БЕСКОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ИНФРАКРАСНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ С ОХЛАЖДЕНИЕМ ЖИДКИМ АЗОТОМ Российский патент 2024 года по МПК G01J5/00 G01J5/02 G01J5/05 G01J5/61 G01J5/803 

Область техники

Настоящее изобретение относится к технической области инфракрасного измерения температуры, в частности к бесконтактному устройству и способу высокоскоростного инфракрасного измерения температуры с охлаждением жидким азотом.

Уровень техники

В процессе динамического разрушения или образования полосы сдвига, вызванного ударом, деформацией или разрушением, происходит значительное изменение температуры в течение очень короткого времени, что тесно связано с защитой безопасности, материаловедением, обработкой и производством, технологиями национальной обороны, аэрокосмической промышленностью и другими областями. В экстремальных случаях изменение температуры материалов достигает определенных значений, что может повлиять на эксплуатационные и переходные характеристики материала. Измерение изменения температуры в процессе удара в режиме реального времени способствует пониманию термодинамических свойств материалов и анализу эффекта взаимодействия тепла и силы в процессе удара, так что температура становится важным параметром в процессе высокоскоростной деформации материалов. Поэтому необходимо проводить динамические эксперименты по измерению температуры в высокоскоростном режиме для глубокого изучения механизма деформационного разрушения материалов.

В настоящее время методы динамического измерения температуры в основном включают метод термопары, метод термочувствительной пленки и метод жидкокристаллической пленки; однако вышеуказанные методы мониторинга имеют некоторые недостатки, такие как длительное время отклика, контактное измерение и возможное изменение исходного температурного поля. Инфракрасный метод измерения температуры преодолевает вышеуказанные недостатки благодаря относительно высокому временному и температурному разрешению и, в частности, открывает широкие перспективы для развития технологии динамического измерения температуры благодаря характеристикам бесконтактного измерения и быстрого отклика вплоть до микросекундного уровня. Однако существующая инфракрасная система измерения температуры вызывает появление большого количества несущих, когда решетка детектора вибрирует при комнатной температуре; а инфракрасное устройство мониторинга содержит много шума, что значительно влияет на точность данных. Поэтому предлагается бесконтактное устройство и способ высокоскоростного инфракрасного измерения температуры с охлаждением жидким азотом.

Краткое описание

Целью настоящего изобретения является обеспечение бесконтактного устройства и способа высокоскоростного инфракрасного измерения температуры с охлаждением жидким азотом. Охлаждение жидким азотом до температуры 77 К позволяет сократить время отклика инфракрасного детектора и повысить чувствительность при низкой температуре, тем самым повышая точность данных.

Для достижения вышеуказанной цели настоящее изобретение предлагает следующее техническое решение: бесконтактное устройство для высокоскоростного инфракрасного измерения температуры с охлаждением жидким азотом, содержащее рабочий резервуар, в котором колба Дьюара установлена с одной стороны внутренней части рабочего резервуара; инфракрасный детектор установлен на боковой стенке колбы Дьюара; инфракрасный лазерный излучатель установлен с другой стороне внутренней части рабочего резервуара; и светоделительный узел установлен внутри рабочего резервуара напротив инфракрасного лазерного излучателя.

Внутри рабочего резервуара установлен отражатель; между отражателем и инфракрасным детектором расположен прерыватель; причем прерыватель, отражатель и инфракрасный детектор установлены на одной горизонтальной линии.

Линза объектива установлена на боковой стенке рабочего резервуара; линза объектива, спектроскоп и отражатель расположены на другой горизонтальной линии; и две горизонтальные линии перпендикулярны друг другу.

Светоделительный узел содержит основание, неподвижно соединенное внутри рабочего резервуара; вращающаяся часть расположена внутри основания; вращающийся вал расположен в верхней части вращающейся части; кронштейн неподвижно соединен с вращающимся валом; на кронштейне установлена регулировочная часть; а спектроскоп установлен в регулировочной части.

Кроме того, вращающаяся часть содержит ведомое колесо, неподвижно соединенное с вращающимся валом; наружная поверхность ведомого колеса соединена с возможностью вращения с ведущим колесом; боковая стенка ведущего колеса неподвижно соединена с приводным стержнем; приводной стержень проходит через рабочий резервуар; один конец приводного стержня неподвижно соединен с первой ручкой; на первой ручке установлена ограничительная шестерня; ограничительный стержень зажат в зазоре зубьев ограничительной шестерни; упругий стержень неподвижно соединен с боковой стенкой ограничительного стержня; направляющая втулка закреплена на наружных поверхностях упругого стержня и ограничительного стержня; направляющая втулка закреплена на внутренней стенке рабочего резервуара; а упругий стержень закреплен на направляющей втулке.

Кроме того, ведущее колесо и ведомое колесо представляют собой конические шестерни; и ведущее колесо, и ведомое колесо находятся в зацеплении друг с другом.

Кроме того, первый перемещающийся стержень неподвижно соединен с боковой стенкой ограничительного стержня; и в боковой стенке направляющей втулки выполнена сквозная канавка, соответствующая первому перемещающемуся стержню.

Кроме того, вращающаяся часть содержит ограничительную конструкцию; ограничительная конструкция содержит вращающийся диск, закрепленный на вращающемся валу; нижняя часть вращающегося диска неподвижно соединена с упругими зажимными стержнями; нижние части упругих зажимных стержней зажаты ограничительным диском; наружная поверхность ограничительного диска неподвижно соединена с основанием; и в верхней части ограничительного диска выполнены изогнутые направляющие, соответствующие упругим зажимным стержням.

