Устройство для измерения температуры Советский патент 1993 года по МПК G01J5/10 

м : 4 i -i ; I гио -ится у оптичес- .. iiHpi-f-ir -rpini, ,1 liMPHHO к -епловизи . :: и Ol . I i О I г, I , (.f. Г С Пе Ч И Н НЮ Ч (Й

11 |-роль ;jny H;pHoro теплопого расире . и лсиия Н|Ч iK.uiPiixHocTH объекта, Изоб P ioHue может быть испольэоиано в г.игтемах KOHTj in.rin и управпения терми f CKHMH TTi.ionecca.MH п металлургии, ма. ;1Я11острое)1Ии, полупроводниковой промьпллсяпости, технологии микроэлектроники, термохимическом и стекольном ироизподст ,

Целью изоОрет{5}1ия является новы- uiin nip. точности змеренин, а также YMPHijiiieHH габаритов устройства и упро11;сни() его ( руки.ии,

ila фиг, 1 покс гзана схем а устройств ДЛ.1 из ерен:1я т ем и;ратуры; на фиг, 2 изображены градуировочные характеристики температура-сигнал,

Угпройство содержит тепловизион- ную камеру -1, состоящую из опорного источника излучения 2, дополнительного стабильнот о источника излучения 3, оптически связанных с фотопреобра эопптелем изображения А, вькод которого соединен с первым входом видео- ус ,1: И |-е.г;я 5, Выход видеоусилителя 5 соеди1:ен с первым входрм блока привязки 6j на второй вход которого поступлет сигнал со второго выхода синхрогенератора 7, первый выход которого соединен с синхропходом фото- пр; оСразователи Vlзoбpaжeния А и с п/;олсм блока В формирования строби- РУК ИИх импульсов, выход которого сое ;i nicii со вторым входом блока 9 выделения сигнала от дополнительного стабильного источника, первый вход которого соединен с вьг/.одом блока привязки 6,- а выход со входом блока 10 регулировки коэффициента передачи видеотракта, выход которого соединен со вторым входом видеоусилителя 5, Выход блока привязки 6 связан также с-первым входом видеоконтрольного устройства 11 и входом электронно- вычислительного устройства 12. Выход э;|ектронно-вь числительного устройст- вг. 12 связан со вторым входом В1щео- контрольного устройс1 ва 11.

Опорньв1 источник излучения 2 может быть выполнен в виде светодиода или лампочки накаливания, но если принять уровень onopHoit осрешенности рлы Ь м , т.е. привязку видеосиг- 1 :.-1ла проичполить к тсм П1Вому току, то учпспгж с niinv tir;; f.u решен ностт.ю

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

)iio )М11 чм .;п . ;у;(-м i -MI; -iisiH Ч. ci И рпстра ф()топреоГ;рпз(.п ат( )е-;ия Д. Kcjni в качестве фото- преобразователя изо(,1гения используют фотоприемник с плектронньгм сканированием, то затемненный участок может быть сформирован путем наклеивания непрозрачной для светового потока

полоски бумаги или фольги на часть фоточувствительной поверхности фотоприемника,

В качестве дополнительного стабильного источника излучения 3 может быть использована, например, микролампочка накаливания, питаемая от стабильного источника.

- Фотопреобразователь изображения А предназначен для преобразования теплового распределения на поверхности об7эекта в электрический сигнал (видеосигнал) и содержит в себе оптическую систему и фотоприемник. При использовании одноэлементного фотоприемника пространственное разложение изображения осуществляется оптико-механическим способом с помощью вращающихся (колеблющихся) оптических элементов (призм, зеркал и др.) оптической системы. К случае использования фотоприемникон с электронным сканированием изображения, например телевизионных передающих трубок, полупроводниковых фотоприемников на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС), на фоточувствительную поверхность фотоприемника оптическая система проецирует сразу все оптическое изображение, а его разложение осуществляется электронным способом путем последовательного считывания сигнала со всех элементов фотоприемника, В таком варианте исполнения фотопреобразователя имеется возможность подавать излучение опорного 2 и дополнительного стабильного 3 источников непосредственно на небольшие участки фоточувствительной поверх-- нести фотоприемника, например, с помощью полых зеркальных или гибких стекловолоконных световодов. Это упрощает процесс измерения и конструкцию устройства.

Устройство работает следующим образом.

