фоточувствительной поверхности фотоприемника.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Устройство дистанционного бесконтактного пирометрического определения яркостной температуры // 2287785

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. .

Способ измерения физической температуры объектов на свч с применением радиометра и устройство для его осуществления // 2124705

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, в частности к технике измерения интенсивности теплового радиоизлучения объектов, и может быть использовано в медицинской практике.

Способ измерения яркостной температуры объекта // 2099674

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к яркостной пирометрии, и может быть использовано в пирометрических и тепловизионных системах на базе интегральных фотодиодных и ПЗС-камер.

Устройство бесконтактного измерения излучательной способности объектов // 1824527

Устройство для определения температуры взвешенных частиц в газовом потоке // 1617312

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники к оптическим устройствам контроля параметров взвешенных в газовом потоке микрочастиц, и может быть использовано в энергетике при определении температуры микрочастиц, например угольных частиц, в процессе горения.

Способ измерения монохроматического коэффициента излучения материалов // 1608444

Изобретение относится к теплофизике и, в частности, к измерению теплофизических свойств материалов. .

Способ определения излучательной способности материалов и устройство для его осуществления // 1418579

Изобретение относится к исследованию материалов с помощью оптических средств. .

Способ измерения температуры покрытий // 1393039

Изобретение относится к радиационной пирометрии и может быть использовано в энергетических машинах и аппаратах, космической технике, при исследовании свойств покрытий.

Устройство для измерения темрературы поверхности изделия при сварке // 1386475

Изобретение относится к технике сварочных работ, к средствам измерения температур.точек поверхностей обрабатываемых изделий с использова- . .

Пассивная инфракрасная мира с системой автоматического регулирования // 2387969

Способ измерения температуры // 2410654

Изобретение относится к пирометрии

Способ измерения энергии излучения объекта // 2431122

Изобретение относится к области пирометрии

Способ измерения яркостной температуры объекта // 2439510

Изобретение относится к измерительной технике

Способ измерения термогазодинамических параметров потока // 2495388

Изобретение относится к области радиационной пирометрии, в частности к измерению параметров радиационного излучения, особенно к измерению параметров высокотемпературных потоков. Способ измерения термогазодинамических параметров потока включает формирование измерительного канала, измерение величины параметра излучения потока, сравнение измеренной величины параметра излучения с величиной аналогичного параметра излучения абсолютно черного тела (АЧТ), полученной при калибровке АЧТ при заданной температуре и концентрации поглощающих компонентов, и определение, по крайней мере, одного термодинамического параметра потока по результату сравнения. При этом измеряемый параметр излучения потока и параметр излучения АЧТ раскладывают по длинам волн для получения спектра излучения. Кроме того, измеряют температуру и концентрацию поглощающих компонентов в измерительном канале, корректируют величины параметров излучения потока и АЧТ в зависимости от результатов измерений, раскладывают излучение потока на n составляющих, в соответствии с количеством излучающих элементов измерительного канала, определяют излучение n-го элемента измерительного канала, а в качестве параметра излучения потока используют относительную спектральную яркость излучения n-го элемента измерительного канала. Технический результат заключается в обеспечения возможности повышения точности измерения параметров высокотемпературных потоков радиационным методом. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ измерения эквивалентной температуры // 2495389

Изобретение относится к области метрологического обеспечения стационарных пирометрических устройств в рабочих условиях эксплуатации и может быть применено в системах контроля температуры букс подвижного состава железных дорог. Способ измерения эквивалентной температуры включает автоматическую коррекцию градуировочной характеристики рабочего пирометра перед измерениями по встроенному опорному источнику, измерение эквивалентной температуры исследуемого объекта по его излучению и периодическую поверку пирометра, которую проводят в рабочих условиях путем измерений эквивалентной температуры встроенного опорного источника рабочим пирометром и внешним образцовым пирометром, обладающим нормированными для рабочих условий метрологическими характеристиками, сопоставления полученных значений эквивалентных температур и внесения поправок в результаты последующих измерений. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения точности и стабильности измерения. 1 ил.

Способ бесконтактного измерения яркостной температуры теплового поля исследуемого объекта // 2552599

Изобретение относится к области тепловизионной техники и касается способа бесконтактного измерения яркостной температуры объекта. Способ включает формирование на одной длине волны инфракрасного излучения двух изображений на каждом из двух матричных приемников изображения. Одно из двух изображений на каждом приемнике является изображением объекта исследования, а другое является изображением эталона температур, формирование которого осуществляют при тех же условиях формирования изображения, что и для объекта исследования. Изображение на одном из двух приемников формируют с помощью устройства зеркальной развертки. На основе полученных данных формируют массив цифровых данных от всех изображений с учетом связи между яркостной температурой, воспроизводимой эталоном температур, и соответствующим ей цифровым значением электрического сигнала с элементов обоих приемников изображения. Технический результат заключается в увеличении временного разрешения измерений. 6 ил.,1 табл.

Способ дистанционного измерения температуры // 2589525

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного измерения температуры среды или объектов в различных сферах промышленности, в том числе при криогенных температурах. Согласно заявленному изобретению используют полупроводниковый лазерный диод. Помещают его в среду или устанавливают на объект для измерения их температуры. Наблюдают за излучением светоизлучающего прибора. Определяют значения яркости Е(Т0) излучения при исходной температуре T0 и яркости Е(Tx) излучения при температуре Тх среды, и по калибровочной (градуировочной) зависимости δE(T)=Е(Т)/Е(Т0) оценивают температуру Тх среды. Технический результат - упрощение способа дистанционного определения температуры среды. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Пассивная инфракрасная штриховая мира // 2605818

Изобретение относится к области фотометрии, и касается пассивной инфракрасной штриховой миры. Мира включает в себя штриховые элементы различных типоразмеров. Штриховые элементы выполнены в виде прямоугольных рам с установленными в них поворотными экранирующими пластинами. Экранирующие пластины выполнены с двухсторонним излучающим покрытием, имеющим максимальный и минимальный коэффициенты излучения. Оси вращения пластин установлены в отверстиях продольных стенок металлических рам. На внешней стороне продольной стенки рамы установлен механизм поворота пластин, обеспечивающий возможностью синхронного поворота каждой пластины вокруг своей оси на любой угол в диапазоне от 0° до 360° и фиксации их в этом положении. Технический результат заключается в расширении динамического диапазона, повышении точности и производительности измерений. 1 з.п. ф-лы. 5 ил.