Кроме того, каждая изогнутая направляющая содержит два установочных отверстия; направляющий канал расположен между двумя установочными отверстиями; и оба конца направляющего канала снабжены наклонными поверхностями.

Кроме того, регулировочная часть содержит червяк, соединенный с возможностью вращения с кронштейном; наружная поверхность червяка соединена с возможностью вращения с червячным колесом; и один конец червяка, проходящий через кронштейн, неподвижно соединен со второй ручкой.

Кроме того, регулировочная часть содержит крепежную конструкцию, установленную на кронштейне; крепежная конструкция содержит емкость для хранения, соединенную с возможностью вращения с верхней частью кронштейна; упругий элемент неподвижно соединен внутри емкости для хранения; опорная пластина неподвижно соединена с нижним концом упругого элемента; и первый зажимной блок неподвижно соединен с нижней частью опорной пластины.

Второй зажимной блок соединен с возможностью вращения с нижней боковой стенкой кронштейна.

Кроме того, посадочные места неподвижно соединены с верхней и нижней сторонами спектроскопа; и в боковой стенке каждого посадочного места выполнены зажимные пазы, соответствующие первому зажимному блоку и второму зажимному блоку.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения, настоящее изобретение обеспечивает способ использования бесконтактного устройства для высокоскоростного инфракрасного измерения температуры с охлаждением жидким азотом, включающий следующие этапы:

S1: определение положения объекта, подлежащего измерению, следующим образом: добавление жидкого азота 77 К в колбу Дьюара, при этом чувствительность детектора может быть улучшена в условиях низкой температуры 77 К; затем помещение объекта, подлежащего измерению, перед объективом; включение переключателя питания для запуска инфракрасного лазерного излучателя; разделение падающего света на отраженный свет A и отраженный свет B с помощью инфракрасного света, излучаемого инфракрасным лазерным излучателем через спектроскоп; и отражение отраженного света B на объект, подлежащий измерению, через линзу объектива, для определения положения объекта, подлежащего измерению;

S2: приведение вращающегося вала во вращение с помощью вращающейся части, так что спектроскоп поворачивается на 90°, инфракрасный свет не может излучаться спектроскопом в данный момент, и как отражатель, так и линза объектива расположены на горизонтальной линии, перпендикулярной инфракрасному детектору и лопастям прерывателя; модуляция прерывателя до требуемой частоты, чтобы время отклика достигло микросекундного уровня;

S3: наблюдение за объектом, подлежащим измерению, передача инфракрасного света, излучаемого объектом, подлежащим измерению, на отражатель через линзу объектива, затем прохождение через лопасти прерывателя, наконец, подача инфракрасного света в инфракрасный детектор и передача измеренной температуры с помощью модуля схемы.

Настоящее изобретение обладает, по меньшей мере, следующими полезными эффектами:

1. Инфракрасный детектор, прерыватель, отражатель, модуль схемы и т.п. интегрированы в рабочий резервуар без повторной сборки устройств; и внутри рабочего резервуара расположена схема, так что значение напряжения может быть непосредственно вычислено по значению температуры, тем самым обеспечивая удобство использования и эксплуатации, высокую мобильность и высокую практичность.

2. В настоящем изобретении используется охлаждение жидким азотом при температуре 77 К, так что время отклика инфракрасного детектора может быть сокращено и чувствительность может быть улучшена до определенной степени, тем самым дополнительно повышая точность данных.

3. Согласно настоящему изобретению положение объекта, подлежащего измерению, может быть быстро определено путем настройки взаимодействия между излучателем инфракрасного лазера, инфракрасным детектором, спектроскопом и линзой объектива; и инфракрасный лазер вводится в спектроскоп для определения положения объекта, подлежащего измерению по отраженному свету.

4. Согласно настоящему изобретению спектроскоп может поворачиваться на 90° с помощью предусмотренной вращающейся части после определения положения измеряемого объекта, тем самым избегая влияния на мониторинг объекта, подлежащего последующему измерению; спектроскоп может направляться во время вращения с помощью предусмотренного ограничивающего механизма, и ограничиваться и фиксироваться после поворота на 90°, тем самым предотвращая отклонение спектроскопа под воздействием внешней силы и влияние на мониторинг объекта.

5. Левое и правое положения спектроскопа также могут отклоняться и регулироваться с помощью предусмотренной регулировочной части, так что положение разделения света может быть удобно отрегулировано в соответствии с другими случаями использования, и практичность устройства дополнительно улучшается.

6. Согласно настоящему изобретению спектроскоп может быть быстро разобран или установлен с помощью предусмотренной крепежной конструкции, что облегчает очистку и техническое обслуживание и предотвращает прилипание загрязнений к поверхности спектроскопа и влияние на эффект светоделения.

7. Время отклика настоящего изобретения на изменение температуры может достигать микросекундного уровня, что может быть применено к эксперименту по ударной нагрузке для мониторинга температуры материала при высокоскоростном ударе.

Конечно, нет необходимости в том, чтобы какой-либо продукт, реализующий настоящее изобретение, достигал всех вышеупомянутых преимуществ одновременно.

Описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой схематическую стереограмму общей конструкции в соответствии с настоящим изобретением в первом ракурсе;

Фиг. 2 представляет собой увеличенный вид конструкции в позиции А на Фиг. 1;

Фиг. 3 представляет собой схематическую стереограмму общей конструкции по настоящему изобретению в первом ракурсе;

Фиг. 4 представляет собой схематическую стереограмму внутренней конструкции по настоящему изобретению;

Фиг. 5 представляет собой схематический вид сверху внутренней конструкции по настоящему изобретению;

Фиг. 6 представляет собой схематическую стереограмму конструкции спектроскопа по настоящему изобретению в состоянии использования;

Фиг. 7 представляет собой схематическую стереограмму конструкции спектроскопа по настоящему изобретению в состоянии покоя;

Фиг. 8 представляет собой схематическую стереограмму регулировочной части по настоящему изобретению;

Фиг. 9 представляет собой схематическую стереограмму фиксирующей конструкции по настоящему изобретению;

Фиг. 10 представляет собой схематическую стереограмму вращающейся части по настоящему изобретению;

Фиг. 11 представляет собой схематическую стереограмму ограничительной конструкции по настоящему изобретению;

Фиг. 12 представляет собой схематическую стереограмму конструкции первого зажимного блока по настоящему изобретению.

Ссылочные номера:

1. рабочий резервуар; 2. колба Дьюара; 3. инфракрасный детектор; 4. инфракрасный лазерный излучатель; 5. светоразделительный узел; 51. основание; 52. вращающаяся часть; 521. ведомое колесо; 522. ведущее колесо; 523. приводной стержень; 524. первая ручка; 525. ограничительная шестерня; 526. ограничительный стержень; 527. упругий стержень; 528. направляющая втулка; 529. первый перемещающийся стержень; 5210. ограничительная конструкция; 5211. вращающийся диск; 5212. упругий зажимной стержень; 5213. ограничительный диск; 5214. изогнутая направляющая; 53. вращающийся вал; 54. кронштейн; 55. регулировочная часть; 551. червяк; 552. червячное колесо; 553. вторая ручка; 554. крепежная конструкция; 5541. емкость для хранения; 5542. упругий элемент; 5543. опорная пластина; 5544. первый зажимной блок; 5545. второй зажимной блок; 5546. зажимной паз; 5547. второй перемещающийся стержень; 56. спектроскоп; 6. отражатель; 7. прерыватель; 8. линза объектива; 9. падающий свет; 10. отраженный свет A; 11. отраженный свет B; 12. частотный модулятор прерывателя; 13. переключатель питания; 14. регулировочная клавиша; 15. модуль отображения; 16. модуль схемы; и 17. экран дисплея.

Подробное описание

Технические решения в вариантах осуществления настоящего изобретения будут четко и полностью описаны в сочетании с сопроводительными чертежами ниже. По-видимому, описанные варианты осуществления являются лишь частью вариантов осуществления настоящего изобретения, а не всеми вариантами осуществления. Все другие варианты осуществления, полученные обычными специалистами в данной области, на основе вариантов осуществления настоящего изобретения без творческого труда, должны подпадать под область охраны настоящего изобретения.

Ссылаясь на фиг. 1-12, настоящее изобретение предлагает техническое решение: бесконтактное устройство для высокоскоростного инфракрасного измерения температуры с охлаждением жидким азотом, которое содержит рабочий резервуар 1; колба Дьюара 2 установлена с одной стороны внутренней части рабочего резервуара 1; инфракрасный детектор 3 установлен на боковой стенке колбы Дьюара 2; инфракрасный лазерный излучатель 4 установлен с другой стороны внутренней части рабочего резервуара 1; и светоделительный узел 5 установлен внутри рабочего резервуара 1 напротив инфракрасного лазерного излучателя 4.

В верхней части колбы Дьюара 2 выполнено отверстие для колбы; на отверстии для колбы установлена герметизирующая крышка; и через отверстие для колбы Дьюара 2 удобно добавлять жидкий азот 77 К для охлаждения.

Отражатель 6 установлен внутри рабочего резервуара 1; прерыватель 7 расположен между отражателем 6 и инфракрасным детектором 3; и прерыватель 7, отражатель и инфракрасный детектор 3 установлены на одной горизонтальной линии.

Линза объектива 8 установлена на боковой стенке рабочего резервуара 1; линза объектива 8, спектроскоп 56 и отражатель расположены на другой горизонтальной линии; и две горизонтальные линии перпендикулярны друг другу.

Как показано на фиг. 1 и 3, рабочий резервуар 1 снабжен дисплеем 17 для отображения температурной кривой, частотным модулятором прерывателя 12 для регулировки частоты прерывателя 7, переключателем питания 13, регулировочной клавишей 14 и модулем отображения 15 для отображения значений на противоположной стороне линзы объектива 8. На внешней верхней поверхности рабочего резервуара 1 с возможностью отсоединения установлена накладка; а на накладке установлена ручка, так что рабочий резервуар 1 может быть легко открыт при необходимости.

Светоделительный узел 5 содержит основание 51, неподвижно соединенное внутри рабочего резервуара 1; вращающаяся часть 52 расположена внутри основания 51; вращающийся вал 53 расположен в верхней части вращающейся части 52; кронштейн 54 неподвижно соединен с вращающимся валом 53; регулировочная часть 55 расположена на кронштейне 54; а спектроскоп 56 установлен на регулировочной части 55.

