УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ И ТЕМПЕРАТУРЫ РАСКАЛЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ Советский патент 1995 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам и устройствам бесконтактного контроля герметических размеров и температуры, и предназначено для контроля раскаленных изделий в ходе технологического процесса.

Цель изобретения повышение точности и чувствительности измерения за счет определения размера и температуры по одному параметру сигнала и регулировки его чувствительности.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 диаграммы работы элементов схемы.

Устройство для измерения геометрических размеров и температуры раскаленных изделий содержит оптическую систему 1, фотоприемник 2, содержащий многоэлементную МДП-фотодиодную матрицу 3, регистр 4 сдвига импульсов стирания, регистр 5 сдвига импульсов считывания, блок 6 развертки, содержащий генератор 7 тактовых импульсов, делитель 8 частоты, выход генератора 7 подключен к С-входам регистров 4 и 5 и входу делителя 8 частоты, выход которого подключен к D-входу регистра 4, блок 9 измерения геометрических размеров, содержащий усилитель 10 видеосигнала, соединенный с выходом фотоприемника 2, фильтр 11 нижних частот, амплитудный детектор 12, компаратор 13, вход фильтра 11 нижних частот подключен к выходу усилителя 10 видеосигнала, а выход к входам амплитудного детектора 12 и компаратора 13, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора 12; блок 14 измерения температуры, включающий узел 15 выборки-хранения, узел 16 сравнения, широтно-импульсный модулятор 17, сигнальный вход блока 15 выборки-хранения подключен к выходу амплитудного детектора 12, выход соединен с первым входом узла 16 сравнения, второй вход которого подключен к установочной шине 18, а выход связан с управляющим входом широтно-импульсного модулятора 17, сигнальный вход которого соединен с D-входом регистра 4, а выход подключен к управляющему входу узла 15 выборки-хранения и D-входу регистра 5.

Выходами устройства являются выход широтно-импульсного модулятора 17 и выход компаратора 13.

Устройство работает следующим образом.

Изображение измеряемого объекта проецируется на фоточувствительную поверхность фотоприемника 2.

Фототок фотоприемника 2 определяется как
I K^.S_осв, где К коэффициент фоточувствительности;
S_осв освещенность при задании величины тока I_зад, изменяют К на величину Δ К таким образом, чтобы текущее значение тока равнялось заданному I I_зад. Тогда текущее значение освещенности S_осв.т можно определить по выражению
S_осв.т=
По величину S_осв.т с учетом спектральных характеристик фотоприемника 2 и излучения объекта контроля можно определить температуру.

Изменять К можно различными путями в зависимости от конкретного типа фотоприемника. Например, у фоторезисторов регулируют напряжение питания, у фотоприемников с накоплением зарядов (типа ПЗС и интегральных МДП-фотодиодных матриц) время накопления. В частности, генератор 7 тактовых импульсов формирует тактовые импульсы со скважностью два (фиг.2а), которые подаются с выхода генератора 7 на тактирующие входы регистров 4,5. Импульсы запуска регистров 5,4 сдвига стирания и считывания, задержанные друг относительно друга на интервал времени Тн накопления фотоприемной матрицы (фиг.2б,в), подаются на информационные входы регистров 5,4.

Таким образом, сформированы необходимые для опроса фотоматрицы 2 сигналы (фиг. 2а, б, в), подача которых на соответствующие входы фотоприемника обеспечивает: подачу "1" в регистр 4 стирания и продвижение ее вдоль регистра для приведения уровней сигналов ячеек фотодиодной матрицы 3 в исходное состояние; подачу "1" в регистр 5 считывания и продвижения ее вдоль регистра для последовательного подключения каждой фотодиодной ячейки матрицы 3 к выходу фотоприемника 2.

При продвижении "1" по регистрам 5 и 4 осуществляется последовательный опрос (стирание и считывание) каждой ячейки фотоматрицы 3. При этом промежуток времени между подачей на матрицу 3 импульсов стирания и считывания определяет время Тн накопления соответствующих фотоприемных элементов матрицы 3, а следовательно, ее чувствительность.

Световой поток от контролируемого изделия вызывает изменение уровня выходного сигнала ячеек фотоматрицы 3, вследствие чего распределение выходных сигналов при считывании во времени пропорционально пространственному распределению интенсивности света по сечению световой полоски, совпадающему с продольной осью фотоприемника.

Считанный с ячеек фотоматрицы 3 токовый сигнал с ее выхода подается на инвертирующий вход усилителя 10 видеосигнала, который преобразует токовые сигналы в соответствующие напряжения.

Дискретно-аналоговый сигнал с выхода усилителя 10 (фиг.3,г) подается на вход фильтра 11 нижних частот. Отфильтрованный интерполированный аналоговый видеосигнал с выхода фильтра 11 нижних частот (фиг.2,д) подается на один вход компаратора 13 и вход амплитудного детектора 12. На выходе компаратора 13 формируется прямоугольный импульс (фиг.2,е), равный по ширине видеоимпульсу на выходе фильтра 11 при амплитуде 0,5 от максимальной, что достигается установкой коэффициента передачи амплитудного детектора 12 равным 0,5.

