СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЯРКОСТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБЪЕКТА Российский патент 2008 года по МПК G01J5/52 

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, когда яркость нити накала эталонной лампы пирометра сравнивают с яркостью объекта, температуру которого определяют по величине тока накала после уравнивания яркостей нити сравнения и объекта (Ф.Линевег. Измерение температур в технике. - М.: Металлургия, 1980. с.384).

Недостатком данного способа является недостаточная точность измерения яркостной температуры объекта вследствие изменения характеристик эталонной лампы во времени, вызванных ее старением, а также низкого быстродействия, обусловленного большой тепловой инерцией эталонной лампы, что приводит к значительным погрешностям при измерении изменяющейся яркостной температуры объектов, например, в процессе их нагрева.

Наиболее близким по техническому решению является принятый за прототип 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 эталонного размаха сигнала при калибровке, что обусловлено малыми геометрическими размерами спроецированного на фоточувствительную поверхность фотоприемника изображения нити накала эталонной лампы.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности измерения яркостной температуры объекта за счет повышения точности определения опорного и проверочного значений размаха выходного сигнала, используемых при корректировке калибровочной зависимости.

Технический результат заявляемого решения выражен в повышении точности измерения яркостной температуры объекта. Это достигается за счет того, что в режиме измерения калибровочная зависимость корректируется на основании соотношения опорного и проверочного значений размаха выходного сигнала, первый из которых измерен в режиме калибровки, а второй - в режиме измерения. При этом измерения опорного и проверочного значений размаха выходного сигнала проводятся в центре фоточувствительной поверхности фотоприемника, освещаемой источником эталонной освещенности, распределение которой близко к равномерному. Вследствие этого значительно снижается влияние погрешности определения требуемого элемента изображения. Тем самым повышается точность определения опорного и проверочного значений размаха выходного сигнала и, в конечном счете, точность измерения яркостной температуры объекта.

Для достижения технического результата предложен 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, причем в режиме калибровки дополнительно измеряют и запоминают опорное значение размаха выходного сигнала U_опорн в центре поля изображения при освещении фоточувствительной поверхности многоэлементного фотоприемника эталонным источником освещенности, а в режиме измерения дополнительно измеряют проверочное значение размаха выходного сигнала U_пров в центре поля изображения при освещении фоточувствительной поверхности фотоприемника эталонным источником освещенности и корректируют значения размаха выходного сигнала из совокупности значений, составляющих калибровочную зависимость, путем их умножения на величину отношения U_пров/U_опорн.

На чертеже представлено устройство для реализации способа.

На чертеже и в тексте приняты следующие обозначения:

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

2 - пирометр;

3 - оптическая система пирометра;

4 - оптический затвор;

5 - ПЗС-матрица ТВ-камеры;

6 - ТВ-камера;

7 - источник эталонной освещенности;

8 - стабилизатор тока;

9 - устройство управления оптическим затвором;

10 - узел микроконтроллера;

11 - канал связи;

12 - плата видеоввода персонального компьютера;

13 - персональный компьютер.

Способ осуществляется следующим образом.

Измерение яркостной температуры объекта производится путем сравнения размаха выходного сигнала, сформированного фотоприемником от изображения объекта, с калибровочной зависимостью, связывающей размах выходного сигнала и яркостную температуру объекта. Калибровочная зависимость формируется в режиме калибровки следующим образом (см. чертеж):

- оптический затвор 4 открыт, источник эталонной освещенности 7 отключен, изображение тела накала эталонной пирометрической лампы 1 проецируется оптической системой 3 на фоточувствительную поверхность ПЗС-матрицы 5 ТВ-камеры 6, которая формирует телевизионный сигнал, передаваемый по каналу связи 11 на вход платы видеоввода 12 персонального компьютера 13, в котором измеряется и запоминается размах выходного сигнала фотоприемника, соответствующий изображению тела накала эталонной пирометрической лампы, яркостная температура которого известна, в моменты приращения выходного сигнала указанного фотоприемника на заданную величину.