Вращающаяся часть 52 содержит ведомое колесо 521, неподвижно соединенное с вращающимся валом 53; наружная поверхность ведомого колеса 521 соединена с возможностью вращения с ведущим колесом 522; как ведущее колесо 522, так и ведомое колесо 521 представляют собой конические шестерни; ведущее колесо 522 и ведомое колесо 521 находятся в зацеплении друг с другом; и когда ведущее колесо 522 вращается, ведущее колесо 522 приводит ведомое колесо 521 во вращение вместе с ним. Боковая стенка ведущего колеса 522 неподвижно соединена с приводным стержнем 523; приводной стержень 523 проходит через рабочий резервуар 1; один конец приводного стержня 523 неподвижно соединен с первой ручкой 524; когда первая ручка 524 поворачивается для приведения во вращение приводного стержня 523, ведущее колесо 522 может приводиться во вращение, так что вращающийся вал 53 может приводиться во вращение через ведомое колесо 521. Следует отметить, что ограничительная шестерня 525 дополнительно установлена на первой ручке 524; ограничительный стержень 526 зажат в зазоре зубьев ограничительной шестерни 525; упругий стержень 527 неподвижно соединен с боковой стенкой ограничительного стержня 526; направляющая втулка 528 закреплена на наружных поверхностях упругого стержня 527 и ограничительного стержня 526; направляющая втулка 528 закреплена на внутренней стенке рабочего резервуара 1; и упругий стержень 527 закреплен на направляющей втулке 528.

Кроме того, первый перемещающийся стержень 529 неподвижно соединен с боковой стенкой ограничительного стержня 526; и в боковой стенке направляющей втулки 528 выполнена сквозная канавка, соответствующая первому перемещающемуся стержню 529. Следовательно, для первого перемещающегося стержня 529 может быть обеспечено пространство для перемещения и направления за счет использования предусмотренной сквозной канавки; ограничительный стержень 526 приводится в движение для сжатия упругого стержня 527 путем перемещения первого перемещающегося стержня 529; и ограничительный стержень 526 выводится из зазора между зубьями ограничительной шестерни 525, тем самым отпирая первую ручку 524. Когда первая ручка 524 поворачивается на соответствующий угол, первый перемещающийся стержень 529 отпускается, и упругий стержень 527 может приводить в действие ограничительный стержень 526 для сброса, так что ограничительный стержень 526 может быть повторно зажат в зазоре между зубьями, чтобы повторно зафиксировать первую ручку 524, тем самым предотвращая вращение первой ручки 524 из-за случайного контакта.

С другой стороны, вращающаяся часть 52 дополнительно содержит ограничительную конструкцию 5210, которая в основном используется для ограничения и направления вращающегося вала 53 во время вращения. Ограничительная конструкция 5210 содержит вращающийся диск 5211, закрепленный на вращающемся валу 53; нижняя часть вращающегося диска 5211 неподвижно соединена с упругими зажимными стержнями 5212; предусмотрено два упругих зажимных стержня 5212; и два упругих зажимных стержня 5212 симметрично установлены в нижней части вращающегося диска 5211. Нижние части упругих зажимных стержней 5212 зажимаются ограничительным диском 5213; внешняя поверхность ограничительного диска 5213 жестко соединена с основанием 51; и изогнутые направляющие 5214, соответствующие упругим зажимным стержням 5212, выполнены в верхней части ограничительного диска 5213. Как показано на фиг. 11, каждая изогнутая направляющая 5214 содержит два установочных отверстия; направляющий канал расположен между двумя установочными отверстиями; и оба конца направляющего канала снабжены наклонными поверхностями. Когда вращающийся вал 53 приводит во вращение вращающийся диск 5211, два упругих зажимных стержня 5212 могут приводиться во вращение вместе с ним. Используя два установочных отверстия, вращающийся вал 53 может быть удобно ограничен и зафиксирован перед вращением и после поворота на 90°. Кроме того, направляющий канал снабжен наклонными поверхностями, упругие зажимные стержни 5212 могут переключаться в двух установочных отверстиях.

Как показано на фиг. 8-9, регулировочная часть 55 содержит червяк 551, соединенный с возможностью вращения с кронштейном 54; червячное колесо 552, соединенное с возможностью вращения с наружной поверхностью червяка 551; один конец червяка 551, проходящий через кронштейн 54, неподвижно соединен со второй ручкой 553; и между червяком 551 и кронштейном 54 расположен подшипник. Червяк 551 может приводиться во вращение вращением второй ручки 553; и червячное колесо 552 может приводиться во вращение посредством червяка 551. Следует отметить, что червячное колесо 552 выполнено как единое целое в форме веера, и червячное колесо 552 и червяк 551 находятся в зацеплении друг с другом. Левое и правое положения спектроскопа 56 могут отклоняться и регулироваться вращением червяка 551 вперед или назад для приведения во вращение червячного колеса 552, тем самым облегчая регулировку положения разделения света в соответствии с другими случаями использования и дополнительно повышая практичность устройства.

Регулировочная часть 55 дополнительно содержит крепежную конструкцию 554, установленную на кронштейне 54; крепежная конструкция 554 содержит емкость для хранения 5541, соединенную с возможностью вращения с верхней частью кронштейна 54; упругий элемент 5542, неподвижно соединенный внутри емкости для хранения 5541; и опорную пластину 5543, неподвижно соединенную с нижним концом упругой детали 5542; диаметр опорной пластины 5543 равен внутреннему диаметру емкости для хранения 5541. Кроме того, второй перемещающийся стержень 5547 неподвижно соединен с боковой стенкой опорной пластины 5543; и сквозная канавка, соответствующая второму перемещающемуся стержню 5547, образована в боковой стенке емкости для хранения 5541, тем самым обеспечивая удобное пространство для перемещения и направления для второго перемещающегося стержня 5547.