Тепловое изображение обг.екта проецируется на фотоприемник фотонреоб- разователя изображения , На Фотопри- емкик проецируется также и:.-гфп гния

ОПОрНОГ . и.. i пмип: .1 ic4,iV-i i pit . li ДСЯОЛНПТе ИЬИПГ г rfifiH, О ЯГТОЧНИкп излучения 3, РяОотл it-oi oiipeoopaso- вателя Н итбргшения 4 синхронизируется сигналомJ Постумлюи)-; на его вход с выкала синхгог Г иег.агора. Этот сигнал синхронизирует также рабо ту блока 8 фор 1ирова1и я стробируюших tmnyjibcop, Вт деосигл1ап с выхода фотопреобразователя изображения А,харак- терязук тций тепловое распределение на поверхност объекту и содержащий в себе снгнллы от опорного источника излучения 2 н дополнительного ста- бильногс источника излучения 3 проходит через нидеоусит;итель 5 и поступает а riepi Fjifi блока пр1 вяяки 6 5а второй вход блока привязки поступают импульсы, вг. время действия которых и произногпттся пр шязка видеосигнала к уровню сигнала от опорного источника излучевшя, С выхода блока привязки грпнязалный видеосигнал подается на первый яход видеоконтрольного устройства 11р вход злектронно- вычислительнс1 о устройства 12, а также на первьш вход блока 9 выд.еле- ния сигнала от дополнительного стабильного ис1очни ча излучения н-а второй вход которогг) поступают импульсы с выхода блок 8 (; ормити1вания стрл бирующих импульсов, Бло; 9 выделения сигнала от допо.чиит лльного стабильного источника излучения в каждом кадре 4iHK( значе-ипе сигнала от этого источника, которое поступает на вход блока 10 р.-:гул ,Т) коэффидиента передачи ггидеотг.г.кта, Этот блок срав™ нивает уролеть сл иала, поступающий на его вход, с. oaд l пIьтм уровнем и вырабатывает сигмял, который подается на второй (упря.чляюк ий) вход ви- .дсоутглителя 5 и, ре. -улнрует коэффициент уст ЛсЯия по ,::гс,чь ого. Благодаря (. тялпи о 1 ; т|,ательпой обратной связи сигнал от ;:о1 ол и-;тельното стабильного источникгя излучения постоянно поддеряатвае 1-cj: строго равным заданному Е TaKiiT обр;;зом осуществляется стабю изапии коэгЬЬиипента передачи всйго тракта по.чуишгя и обработки сигнала от от И ческого входа фотопре образователя до iixo:ia электронно- вьгчислителг.:ного устро(1ства 12, которое осушествл ;ет гп-еоПразованне аналогового вилеосИГ ,л.пл в последовательность iHuiroonr ir. .(OJJOB и по градуи- ропочной х. ярактг р; . -; ИКР рассчитывает

0

5

0

5

0

;-iM.,-V eiiMe тгмпорятуры н т ал..:-; течках Г оперхиости обьгк1а. Глспчитян- ые эначгяип температурм пьтодятся F цифровом кчде на экран пидеоконт- рол1- .ого устройства в служ4 биую яону, Предложенный .в изобретении принцип а в тома иче с кой CTa6RrTH3amiH чувствительности нз(ерителького ту якта ten- лоризора путем введения обратной связи по уровьпо сигнала от допопннтелы- ноге, стабильного источника излучения позволяет - обеспечить временную и температурную стабильность и однозначность, предварительно полученных гра- дуировоч гых харяктеристик температу- ра с:;гнал. Это нолчно пояснить графически. На фиг, 2 изобра7 :еиа гр 1ду1фо- вочная характеристика 13 тепловизора, с помошыо которой, измерив амплитуду видеосигнала Uj можно оценить значение температз ры объекта Т в точке на его изображении, для которой измерена амплитуда видеосигнала. та гра- дуировочная харпктерист}п а cни faeтcя предварительно перед H3h epeHHHMH( .1 например, по модели черного тела и может периодически между измерениями поверяться. Частота поверок или переградуировок зависит от стабильности во времени чувствитель- ностк приемника излучения я параметров видеоусилителя тепловизора. При изменении температуры окружающей сре5

0

5

ды или прогреве блока

изменяется

0

5

темгкфатура фотопреобразовятеля изображения и элементов видеоусилителя S-; первоначальная градуирсио .ная характеристика 13 изменяет СВОР rtr-ao- жение (кривые 14 tmH 15). С помощью привязки видеосигнала к уроьчю опорного сигнала U. от опорного ка излучения с эквивалент1;о. темпера- турой . кривые 1А м 1Ь,мо7кно совместить в одной точке с первоначальной градуировочной характеристикой 13, возвратив тс в точку А. Таким образом восстановле П)ые с.по- мощькз привязки к опорному источнику излучения градунровочные хчрактер11с-. тики займут положение кривой t6 пибо 17„ Но при перес ете видеосигнала и в температуру Т по восстановленньм градуировочньм хп- рактсристикам будет возникать погрешность j связанная с мульти::. тивны- ми изменениями в тракте фор- : горлння и прохождения видеосигнала, - ; i. ib: полностью восстановить грал -ч пуючs