Сформированная калибровочная зависимость хранится в памяти компьютера в виде таблицы:

размах сигнала U_{сигнала1} соответствует яркостной температуре Т_ярк.1;

размах сигнала U_{сигнала2} соответствует яркостной температуре Т_ярк.2;

размах сигнала U_{сигналаN} соответствует яркостной температуре Т_ярк.N.

Дополнительно в режиме калибровки измеряется и запоминается опорное значение размаха выходного сигнала U_опорн в центре поля изображения при освещении фоточувствительной поверхности фотоприемника эталонным источником освещенности, что осуществляется следующим образом (см. чертеж):

- оптический затвор 4 закрыт с помощью устройства управления оптическим затвором 9 по команде узла микроконтроллера 10, управляемого персональным компьютером 13. Источник эталонной освещенности 7 включен, через него протекает ток, стабилизированный с помощью стабилизатора тока 8. Тем самым обеспечивается стабилизация уровня освещенности фоточувствительной поверхности ПЗС-матрицы 5 ТВ-камеры 6, которая формирует телевизионный сигнал, передаваемый по каналу связи 11 на вход платы видеоввода 12 персонального компьютера 13. В персональном компьютере 13 измеряется и запоминается опорное значение размаха выходного сигнала U_опорн с элемента фоточувствительной поверхности ПЗС-матрицы 5, соответствующего центру поля изображения.

В режиме измерения яркостной температуры оптический затвор 4 открыт, источник эталонной освещенности 7 отключен, изображение объекта измерения 1 проецируется оптической системой 3 на фоточувствительную поверхность ПЗС-матрицы 5 ТВ-камеры 6, которая формирует телевизионный сигнал, передаваемый по каналу связи 11 на вход платы видеоввода 12 персонального компьютера 13, в котором измеряется размах выходного сигнала U_{сигнала} в каждой точке изображения.

Дополнительно в режиме измерения измеряется и запоминается проверочное значение размаха выходного сигнала U_пров в центре поля изображения при освещении фоточувствительной поверхности фотоприемника эталонным источником освещенности, что осуществляется аналогично измерению величины U_опорн, проводимому в режиме калибровки (см. выше).

Яркостная температура объекта Т_ярк определяется на основании калибровочной зависимости, откорректированной исходя из запомненного опорного значения выходного сигнала U_опорн и запомненного проверочного значения выходного сигнала U_пров, путем умножения значения размаха выходного сигнала от объекта U_{сигнала} на величину отношения U_пров/U_опорн:

U_{сигнала1}*(U_пров/U_опорн) соответствует яркостной температуре Т_ярк.1;

U_{сигнала2}*(U_пров/U_опорн) соответствует яркостной температуре Т_ярк.2;

U_{сигналаN}*(U_пров/U_опорн) соответствует яркостной температуре Т_ярк.N.

Изобретение относится к измерительной технике. В способе калибровочная зависимость корректируется на основании соотношения опорного и проверочного значений размаха выходного сигнала, первый из которых измерен в режиме калибровки, а второй - в режиме измерения. При этом измерения опорного и проверочного значений размаха выходного сигнала проводятся в центре фоточувствительной поверхности фотоприемника, освещаемой источником эталонной освещенности, распределение которой близко к равномерному. Вследствие этого значительно снижается влияние погрешности определения требуемого элемента изображения. Технический результат заявляемого решения выражен в повышении точности измерения яркостной температуры объекта. 1 ил.

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, отличающийся тем, что в режиме калибровки дополнительно измеряют и запоминают опорное значение размаха выходного сигнала U_опорн в центре поля изображения при освещении фоточувствительной поверхности многоэлементного фотоприемника эталонным источником освещенности, а в режиме измерения дополнительно измеряют и запоминают проверочное значение размаха выходного сигнала U_пров в центре поля изображения при освещении фоточувствительной поверхности фотоприемника эталонным источником освещенности и корректируют значения размаха выходного сигнала из совокупности значений, составляющих калибровочную зависимость, путем их умножения на величину отношения U_пров/U_опорн.