Кроме того, первый зажимной блок 5544 неподвижно соединен с нижней частью опорной пластины 5543; второй зажимной блок 5545 вращательно соединен с нижней боковой стенкой кронштейна 54; посадочные места неподвижно соединены с верхней и нижней сторонами спектроскопа 56; и зажимные пазы 5546, соответствующие первому зажимному блоку 5544 и второму зажимному блоку 5545, выполнены в боковых стенках посадочных мест. Когда первый зажимной блок 5544 и второй зажимной блок 5545 соответственно зажимаются в зажимных пазах 5546 на верхней и нижней сторонах спектроскопа 56, спектроскоп 56 может быть зафиксирован. Когда спектроскоп 56 необходимо разобрать, как только второй перемещающийся стержень 5547 перемещается, чтобы заставить опорную пластину 5543 двигаться вверх, опорная пластина 5543 может сжимать упругий элемент 5542 и приводить в движение первый зажимной блок 5544 для перемещения вверх, так что первый зажимной блок 5544 может быть отсоединен от зажимного паза 5546, и затем спектроскоп 56 может быть разобран, что облегчает очистку и техническое обслуживание рабочим персоналом и предотвращает прилипание загрязнений к поверхности спектроскопа 56, влияющих на эффект разделения света.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения, настоящее изобретение обеспечивает способ использования бесконтактного устройства для высокоскоростного инфракрасного измерения температуры с охлаждением жидким азотом, включающим следующие этапы:

S1: положение объекта, подлежащего измерению, определяется следующим образом: в колбу 2 Дьюара добавляют жидкий азот температурой 77 К, при этом чувствительность детектора может быть улучшена в среде с низкой температурой 77 К; затем объект, подлежащий измерению, помещают перед линзой объектива 8; включают переключатель питания 13 для запуска инфракрасного лазерного излучателя 4; падающий свет 9 делится на отраженный свет A 10 и отраженный свет B 11 с помощью инфракрасного света, излучаемого инфракрасным лазерным излучателем 4 через спектроскоп 56; и отраженный свет В 11 отражается на объект, подлежащий измерению, через линзу объектива 8 для определения положения объекта, подлежащего измерению;

S2: вращающийся вал 53 приводится во вращение вращающейся частью 52, так что спектроскоп 56 поворачивается на 90°, инфракрасный свет не может излучаться спектроскопом 56 в этот момент, и как отражатель, так и линза объектива 8 расположены на горизонтальной линии, перпендикулярной инфракрасному детектору 3 и лопастям прерывателя 7; и прерыватель 7 регулирует частотный модулятор 12 через модуль схемы 16 таким образом, чтобы лопасти прерывателя достигали требуемой частоты, чтобы время отклика достигало микросекундного уровня;

S3: осуществляется мониторинг объекта, подлежащего измерению; инфракрасный свет, излучаемый объектом, подлежащим измерению, передается на отражатель через линзу объектива 8, затем проходит через лопасти прерывателя 7 и, наконец, вводится в инфракрасный детектор 3; и измеренная температура передается модулем схемы 16.

Конкретные варианты осуществления показаны ниже:

Вариант осуществления 1:

Как показано на фиг. 1-12, бесконтактное высокоскоростное инфракрасное устройство для измерения температуры с охлаждением жидким азотом калибруется; и устанавливается функциональная взаимосвязь между выходным сигналом инфракрасного детектора 3 и измеренной температурой объекта, подлежащего измерению. Согласно техническому решению настоящего варианта осуществления инфракрасный детектор 3 представляет собой бесконтактный инфракрасный датчик измерения температуры, который содержит инфракрасный стековый датчик Melexis MLX90614, микросхему чувствительного к ИК-излучению термоэлементного детектора и ASIC для регулировки сигнала, причем MLX90614, микросхема чувствительного к ИК-излучению термоэлементного детектора и ASIC для регулировки сигнала могут быть интегрированы в тот же корпус TO-39. MLX90614 интегрирован с малошумящим усилителем, 17-разрядным ACD и DSP-ячейкой; диапазон рабочих температур MLX90614 составляет от -40°С до 125°С; диапазон температур обнаруженного объекта составляет от -70°С до 380°С; MLX90614 поддерживает конфигурацию цифрового выхода в виде широтно-импульсной модуляции (PWM). Как правило, 10-разрядный PWM сконфигурирован для непрерывной передачи измеренной температуры в диапазоне от -20°С до 120°С с разрешением 0,14°С.

Жидкий азот K добавляют в колбу Дьюара 2 через отверстие колбы, при этом низкотемпературная среда K может повысить чувствительность инфракрасного детектора 3, тем самым повышая точность данных. Отверстие колбы закрывается; перед линзой объектива 8 помещается излучатель в виде абсолютно черного тела (печь), подлежащий измерению; включается переключатель питания 13; инфракрасный лазерный излучатель 4 включается регулировочной клавишей 14; и падающий свет 9 делится на отраженный свет A 10 и отраженный свет B 11 с помощью инфракрасного света, излучаемого инфракрасным лазерным излучателем 4 через спектроскоп 56. Отраженный свет A 10 проходит через отражатель, затем проходит через лопасти прерывателя 7 и, наконец, вводится в инфракрасный детектор 3. Отраженный свет B 11 отражается на абсолютно черном теле через линзу объектива 8 для определения положения мониторинга.

