Устройство для измерения температуры Советский патент 1983 года по МПК G01K13/02 

Изобретение относится к иэмерительной технике и может быть использовано для измерений полей температуры в реальном масштабе времени бесконтактными оптическими и акустическими средствами.

Известны акустические термометры работа которых основана на измерении скорости звука в среде l .

Недостатком акустических термометров является интегральный (вдоль акустического луча) характер измерений температуры и невозможность измерения полей температур.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для и-змерения температуры, содержащее генератор электрических колебаний,ультразвуковой излучатель, подключенный к генератору, теневой прибор, оптическая ось которого ортогональна оси ультраэвукового излучателя, и регистрирующую аппаратуру 2 .

В известном устройстве с помощью теневого прибора осуществляется визуализация акустических волн. По полученной теневой картине определяют длину и скорость звука в различ-; ных областях вдоль акустического луча, по которым судят о поле температур в исследуемой среде.

Недостатком такого устройства является необходимость длительной обработки получаемых результатов и невысокая точность измерений, связанные с необходимостью проявления фотоматериала и измерением линейных величин (длин волн ультразвука) на полученных негативах.

Целью изобретения является повышение точности, измерения температуры

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее генератор электрических колебаний ,ультразвукон вой излучатель, подключенный к генератору, теневой прибор, оптическая ось которого перпендикулярна оси ультразвукового излучателя, и регистрирующую аппаратуру, введены матрица фотоприемников, установленная в области образования теневой картины теневого прибора, оптическая решетка, установленная перед матрицей фотоприемников, многоканальный управляемый фильтр электрических колебаний, многоканальный фазометр и микропроцессор, при этом выходы матрицы фотоприемников через многоканальный управляемый фильтр соединены с многоканальным фазометром, выходы которого через мцкропроцессор соединены с регистрирующей аппаратурой, а управляющий вход многоканального управляемого фильтра электрических колебаний

соединен с выходом генератора электрических колебаний, причем штрихи оптической решетки направлены вдоль матрицы фотоприемников перпендикулярно оптической оси тенвого прибора, а расстояние между центрами фотоприемников матрицы равно шагу оптической решетки.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор электрических колебаний 1, ультразвуковой излучатель 2, подключенный к выходу генератора 1, теневой прибор 3-7, оптическая ось которого ортогональна оси ультразвукового излучателя 2. Теневой прибор выполнен в виде источника света 3, передающей оптической системы 4, приемной оптической системы 5, ножа Фуко и объектива 7. , В плоскости образования теневой картины теневого прибора 3 7 установлена оптическая решетка 8, перекрывающая матрицу 9 фотоприемников . Выходы матрицы фотоприемников подключены ко входу многоканального управляемого фильтра электрических колебаний

10,выходы которого подключены ко входам многоканального фазометра

11,причем выход первого фотоприемника матрицы 9 соединен через фильт 10 с первым входом первого канала фазометра 11, выход второго фотоприемника - со вторым входом первог канала фазометра 11 и первым входом его второго канала, выход третьего фотоприелшика - со вторым входом второго и первым входом третьего канала фазометра 11 и т.д. Выходы многоканального фазометра 11 соединены со входами микропроцессора 12,

а выход последнего - с регистрирующей аппаратурой 13.:

Управляющий ход многоканбшьного управляемого фильтра 10 соединен с §ыходом генератора электрических колеба1ний 1. Расстояние между центрами фотоприемников матрицы 9 равно шагу оптической решетки 8, При этом каждому светопропускакадему участку, решетки 8 соответствует сво фотоприемник матрицы 9.

Направление решетки 8 перпендикулярно оптической оси теневого приеЗ(Ора ( в плоскости чертежа) .

Устройство работает следующим 66pai3OM.

Включают генератор 1 и ультразвуковой излучатель 2, В исследуемой среде распространяется ультразвуковая волна 14, у которой расстояния между гребнями Л различны, если температура среды вдоль акустического луча отличается от гребня к гребню. .

Теневой прибор 3-7 позволяет визуализировать ультразвуковую волну 14 в виде темных и светлых полос, распространяющихся в плоскости чертежа сверху вниз со скоростью С, зависящей от температуры газа

(i):

;c4KRT/ju,i

где у - отношение удельных теплоемкостей;

, R - универсальна я газовая постоянная;

|U - молекулярная масса тела. . дЬя измерения скоростей звука в различных точках вдоль акустического луча служит матрица 9 фотоприемникрв, перекЕитая оптической решеткой в.Частота генератора 1 выбирается такой, чтобы с одной стороны расстояние между теневыми изобраениями гребней ультразвуковой волны 14 было по крайней мере на порядок больше шага решетки 8, ас ругой стороны - меньше характерного размера неоднородностей температуры вдоль акустического луча. (

Двигаясь вдоль матрицы фотопбиемников 9, изображение ультразвуковой волны поочередно вызывает перераспределение осйещенностей на соседних фотоприемниках и н4 вырА 1Х последних возникает послеовательность синусоидальных олё-. баний, сдвинутых между собой /по

фазе -|дф.с011Л(С + иЫЛ|СоЛсД1у b)

где (О - 2ft - частота генерйтОра 1; L - шаг решетки 8; М - масштаб из ображения теневого прибора 3-7}

Cg - фазовая скорость ультраэвуковой волны при температуре

Ф . .

ID f

uC(i) - средняя пульсационная составляющая скорости ультразвуковой волны на базе измерения LM. при этом

LW c bu;j ax.t)dx-co. (з;

о.

Частота гармонических электричес ,ких колебаний на выходах фотоприемников равна частоте генератора 1, поэтому управляемый многоканальный фильтр 10 позволяет в максимальной степени исключить влияние помех и повысить соотношение сигнал - шум . и стабильность работы многоканального фазометра 11.

Микропроцессор 12 обрабатывает полученную информацию согласно алгоритму, определяемого по формулам

W --(3). Регистрирующая аппаратура 13, выполненная в виде многоканального самописца или вибраторного осциллографа, позволяет регистрировать временные изменения температура одновременно в нескольких.точках исследуемой среды

Предлагаемое устройство для измерения температуры исследует поля температур в реальном масштабе времени и позволяет исключить субъективные погрешности при обработке результатов измерений, т.е. повысить точность исследований по сравнению с прототипом.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее генератор электрических колебаний, ультразвуковой излучатель, подключенный к генератору, теневой прибор оптическая ось которого перпендикулярна оси ультрэзвукового излучателя, и регистрирующую аппаратуру, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены матрица фотоприемников, установленная в области образования i .теневой картины теневого прибора, оптическая решетка, установленная .перед матрицей фотоприемников, многоканальный управляемый фильтр электрических колебаний, многоканальный фазометр и микропроцессор, ;при этом выходыматрицы фотоприем НИКОВ через многоканальный управ:ляемый фильтр соединены смнoгoкa:нaльным фазометром, выходы которого через микропроцессор соединены с регистрирующей аппаратурой, а управляющий вход многоканального управ ляемого фильтра электрических колебаний соединен с выходом генератора с S электрических колебаний, причем штрихи оптической решетки наттравле(/) ны вдоль-матрицы фотоприёмников перпендикулярно оптической оси теневого прибора, а расстояние кюжду центрами ;фотоприемников матрицы равно шагу оптической решетки. i J X г 00 Об ОР