I Vi x.-tpaFTi;jiHr т-ику , привязанную- в точке Aj иро тхопимо ее развернуть отгюсительно этой же точки., т.е. при вячать ещр к одной точке, например В Для этого пворится дополнительный стабильный источник излучения с экви HOJteifTHof температурой Т,. , отличной от Tj, и видеосигнал Uj. от него поддерживается на постоянном уровне. Это осуществляется путем регулировки коэффициента передачи ви. . деотракта тепловизора что приводит к .повороту 16 и 17 относитель но точки Л до по.шюго совпадения зтих кривьк с характеристикой 13 в точке В,

Если в фотопреобразователе использован фотопрнемиик, чувствительность которого ьюжет регулироваться электронным способом (например путем изменения напряткения на управляющем . входе), то регулировку коэффигщента передачи видеотракта лучше производить, регулируя чувствр тельность фо- топркемника. В этом случае можно использовать видеоусилитель без злект рок-ной .регулировки усиления, а выход блока 10 регулировки коэффициента пе редачи видеотракта необходимо соединить с управляющим входом фотопреобразователя. Это упрощает схему jви деоусилителя.

При использовании в фотопреобразователе изображения фотоприемника с электронным сканированием дополни- тельньй стабильныз1 источник 3 (а также и опорньм Источник 2) излучения малых-размеров .можно укрепить непосредственно на фоточувствительной поверхности фотопреобразователя в спе1у5альной оправе; направляющей его излучение, лишь на небольшой участок фоточувствительной поверхности. Для направления излучения дополни™ тельного стабильного источника 3 может быть использован также гибкий тонкий световод. Такие частные варианты выполнения устройства позволяют в ряде случаев упрбстить его конструкцию и расширяют область йоэмойсного его применения.

50.У(86

о р м у л а изобретения

1.. Устройство для измерс иия температуры, содержащее тепловизионную -камеру, состоящую из фотопреобразо- нателя изображения, оптически связанного с ним опорного источника излучения, видеоусилителя, первый вход которого соединен с выходом фотопре1Q образователя изображения, синхрогене- ратора, первый выход которого соединен с синхровходом фотопреобразователя изображения, и блока привязки, первый вход которого соединен с вы,5 ходом видеоусилителя, второй вход - со вторьпч -выходом синхрогенератора, а выход с первым входом видеокрнт- рольного устройства и входом элект- - ронно-вычислительного устройства,

2Q выход которого соединен со вторым входом видеоконтрольного устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него включены дополнительный

25 стабильный источник и&лучения, оптически- связанный с фотопреобразователем изображения, блок формирования с.тробирующих импульсов, вход которого соединен с первым выходом синхроgg генератора, блок в ьщеления сигнала от дополнительного стабильного источника излуч.ения и блок регулировки коэффициента пер едачи видеотракта, причем первый вход блока- выделения сигнала от дополнительного стабильного источника из тучения соединен с выходом блока привязки, второй вход- с выходом Влок а формирования строби- руюищх импульсов -а выход со входом блока регул1-1ровки коэффициента пере- дачи видеотракта, выход которого соединен со вторым входом видеоусили- теля или с управляющим входом фотопреобразователя,

2. Устройство по П.1, о т л и «f чающееся тем, что, с целью уменьшения габаритов устройства и упрощения конструкции, опорньй и дополнительный стабильный источник и . излучения установлены непосредственно на фоточувствительной поверхности

фотолреобразователя, а фотопреобразователь изображения вьтолнен в рмде фотоприемника с электронным сканированием.

40

45

16

Изобретение относится к тепловизионной пирометрии и может быть использовано в системах контроля и управления термическими процессами. Целью изобретения является повышение точности измерения. Сущность изобретения заключается в проецировании на фотопреобразователь изображения ( ФПИ ) 4 совместно с изображениями объекта и опорного источника излучения изображения дополнительного стабильного источника излучения ( ДСИИ ) с яркостью, отличной от яркости опорного источника излучения привязки видеосигнала к уровню опорного, с помощью блока привязки 6, выделении уровня сигнала от ДСИИ с помощью блока 9 и регулировании коэффициента передачи видеотракта тепловизора таким образом, чтобы этот сигнал поддерживался на постоянном уровне, что, в свою очередь, может осуществляться путем изменения коэффициента усиления видеоусилителя 5 либо изменением чувствительности ФПИ 14. В случае использования в качестве ФПИ фотоприемника с электронным сканированием ДСИИ может быть расположен непосредственно на фоточувствительной поверхности ФПИ. Изобретение позволяет устранить влияние температурной нестабильности чувствительности видикона на точность измерения температуры. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Ton. 9Hf- TVm. ухв. т

9иг.2