Ограничительный стержень 526 приводится в движение для сжатия упругого стержня 527 путем перемещения первого перемещающегося стержня 529, и ограничительный стержень 526 выводится из зазора между зубьями ограничительной шестерни 525, так что первая ручка 524 может быть разблокирована. Когда первая ручка 524 поворачивается, приводной стержень 523 приводится во вращение, и ведущее колесо 522 приводится в движение приводным стержнем 523. Когда ведущее колесо 522 вращается, ведомое колесо 521 может приводиться во вращение, тем самым приводя во вращение вращающийся вал 53. Когда вращающийся вал 53 вращается, кронштейн 54, спектроскоп 56 и вращающийся диск 5211 могут приводиться во вращение. Когда вращающийся диск 5211 вращается, упругие зажимные стержни 5212 могут приводиться во вращение. После того, как вращающийся диск 5211 переместится на 90 градусов, упругие зажимные стержни 5212 могут быть зажаты в соответствующих установочных отверстиях; инфракрасный свет не может излучаться спектроскопом 56 в этот момент; и как отражатель, так и линза объектива 8 расположены на горизонтальной линии, перпендикулярной инфракрасному детектору 3 и лопастям из прерывателя 7. Прерыватель 7 регулирует частотный модулятор 12 таким образом, чтобы лопасти прерывателя достигали требуемой частоты, чтобы время отклика достигло микросекундного уровня. Затем регулируется температура абсолютно черного тела. Линза объектива 8 отслеживает инфракрасный свет, излучаемый абсолютно черным телом; и инфракрасный свет направляется на инфракрасный детектор 3 через отражатель. Инфракрасный детектор 3 содержит термочувствительный детектирующий элемент, предпочтительно термистор. Когда термистор излучает инфракрасный свет, температура повышается, сопротивление изменяется, и данные выводятся в виде электрического сигнала через модуль схемы 16 для получения измеренной температуры. Наконец, измеренная температура отображается на модуле отображения 15 и экране дисплея 17.

Вариант осуществления 2:

Как показано на фиг. 1-12, экспериментальная система со стержнем Хопкинсона используется для загрузки при комнатной температуре; и экспериментальная система со стержнем Хопкинсона и устройство сбора данных отлаживаются. Ударник, нагружающий стержень и передающий стержень экспериментальной системы со стержнем Хопкинсона сначала настраиваются на соосность. В частности, ударник и нагружающий стержень сначала настраиваются на соосность; и затем конец нагружающего стержня для загрузки образца дополнительно регулируется после фиксации одной стороны ударного конца нагружающего стержня, так что конец нагружающего стержня для загрузки образца находится соосно с передающим стержнем.

Высокоскоростное инфракрасное устройство для измерения температуры отлаживается следующим образом. Устройство помещают перед испытуемым образцом после того, как жидкий азот добавляется через отверстие колбы и отверстие колбы закрывается; включается переключатель питания 13; и инфракрасный лазерный излучатель 4 включается регулировочной клавишей 14. Падающий свет 9 делится на отраженный свет A 10 и отраженный свет B 11 инфракрасным светом, излучаемым инфракрасным лазерным излучателем 4 через спектроскоп 56; отраженный свет B 11 отражается на испытуемом образце через линзу объектива 8; и рабочий резервуар 1 регулируется таким образом, чтобы достичь требуемого положения мониторинга испытуемого образца.

Ограничительный стержень 526 приводится в движение для сжатия упругого стержня 527 путем перемещения первого перемещающегося стержня 529, и ограничительный стержень 526 выводится из зазора между зубьями ограничительной шестерни 525, так что первая ручка 524 может быть разблокирована. Когда первая ручка 524 поворачивается, приводной стержень 523 приводится во вращение, и ведущее колесо 522 приводится в движение приводным стержнем 523. Когда ведущее колесо 522 вращается, ведомое колесо 521 может приводиться во вращение, тем самым приводя во вращение вращающийся вал 53. Когда вращающийся вал 53 вращается, кронштейн 54, спектроскоп 56 и вращающийся диск 5211 могут приводиться во вращение. Когда вращающийся диск 5211 вращается, упругие зажимные стержни 5212 могут приводиться во вращение. После того, как вращающийся диск 5211 переместится на 90 градусов, упругие зажимные стержни 5212 могут быть зажаты в соответствующих установочных отверстиях; инфракрасный свет не может излучаться спектроскопом 56 в этот момент; и как отражатель, так и линза объектива 8 расположены на горизонтальной линии, перпендикулярной инфракрасному детектору 3 и лопастям прерывателя 7. Прерыватель 7 регулирует частотный модулятор 12 таким образом, чтобы лопасти прерывателя достигали требуемой частоты, чтобы время отклика достигло микросекундного уровня.

После настройки высокоскоростного инфракрасного устройства для измерения температуры, как указано выше, образец загружается с помощью экспериментальной системы со стержнями Хопкинсона. Значение сигнала напряжения, отслеживаемое инфракрасным детектором 3, преобразуется в значение температуры образца в соответствии со схемой модуля 16; и значение температуры отображается в модуле отображения 15. Получают изменение температуры образца со временем в эксперименте со стрежнями Хопкинсона; и кривая отображается на экране дисплея 17. На данный момент измерение температуры образца в процессе воздействия завершено.

В заключение, в соответствии с техническим решением, предусмотренным настоящим изобретением, колба Дьюара 2, отражатель, модуль схемы 16, инфракрасный лазерный излучатель 4, прерыватель 7, линза объектива 8, рабочий резервуар 1, спектроскоп 56 и другие компоненты объединены в интегрированное высокоскоростное инфракрасное устройство для измерения температуры, которое в основном используется для решения проблем, связанных с тем, что существующие методы динамического измерения температуры (такие как метод термопары, метод термочувствительной пленки и метод жидкокристаллической пленки) имеют длительное время отклика, практически не применяются в сложных средах, требуют контактного измерения и могут изменять исходное температурное поле. Согласно настоящему изобретению, путем охлаждения жидким азотом при температуре 77К время отклика инфракрасного детектора 3 может быть сокращено и чувствительность может быть улучшена при низкой температуре, тем самым повышая точность данных. Кроме того, время отклика настоящего изобретения на изменение температуры может достигать микросекундного уровня, что может быть применено в экспериментах по ударной нагрузке для мониторинга температуры материала при высокоскоростном ударе.

