УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ Российский патент 2003 года по МПК G01K11/00 G01J5/20 

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для дистанционного технологического контроля температурных режимов прокатного стана и, в частности, измерения температуры в процессе производства оцинкованного листа.

Известны тепловизионные устройства измерения температуры, использующие приемники ИК-излучения и системы цифровой обработки тепловизионных изображений объектов (Авторское свидетельство СССР 1218499, МКИ G 01 К 13/08, 1986 г. Тикулик В. Г. , Федотенко А.В. Радиационный сканирующий микропирометр с автоматическим учетом излучательной способности исследуемого объекта. М.: Тепловидение, МИРЭА, 1978 г., стр. 92-102). Эти тепловизионные устройства-дефектоскопы измеряют температуру только при наличии контрольной термограммы путем сравнения ее с термограммой исследуемого объекта. При этом осуществляется активный контроль путем нагрева объекта в зависимости от времени. Существенным недостатком этих тепловизионных устройств является необходимость введения ослабляющего редуцирующего элемента. Кроме того, требуется неизменность значения излучательной способности по всему тепловому полю объекта.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату и принятым авторами за прототип является тепловизионное устройство измерения температуры (Авторское свидетельство СССР 1728680, МКИ G 01 К 13/04, дата приоритета 06.02.90 г., БИ 15, 1992 г.), содержащее расположенные в поле зрения ИК-приемника объект, опорный излучатель, источник эталонного излучения, блок эталонного нагрева, излучатель фона, оптический приемник, блок обработки сигналов, включающий блок формирования контрастно-частотной характеристики, блок памяти, блок накопления сигналов, два блока вычитания, блок деления, блок определения излучательной способности, блок фильтров фона, блок коррекции, блок логарифмического преобразования, блок режекторных фильтров, блок экспоненциального преобразования, блок масштабирования, и блок индикации.

Основным недостатком этого тепловизионого устройства является ограничение области применения, так как используются блок эталонного нагрева объекта и датчик излучательной способности, в результате чего такие тепловизионные устройства можно применять только для измерения температуры стационарных и, как правило, малых объектов.

Решается задача расширения области применения за счет контроля излучательной способности плоского протяженного объекта, имеющего нестабильные оптические характеристики, и обеспечения оперативности измерительного процесса, осуществляемого в производственных условиях, путем использования в качестве тестирующего излучения излучения самой контролируемой поверхности.

Сущность заключается в том, что в устройство для определения температуры, содержащее ИК-приемник, в поле зрения которого расположен излучатель фона, последовательно соединенные блок обработки сигналов и блок индикации, введены два черных излучателя бленды с термодатчиками, первый из которых оптически сопряжен с ИК-приемником через переключатель оптических каналов, который механически соединен с генератором опорного напряжения, и излучатель фона с термодатчиком, а второй черный излучатель бленды оптически сопряжен со вторым ИК-приемником через переключатель оптических каналов и зеркальный отражатель, выходы первого и второго ИК-приемников соединены с первым и вторым входами блока обработки сигналов через последовательно соединенные первый согласующий усилитель с первым фазочувствительным детектором и второй согласующий усилитель со вторым фазочувствительным детектором соответственно, третий и четвертый входы блока обработки сигналов соединены с выходами первого и второго термодатчиков черных излучателей бленд соответственно, выход генератора опорного напряжения соединен с пятым входом блока обработки сигналов и со вторыми входами фазочувствительных детекторов, а шестой вход блока обработки сигналов - с выходом термодатчика излучателя фона.

Введение в известное устройство переключателя оптических каналов и второго канала с зеркальным отражателем позволяет одновременно регистрировать ИК-излучение от излучателя фона, температура которого контролируется термодатчиком, и зеркального отражателя. Таким образом, производится измерение потока излучения от контролируемого объекта при двух существенно различных граничных условиях. Это позволяет составить систему уравнений для нахождения двух неизвестных: излучательной способности и температуры. Уравнения решаются в неявном виде численным методом с использованием вспомогательного параметра, равного отношению сигналов двух каналов.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема устройства для определения температуры. Устройство содержит излучатель фона 1, контролируемый объект 2, зеркальный отражатель 3, переключатель оптических каналов 4, два ИК-приемника 5 и 6, два черных излучателя бленды 7 и 8, два термодатчика черных излучателей бленд 9 и 10, термодатчик излучателя фона 11, генератор опорного напряжения 12, два согласующих усилителя 13 и 14, два фазочувствительных детектора 15 и 16, блок обработки сигналов 17 и блок индикации 18.

Устройство содержит два ИК-приемника 5 и 6, первый ИК-приемник 5 оптически сопряжен с первым черным излучателем бленды 7 через переключатель оптических каналов 4, который механически связан с генератором опорного напряжения 12, контролируемый объект 2 и излучатель фона 1, второй ИК-приемник 6 оптически сопряжен со вторым черным излучателем бленды 8 через переключатель оптических каналов 4, контролируемый объект 2 и зеркальный отражатель 3, выходы первого и второго ИК-приемников 5 и 6 соединены с первым и вторым входами блока обработки сигналов 17 через последовательно соединенные первый согласующий усилитель 13 с первым фазочувствительным детектором 15 и второй согласующий усилитель 14 со вторым фазочувствительным детектором 16 соответственно, третий и четвертый входы блока обработки сигналов 17 соединены с выходами первого и второго термодатчиков черных излучателей бленды 9 и 10 соответственно, выход генератора опорного напряжения 12 соединен с пятым входом блока обработки сигналов 17 и со вторыми входами фазочувствительных детекторов 15 и 16, шестой вход блока обработки сигналов 17 - с выходом термодатчика излучателя фона 11, а выход блока обработки сигналов 17 соединен с входом блока индикации 18.

