ЦВЕТОВОЙ ПИРОМЕТР Российский патент 1997 года по МПК G01J5/00 

Изобретение относится к контролю и измерению температуры технологических процессов методики пирометрии спектрального отношения, а именно к цветовым пирометрам, измеряющим температуру расплавов цветных и черных металлов и других высокотемпературных материалов.

Известен цветовой пирометр, содержащий оптическую систему, приемники излучения, один из которых установлен на оптической оси под углом к ней таким образом, что поток изучения, отраженный от его приемной площадки, попадает на другой приемник излучения, чем и достигается возможность использования потерь на отражение для измерительных целей [1]
Этому решению присуща погрешность измерения цветовой температуры жидких металлов из-за принципиально разной результирующей чувствительности к поляризованному излучению приемников излучения и принципиально разному сечению световых потоков, попадающих на приемники излучения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к изобретению является пирометр, содержащий расположенные на одной оптической оси отражающие поверхности, расположенные за объективом, диафрагмой, проектирующей линзой, отражающую поверхность, расположенную под углом к оптической оси, при этом один из приемников воспринимает отраженное излучение, а другой приемник излучение, прошедшее сквозь отражающую поверхность, оба приемника связаны с устройством, регистрирующим отношение фототоков приемников излучения [2]
Рассматриваемый пирометр хотя и позволяет уменьшить результирующую поляризацию за счет большей свободы выбора взаимного расположения отражающей поверхности и приемников излучения, чем пирометр [1] но и ему присущи те же недостатки.

Недостатками такого пирометра является принципиальная невозможность устранения результирующей чувствительности к поляризованному излучению из-за конструктивной невозможности уменьшения до нулевого значения угла наклона первой отражающей поверхности, а также принципиально разной степени поляризации крайних лучей, что существенно усугубляется при использовании в качестве отражающей поверхности интерференционных покрытий, кроме того, пирометр имеет низкий КПД преобразования из-за больших потерь, что при определенных условиях может привести к большой инструментальной погрешности пирометра.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно повышение точности без уменьшения КПД преобразования.

Поставленная цель достигается за счет смешения оптической оси, проходящей через объектив и полевую диаграмму, к оптической оси проектирующей линзы, с одной стороны которой находится отражающая поверхность, а с другой стороны соответствующая приемная площадка, воспринимающая отраженное излучение, при этом хотя бы для одной из приемных площадок, воспринимающих отраженное излучение, используется задняя поверхность проектирующей линзы с покрытием или без него, что и обеспечивает возможность уменьшения влияния поляризации на погрешность измерения за счет возникающей возможности уменьшения угла наклона отражающей поверхности и симметрирования потоков излучения, попадающих на приемные площадки, при снижении потерь в оптической системе.

Заявленная совокупность признаков отличается новизной, при этом за счет ее использования достигается технический результат, позволяющий констатировать изобретательский уровень предлагаемого решения.

На базе изобретения изготовлен и испытан макетный образец, что доказывает соответствие технического решения критерию "промышленный образец"
На фиг. 1 изображена структурная схема заявленного пирометра; на фиг. 2
структурная схема предлагаемого пирометра согласно п. 2 формулы изобретения.

Цветовой пирометр (см. фиг. 1) содержит объектив 1, оптически сопряженный с диафрагмой 2, проектирующую линзу 3, оптическая ось которой смещена относительно оптической оси пирометра, проходящей через объектив и диафрагму пирометра, с одной стороны проектирующей линзы установлены приемные площадки 4, воспринимающие отраженное излучение и оптически сопряженные соответственно с задней поверхностью 5 проектирующей линзы 3 и отражающей поверхностью 6, расположенной по другую сторону проектирующей линзы 3, при этом выходы приемных площадок 4 подключены на входы измерителя отношения фототоков 7.

Цветовой пирометр (см. фиг. 2) имеет одну из отражающих поверхностей в виде покрытия 8, нанесенного на заднюю поверхность 5 проектирующей линзы 3, отраженное излучение которой воспринимает одна из приемных площадок 4.

Пирометр работает следующим образом.

Излучение объекта измерения переносится объективом 1 в плоскость диаграммы 2, диаграмма вырезает участок на объекте измерения, температура которого непосредственно и измеряется, далее излучение попадает на проектирующую линзу 3, которая концентрирует излучение вокруг оптической оси, часть излучения, отразившись от задней поверхности 5 проектирующей линзы 3, попадает на одну из приемных площадок 4, а другая проходит проектирующую линзу 3 и попадает на отражающую поверхность 6. Отраженное изучение возвращается на проектирующую линзу 3 и попадает на соответствующую приемную площадку 4, фототоки, выработанные приемными площадками 4, поступают на измеритель отношения фототоков 7, на выходе которого вырабатывается сигнал измерительной информации об измеряемой цветовой температуре.

Работа пирометра, реализованного по п. 2 формулы изобретения, аналогична работе пирометра по п. 1 формулы изобретения с тем отличием, что одна из приемных площадок 4 воспринимает излучение, отраженное от покрытия 8, нанесенного на заднюю поверхность 5 проектирующей линзы 3, что расширяет область применения предлагаемых пирометров.

Предложенное техническое решение позволяет использовать традиционные оптические элементы и приемники излучения, которые используются в уже освоенных в производстве пирометрах. Приемники излучения могут быть как однотипными, так и с разной спектральной чувствительностью.

Возможность выбора положения отражающих поверхностей под наименьшим углом за счет смещения осей позволяет при необходимости проводить точную компенсацию результирующей поляризационной составляющей, а возникающую возможность использования потерь на отражение для измерительных целей, позволяет повысить КПД преобразования, что и доказывает повышение точности как наличие технического результата в широком спектральном интервале излучения объекта измерения.

Макетирование показало, что угол наклона может составлять единицы градусов, что практически не приводит к сколь-нибуть заметному явлению поляризации.

Использование: изобретение относится к контролю и измерению температуры технологических процессов по излучению методики пирометрии спектрального распределения. Сущность: в пирометре смещена оптическая ось пирометра, проходящая через объектив и полевую диаграмму, к оптической оси проектирующей линзы. С одной стороны линзы имеется отражающая поверхность, а с другой стороны - приемная площадка, воспринимающая отраженное излучение. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Цветовой пирометр, содержащий объектив, диафрагму, проектирующую линзу, приемные площадки и сопряженные с ними отражающие поверхности, отличающийся тем, что оптическая ось пирометра, проходящая через объектив и диафрагму, смещена относительно оптической оси проектирующей линзы, с одной стороны которой установлена отражающая поверхность, а с другой стороны одна из приемных площадок, воспринимающих отраженное излучение, при этом хотя бы одна из приемных площадок, воспринимающих отраженное излучение, оптически сопряжена с задней поверхностью проектирующей линзы. 2. Пирометр по п.1, отличающийся тем, что хотя бы одна из отражающих поверхностей выполнена в виде покрытия, нанесенного на заднюю поверхность проектирующей линзы.