Следует отметить, что термины взаимосвязи, такие как первый, второй и т.п., используются здесь только для отличия одного объекта или операции от другого объекта или операции и не обязательно требуют или подразумевают какую-либо практическую взаимосвязь или последовательность между объектами или операциями. Более того, термины “содержать”, “включающий в себя” или любой другой вариант предназначены для охвата неисключительных составляющих, так что процесс, способ, изделие или устройство, которые включают в себя ряд элементов, не только включают такие элементы, но также включают другие элементы, не перечисленные отчетливо, или также включают неотъемлемые элементы процесса, способа, изделия или устройства.

Обычные специалисты в данной области могут ознакомиться с конкретными значениями вышеуказанных терминов в настоящем изобретении в соответствии с конкретными ситуациями. Когда говорится, что элемент “собран на”, “установлен на”, “закреплен на” или “расположен на” другом элементе, элемент может находиться непосредственно на другом элементе или может существовать промежуточный элемент. Когда элемент считается “связанным” с другим элементом, элемент может быть непосредственно связан с другим элементом или одновременно может существовать промежуточный элемент. Термины “вертикальный”, “горизонтальный”, “верхний”, “нижний”, “левый”, “правый” и аналогичные выражения, используемые здесь, предназначены только для иллюстрации и не являются единственным способом осуществления.

Хотя варианты осуществления настоящего изобретения были показаны и описаны, обычным специалистам в данной области техники следует понимать, что различные изменения, модификации, замены и преобразования могут быть внесены в варианты осуществления без отступления от принципа и сущности настоящего изобретения, и объем настоящего изобретения ограничен по прилагаемой формуле изобретения и ее эквивалентам.

На иллюстрации этого описания иллюстрация ссылочных терминов “один вариант осуществления”, “пример”, “конкретный пример” и т.д. означает, что конкретные признаки, структуры, материалы или характеристики, проиллюстрированные в сочетании с вариантом осуществления или примером, включены, по меньшей мере, в один вариант осуществления или пример настоящего изобретения. В этом описании примерные утверждения для приведенных выше терминов необязательно должны относиться к одному и тому же варианту осуществления или примеру. Более того, описанные специфические признаки, структуры, материалы или характеристики могут быть соответствующим образом объединены в любом одном или нескольких вариантах осуществления или примерах.

Изобретение раскрывает бесконтактное устройство и способ высокоскоростного инфракрасного измерения температуры с охлаждением жидким азотом, которые относятся к технической области инфракрасного измерения температуры. Настоящее изобретение содержит рабочий резервуар, колба Дьюара установлена на одной стороне внутренней части рабочего резервуара. Инфракрасный детектор установлен на боковой стенке колбы Дьюара, а инфракрасный лазерный излучатель установлен на другой стороне внутренней части рабочего резервуара. Светоделительный узел установлен внутри рабочего резервуара напротив инфракрасного лазерного излучателя. Внутри рабочего резервуара установлен отражатель, а между отражателем и инфракрасным детектором расположен прерыватель. Согласно настоящему изобретению колба Дьюара, отражатель, модуль схемы, инфракрасный лазерный излучатель, прерыватель, линза объектива, рабочий резервуар, спектроскоп и другие компоненты объединены в интегрированное высокоскоростное инфракрасное устройство для измерения температуры, которое в основном используется для решения проблем, связанных с существующими методами динамического измерения температуры (такие как метод термопары, метод термочувствительной пленки и метод жидкокристаллической пленки), имеющими длительное время отклика, практически не применимыми в сложных средах, требующими контактное измерение, имеющими возможность изменять исходное температурное поле и низкую точность данных. Технический результат – повышение точности получаемых данных. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Бесконтактное устройство для высокоскоростного инфракрасного измерения температуры с охлаждением жидким азотом, содержащее рабочий резервуар (1), в котором колба Дьюара (2) установлена с одной стороны внутренней части рабочего резервуара (1); инфракрасный лазерный излучатель (4) установлен с другой стороны внутренней части рабочего резервуара (1); и светоделительный узел (5) установлен внутри рабочего резервуара (1) напротив инфракрасного лазерного излучателя (4);

отражатель (6) установлен внутри рабочего резервуара (1); прерыватель (7) расположен между отражателем (6) и инфракрасным детектором (3); причем прерыватель (7), отражатель и инфракрасный детектор (3) установлены на одной горизонтальной линии;

линза объектива (8) установлена на боковой стенке рабочего резервуара (1); линза объектива (8), спектроскоп (56) и отражатель расположены на другой горизонтальной линии; и две горизонтальные линии перпендикулярны друг другу;

светоделительный узел (5) содержит основание (51), неподвижно соединенное внутри рабочего резервуара (1); вращающаяся часть (52) расположена внутри основания (51); вращающийся вал (53) расположен в верхней части вращающейся части (52); кронштейн (54) неподвижно соединен с вращающимся валом (53); регулировочная часть (55) установлена на кронштейне (54); и спектроскоп (56) установлен на регулировочной части (55).