Устройство работает следующим образом. Переключатель оптических каналов 4 создает два режима работы устройства. В первом режиме излучение от первого черного источника бленды 7, температура которого контролируется первым термодатчиком 9, отраженное от переключателя оптических каналов 4 поступает на первый ИК-приемник 5, в результате чего производится измерение начального сигнала первого ИК-приемника 5, одновременно излучение от второго черного источника бленды 8, температура которого контролируется вторым термодатчиком 10, также отраженное от переключателя оптических каналов 4 поступает на второй ИК-приемник 6, в результате чего производится измерение начального сигнала второго ИК-приемника 6. Генератор опорного напряжения 12 дает сигнал, который отображает состояние переключателя оптических каналов 4. Во втором режиме работы переключателя оптических каналов 4 на первый ИК-приемник 5 подается излучение контролируемого объекта 2 и переотраженное от контролируемого объекта 2 излучение излучателя фона 1, температура которого контролируется термодатчиком 11, одновременно на второй ИК-приемник 6 поступает прямое излучение от контролируемого объекта 2 и переотраженное от контролируемого объекта 2 излучение от зеркального отражателя 3, которое состоит из отраженного потока от контролируемого объекта 2 и дважды переотраженного излучения второго черного излучателя бленды 8, температура которого контролируется вторым термодатчиком 10. Далее сигнал с выхода первого ИК-приемника 5 через первый согласующий усилитель 13 поступает на первый вход первого фазочувствительного детектора 15, на второй вход которого поступает сигнал с генератора опорного напряжения 12, и одновременно сигнал с выхода второго ИК-приемника 6 через второй согласующий усилитель 14 поступает на первый вход второго фазочувствительного детектора 16, на второй вход которого также поступает сигнал с генератора опорного напряжения 12, после чего с выхода первого фазочувствительного детектора 15 сигнал поступает на первый вход блока обработки сигналов 17, а с выхода второго фазочувствительного детектора 16 сигнал поступает на второй вход блока обработки сигналов 17, где производится окончательная обработка информации с учетом поступаемых на третий и четвертый входы блока обработки сигналов 17 сигналов с термодатчиков черных излучателей бленд 9, 10, пятый вход - с генератора опорного напряжения 12, а шестой - с термодатчика излучателя фона, результаты измерения выводятся на блок индикации 18.

Предлагаемое устройство можно применять в производственных условиях для измерения температуры прокатного листа, обеспечивая оперативность измерительного процесса, так как в данном устройстве, по сравнению с известным, фон не создается, а контролируется за счет введения второго канала зеркального отражателя, что не требует нагрева объекта и приемника, а излучательная способность определяется как функциональная зависимость отношения сигналов ИК-приемников двух каналов с учетом текущих значений показаний термодатчиков.

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для дистанционного технологического контроля температурных режимов прокатного стана. Устройство для определения температуры содержит ИК-приемники, излучатель фона, блок обработки сигналов и блок индикации, два черных излучателя с термодатчиками. Первый излучатель оптически сопряжен с ИК-приемником через переключатель оптических каналов. Второй черный излучатель оптически сопряжен со вторым ИК-приемником через переключатель оптических каналов и зеркальный отражатель. Выходы первого и второго ИК-приемников соединены с первым и вторым входами блока обработки сигналов через последовательно соединенные первый согласующий усилитель с первым фазочувствительным детектором и второй согласующий усилитель со вторым фазочувствительным детектором. Третий и четвертый входы блока обработки сигналов соединены с выходами первого и второго термодатчиков черных излучателей. Выход генератора опорного напряжения соединен с пятым входом блока обработки сигналов и со вторыми входами фазочувствительных детекторов. Шестой вход блока обработки сигналов соединен с выходом термодатчика излучателя фона. Технический результат: расширение функциональных возможностей устройства. 1 ил.

Устройство для определения температуры, содержащее ИК-приемник, в поле зрения которого расположен излучатель фона, и последовательно соединенные блок обработки сигналов и блок индикации, отличающееся тем, что в него введены два черных излучателя бленды с термодатчиками, первый из которых оптически сопряжен с ИК-приемником через переключатель оптических каналов, механически соединенный с генератором опорного напряжения, и излучатель фона с термодатчиком, а второй черный излучатель бленды оптически сопряжен со вторым ИК-приемником через переключатель оптических каналов и зеркальный отражатель, причем выходы первого и второго ИК-приемников соединены с первым и вторым входами блока обработки сигналов через последовательно соединенные первый согласующий усилитель с первым фазочувствительным детектором и второй согласующий усилитель со вторым фазочувствительным детектором соответственно, третий и четвертый входы блока обработки сигналов соединены с выходами первого и второго термодатчиков черных излучателей бленды соответственно, а выход генератора опорного напряжения соединен с пятым входом блока обработки сигналов и со вторыми входами фазочувствительных детекторов, шестой вход блока обработки сигналов - с выходом термодатчика излучателя фона.