Таким образом сформирован измерительный сигнал, длительность которого пропорциональна размеру проекции изображения контролируемого объекта на фоточувствительной поверхности фотоприемника 2.

Сигнал с выхода амплитудного детектора 12 подается и на вход узла 15 выборки-хранения, где запоминается при приходе переднего фронта очередного импульса запуска считывания.

Уровень напряжения с выхода узла 15, соответствующий максимальному уровню видеосигнала, подается на вход узла 16 сравнения, на второй вход которого подается опорный уровень напряжения с входной шины (источник опорного напряжения). Результат сравнения с выхода узла 16 поступает на управляющий вход широтно-импульсного модулятора 17. Уровень напряжения, поступающего с узла 16 сравнения, определяет величину эквивалентного сопротивления полевого транзистора в модуляторе 17, а следовательно, время Т_н задержки импульса в широтно-импульсном модуляторе 17.

Таким образом, существует однозначная зависимость между временем накопления Тн фотоматрицы 3 и уровнем напряжения видеосигнала на выходе фотоприемника 2, а значит, уровнем освещенности ячеек фотоприемника 2, следовательно, длительность импульса на выходе широтно-импульсного модулятора 17 несет информацию о температуре анализируемого раскаленного изделия.

Значение температуры на интервале длин волн, ограниченном спектральной чувствительностью фотоприемника, определяется из выражения
τ_с·τ_o·τ_ф·ε × KλC₁λ^-5e где С₁,С₂ постоянныe коэффициенты закона Макса-Планка;
С₁ 3,7413^.10^-16 Вт^.м²;
С₂ 1,4388^.10⁴ мкм^.град;
λ длина волны;
λ _max, λ _min интервал длин волн, воспринимаемых фотоприемником;
ε коэффициент излучения реального тела;
D диаметр входного зрачка объектива;
Т_н время накопления;
K_λ относительная спектральная чувствительность фотоприемника;
τ_c коэффициент пропускания среды;
τ_o коэффициент пропускания объектива;
τ_ф коэффициент пропускания фильтра;
L расстояние от объекта до объектива;
S_o площадь участка измерения;
S_я площадь одной фотоячейки;
S площадь проекции участка измерения;
Э_н энергия насыщения фотоприемника.

Сигналы с выхода компаратора 13 и широтно-импульсного модулятора 17 подаются на блок регистрации (на фиг. не показан) для изменения длительности, например, путем заполнения высокочастотными импульсами (фиг.2ж,з) и формирования с помощью счетчиков кодов, соответствующим измеренным величинам, для выдачи на ЭВМ как одновременно, так и последовательно. Для синхронизации может служить сигнал с модулятора 17.

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности и чувствительности измерения за счет определения размера и температуры по одному параметру сигнала и регулировки фоточувствительности. Фототок фотоприемника 2 определяется как I = K·S_осв, где K коэффициент фоточувствительности, S_осв освещенность при задании величины тока I_зад, изменяют K на величину ΔK таким образом, чтобы текущее значение тока равнялось заданному I = I_зад. Тогда текущее значение освещенности S_осв.m= I_зад/K ± ΔK. По величине с учетом спектральных характеристик фотоприемника 2 и излучения объекта определяют температуру. Изменяют K путем изменения T_н времени накопления заряда. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ И ТЕМПЕРАТУРЫ РАСКАЛЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ, содержащее последовательно установленные оптическую систему, развертывающий фотоприемник, блок развертки, связанный с ним, содержащий генератор тактовых импульсов, подключенные к выходу фотоприемника блок измерения геометрического размера, содержащий усилитель видеосигнала, амплитудный детектор, компаратор и блок измерения температуры, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности измерений, оно снабжено делителем частоты, вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов блока, развертки, фильтром нижних частот, вход которого подключен к выходу усилителя видеосигнала блока измерения геометрического размера, а выход к входу амплитудного детектора и к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, развертывающий фотоприемник выполнен в виде многоэлементной интегральной МДП-фотодиодной матрицы с регистрами сдвига импульсов стирания и считывания, блок измерения температуры выполнен в виде последовательно включенных узла выборки-хранения, сравнения, широтно-импульсного модулятора, сигнальный вход узла выборки-хранения подключен к выходу амплитудного детектора, а выход соединен с первым входом узла сравнения, второй вход которого подключен к установочной шине, а выход связан с управляющим входом широтно-импульсного модулятора, сигнальный вход которого соединен с выходом делителя частоты блока развертки, а выход подключен к управляющему входу узла выборки-хранения, информационные входы регистров стирания и считывания связаны соответственно с выходом делителя частоты и широтно-импульсного модулятора, а тактирующие входы регистров соединены с выходом генератора тактовых импульсов, выход компаратора и выход широтно-импульсного модулятора являются выходами устройства.