2. Бесконтактное устройство для высокоскоростного инфракрасного измерения температуры с охлаждением жидким азотом по п.1, отличающееся тем, что вращающаяся часть (52) содержит ведомое колесо (521), неподвижно соединенное с вращающимся валом (53); наружная поверхность ведомого колеса (521) соединена с возможностью вращения с ведущим колесом (522); боковая стенка ведущего колеса (522) неподвижно соединена с приводным стержнем (523); приводной стержень (523) проходит через рабочий резервуар (1); один конец приводного стержня (523) неподвижно соединен с первой ручкой (524); ограничительная шестерня (525) установлена на первой ручке (524); ограничительный стержень (526) зажат в зазоре зубьев ограничительной шестерни (525); упругий стержень (527) неподвижно соединен с боковой стенкой ограничительного стержня (526); направляющая втулка (528) закреплена втулками на наружных поверхностях упругого стержня (527) и ограничительного стержня (526); направляющая втулка (528) закреплена на внутренней стенке рабочего резервуара (1); и упругий стержень (527) закреплен на направляющей втулке (528).

3. Бесконтактное устройство для высокоскоростного инфракрасного измерения температуры с охлаждением жидким азотом по п.2, отличающееся тем, что как ведущее колесо (522), так и ведомое колесо (521) являются коническими шестернями; ведущее колесо (522) и ведомое колесо (521) находятся в зацеплении друг с другом.

4. Бесконтактное устройство для высокоскоростного инфракрасного измерения температуры с охлаждением жидким азотом по п.2, отличающееся тем, что содержит первый перемещающийся стержень (529), неподвижно соединенный с боковой стенкой ограничительного стержня (526); и сквозная канавка, соответствующая первому перемещающемуся стержню (529), образована в боковой стенке направляющей втулки (528).

5. Бесконтактное устройство для высокоскоростного инфракрасного измерения температуры с охлаждением жидким азотом по п.4, отличающееся тем, что вращающаяся часть (52) дополнительно содержит ограничительную конструкцию (5210); ограничительная конструкция (5210) содержит вращающийся диск (5211), закрепленный на вращающемся валу (53); нижняя часть вращающегося диска (5211) неподвижно соединена с упругими зажимными стержнями (5212); нижние части упругих зажимных стержней (5212) зажаты ограничительным диском (5213); наружная поверхность ограничительного диска (5213) неподвижно соединена с основанием (51); и изогнутые направляющие (5214), соответствующие упругим зажимным стержням (5212), выполнены в верхней части ограничительного диска (5213).

6. Бесконтактное устройство для высокоскоростного инфракрасного измерения температуры с охлаждением жидким азотом по п.5, отличающееся тем, что каждая изогнутая направляющая (5214) содержит два установочных отверстия; направляющий канал расположен между двумя установочными отверстиями; и оба конца направляющего канала снабжены наклонными поверхностями.

7. Бесконтактное устройство для высокоскоростного инфракрасного измерения температуры с охлаждением жидким азотом по п.5, отличающееся тем, что регулировочная часть (55) содержит червяк (551), соединенный c возможностью вращения с кронштейном (54); червячное колесо (552) соединено c возможностью вращения с внешней поверхностью червяка (551); и один конец червяка (551), проходящий через кронштейн (54), неподвижно соединен со второй ручкой (553).

8. Бесконтактное устройство для высокоскоростного инфракрасного измерения температуры с охлаждением жидким азотом по п.7, отличающееся тем, что регулировочная часть (55) дополнительно содержит крепежную конструкцию (554), установленную на кронштейне (54); крепежная конструкция (554) содержит емкость для хранения (5541), соединенную с возможностью вращения с верхней частью кронштейна (54); упругий элемент (5542) неподвижно соединен внутри емкости для хранения (5541); опорная пластина (5543) неподвижно соединена с нижним концом упругого элемента (5542); и первый зажимной блок (5544) неподвижно соединен с нижней частью опорной пластины (5543);

второй зажимной блок (5545) соединен с возможностью вращения с нижней боковой стенкой кронштейна (54).

9. Бесконтактное устройство для высокоскоростного инфракрасного измерения температуры с охлаждением жидким азотом по п.8, отличающееся тем, что посадочные места жестко соединены с верхней и нижней сторонами спектроскопа (56); и зажимные пазы (5546), соответствующие первому зажимному блоку (5544) и второму зажимному блоку (5545), выполнены на боковых стенках посадочных мест.

10. Способ использования бесконтактного устройства для высокоскоростного инфракрасного измерения температуры с охлаждением жидким азотом по любому из пп.1-9, включающий следующие этапы:

S1: определение положения объекта, подлежащего измерению, следующим образом: добавление жидкого азота при 77 К в колбу Дьюара (2), при этом чувствительность детектора повышена в условиях низкой температуры 77К; затем помещение объекта, подлежащего измерению, перед линзой объектива (8); включение переключателя питания (13) для запуска инфракрасного лазерного излучателя (4); разделение падающего света (9) на отраженный свет A (10) и отраженный свет B (11) с помощью инфракрасного света, излучаемого инфракрасным лазерным излучателем (4) через спектроскоп (56); и отражение отраженного света B (11) на объект, подлежащий измерению, через линзу объектива (8) для определения положения объекта, подлежащего измерению;

S2: приведение вращающегося вала (53) во вращение с помощью вращающейся части (52), так что спектроскоп (56) поворачивают на 90° таким образом, что инфракрасный свет не может излучаться спектроскопом (56), и как отражатель, так и линза объектива (8) расположены на горизонтальной линии, перпендикулярной инфракрасному детектору (3) и лопастям прерывателя (7); модуляция прерывателя (7) на требуемую частоту, чтобы время отклика достигло микросекундного уровня;

S3: наблюдение за объектом, подлежащим измерению, передача инфракрасного света, излучаемого объектом, подлежащим измерению, на отражатель через линзу объектива (8), затем прохождение через лопасти прерывателя (7), подача инфракрасного света в инфракрасный детектор (3) и передача измеренной температуры с помощью модуля схемы (16).