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 2439510:

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

Изобретение относится к измерительной технике. Технический результат - повышение точности измерения яркостной температуры объекта. В способе 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 в моменты приращения тока накала эталонной лампы на заданную величину нумеруют и запоминают значение тока накала и соответствующее ему значение выходного сигнала указанного фотоприемника, а в режиме измерения температуру объекта определяют по значениям размаха выходного сигнала фотоприемника u_i и u_i+1, ближайшим к измеренному значению сигнала. 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 пирометра и объекта, температуру которого определяют по величине тока накала после уравнивания яркости нити накала и объекта. При этом 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 фотоприемника [1].

Для обеспечения высокой точности измерения температуры необходимо задание при калибровке минимально возможной величины приращения выходного сигнала фотоприемника. Это, в свою очередь, требует наличия калибровочной зависимости температуры эталонной лампы от протекающего через нее тока с соответствующими минимальными приращениями тока, поскольку при реализации рассмотренного способа приращения выходного сигнала фотоприемника при калибровке пирометра должны соответствовать известным значениям калибровочной зависимости эталонной лампы.

Недостатком данного способа, принятого за прототип, является недостаточная точность измерения яркостной температуры объекта из-за большого температурного интервала калибровки образцовых температурных ламп, используемых при калибровке пирометра, который, как правило, составляет 100°С [2].

Вследствие большого температурного интервала калибровки эталонной лампы значения температуры объекта в режиме измерения, соответствующие значениям тока эталонной лампы, промежуточным по отношению к запомненным при калибровке пирометра, становятся неопределенными, что приводит к снижению точности измерений.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности измерения яркостной температуры объекта.

Для решения поставленной задачи 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 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, при этом в режиме калибровки в моменты приращения тока накала эталонной лампы на заданную величину нумеруют и запоминают значение тока накала и соответствующее ему значение выходного сигнала указанного фотоприемника, а в режиме измерения температуру объекта Т(u) определяют по значениям размаха выходного сигнала фотоприемника u_i и u_i+1, ближайших к измеренному значению u, соответствующих запомненным величинам тока накала и известным для них значениям температуры Т_i и Т_i+1, по формуле:

где .

Технический результат заявляемого решения выражен в повышении точности измерения яркостной температуры объекта за счет того, что в режиме калибровки в моменты приращения тока накала эталонной лампы на заданную величину нумеруют и запоминают значение тока накала и соответствующее ему значение выходного сигнала указанного фотоприемника, а в режиме измерения яркостная температура объекта определяется на основании измеренного размаха выходного сигнала фотоприемника, при известном токе эталонной лампы и соответствующей ему температуре эталонной лампы с использованием интерполяционной формулы, основанной на предположении, что в окрестности каждого измеренного и запомненного при калибровке значения яркостной температуры изменение яркости объекта может быть описано законом Вина [3].

Поскольку в окрестности температур каждой опорной точки излучательные свойства объекта можно считать постоянными, зависимость яркостной температуры объекта от измеренного выходного сигнала фотоприемника Т_i(u) в указанной окрестности опорной точки (u_i; Т_i) можно определить на основании закона Вина:

где λ_эфф - эффективная рабочая длина волны;

с₂=1,43879×10^-2 м К - вторая постоянная излучения,

Тогда в режиме измерения яркостная температура объекта Т(u) для значения выходного сигнала u фотоприемника может быть определена на основании двух ближайших по значению выходного сигнала фотоприемника запомненных в режиме калибровки опорных точек (u_i; Т_i) и (u_i+1; Т_i+1) путем взвешенного суммирования яркостных температур Т_i(u) и Т_i+1(u), рассчитанных по формуле (1) на основании указанных опорных точек:

где T_i(u) и Т_i+1(u) определены в (1).

На чертеже представлено устройство для реализации способа.

На чертеже и в тексте приняты следующие обозначения:

1 - объект измерения (в режиме калибровки - эталонная лампа);

2 - пирометр;

3 - оптическая система пирометра;

4 - ПЗС-матрица ТВ-камеры;

5 - ТВ-камера;

6 - плата ввода видеосигнала персонального компьютера;

7 - персональный компьютер.

Способ осуществляется следующим образом.

В режиме калибровки изображение нити накала эталонной лампы 1 (см. чертеж) оптической системой 3 проецируется на фоточувствительную поверхность ПЗС-матрицы 4 ТВ-камеры 5. Соответствующий изображению нити накала эталонной лампы выходной сигнал, сформированный ТВ-камерой 5, подается на вход платы ввода видеосигнала 6 персонального компьютера 7, в котором измеряется его значение.

Ток через эталонную лампу изменяют по линейному закону, и в моменты его приращения на заданную величину измеренное значение выходного сигнала фотоприемника u_i, вместе со значением яркостной температуры Т_i нити накала эталонной лампы, определенным исходя из протекающего через нее тока на основании известной калибровочной зависимости эталонной лампы, запоминается в виде опорной точки (u_i; Т_i). Измерения проводятся для нескольких опорных точек, количество которых определяется диапазоном измеряемых яркостных температур объекта и значениями яркостной температуры эталонной лампы, приведенными в ее калибровочной зависимости.

В режиме измерения яркостной температуры изображение объекта измерения 1 проецируется оптической системой 3 на фоточувствительную поверхность ПЗС-матрицы 4 ТВ-камеры 5. Соответствующий изображению объекта выходной сигнал, сформированный ТВ-камерой 5, подается на вход платы ввода видеосигнала 6 персонального компьютера 7, в котором значение выходного сигнала u измеряется, и соответствующее ему значение яркостной температуры объекта Т(u) вычисляется по формуле (2) на основании ближайших по значению выходного сигнала фотоприемника запомненных в режиме калибровки опорных точек (u_i; Т_i) и (u_i+1; Т_i+1).

Источники информации

1. Патент РФ №2099674, Кл. G01J 5/52, 1997.

2. ГОСТ 8.155-75. Лампы температурные образцовые 2-го разряда. Методы и средства поверки. М.: Изд-во стандартов, 1975. - 30 с. - прил.

3. Киренков И.И. Метрологические основы оптической пирометрии. М.: Изд-во стандартов, 1976. - 140 с.

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 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 в моменты приращения тока накала эталонной лампы на заданную величину нумеруют и запоминают значение тока накала и соответствующее ему значение выходного сигнала указанного фотоприемника, а в режиме измерения температуру объекта Т(u) определяют по значениям размаха выходного сигнала фотоприемника u_i и u_i+1, ближайшим к измеренному значению и соответствующим запомненным величинам тока накала, и известным для них значениям температуры Т_i и T_i+1 по формуле:
,
где .

Изобретение относится к области пирометрии. .

Способ измерения температуры // 2410654

Изобретение относится к пирометрии. .

Пассивная инфракрасная мира с системой автоматического регулирования // 2387969

Способ измерения яркостной температуры объекта // 2338167

Изобретение относится к измерительной технике. .

Способ измерения яркостной температуры объекта // 2338166

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 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.