Тепловизионное устройство измерения температуры Советский патент 1992 года по МПК G01K13/04 

сл С

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в измерительных устройствах при определении поля температур различных объектов. Цель изобретения - повышение точности измерения температуры. Цель достигается за счет того, что в устройство дополнительно введены блоки формирования контрастно-частотной характеристики, накопления сигналов, определения излучательной способности, блоки масштабирования и корректирующих фильтров, исключается влияние высокочастотных составляющих. 1 ил.

Изобретение относится к инфракрасной (ИК)технике и может быть использовано в измерительных устройствах и тепловой дефектоскопии при определении поля температур различных объектов и, в частности изделий микроэлектронной техники.

Известны и широко применяются теп- ловизионные устройства измерения температуры, использующие приемники ИК-излучения и системы цифровой обработки тепловизионных изображений объектов.

Известные тепловизионные устройства измерения температуры обладают рядом специфических недостатков, снижающих точность измерения. Так, например, тепловизионные устройства-дефектоско.пы измеряют температуру только при наличии контрольной эталонной термограммы путем сравнения ее с термограммой исследуемого объекта. При этом осуществляется активный контроль путем нагрева объекта в зависимости от времени.

Существенным недостатком известного тепловизионного устройства является необходимость введения ослабляющего редуцирующего элемента. Кроме того, данное устройство требует неизменности значения излучательной способности по всему тепловому полю объекта.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является тепловизионное устройство измерения температуры, содержащее расположенные в поле зрения ИК-приемника объект, опорный излучатель, источник эталонного излучения, блок эталонного нагрева, блок памяти, блок деления и блок индикации..

Основным недостатком известного устройства является невысокая точность измерения температуры. Большие погрешности при измерении температуры вносят мультипликативные шумы излучательно-поглоща- ющих свойств объекта.

ч|

ГО

00

OV

00

О

Цель изобретения - повышение точности измерения температуры.

Поставленная цель достигается тем, что в тепловизионное устройство измерения температуры, содержащее расположение в поле зрения ИК-приемника объект, опорный излучатель, источник эталонного излучения, блок эталонного нагрева, блок памяти, блок деления и блок индикации дополнительно введены оптический- приемник,блокформирования контрастно-частотной характеристики, блок накопления сигналов, два блока вычитания, блок определения излучательной способности, блок фильтров фона, блок коррекции, блок логарифмического преобразования, блок режекторных фильтров, блок экспоненциального преобразования, блок масштабирования, и излучатель фона, расположенный в поле зрения ИК-приемника, причем блок эталонного нагрева выполнен двухсекционным, а выход ИК-приемника соединен с входом блока формирования контрастно-частотной характеристики, первый выход которого соединен с первым входом блока памяти, второй вход которого соединен с первым выходом оптического приемника, а выход блока памяти соединен с входом блока накопления сигналов, первый и второй выходы которого соединены соответственно через первый и второй блоки вычитания с первым и вторым входами блока деления, выход которого через последовательно соединенные блок определения излучательной способности, блок фильтров фона, болк коррекции, блок логарифмического преобразования, блок режекторных фильтров, блок экспоненциального преобразования, блок масштабирования соединен с входом блока индикации, при этом второй и третий входы блока коррекции соединены с вторыми выходами блока формирования контрастно- частотной характеристики и оптического приемника соответственно.

Повышение точности достигается за счет введения в известное устройство ряда новых блоков. В частности, введение в известное устройство излучателя фона и блока фильтров фона дает возможность исключить влияние этих составляющих на точность измерения. Введение в схему прототипа блока накопления сигналов позволяет повысить отношение сигнал/шум, а значит, повысить надежность измерения, когда объект находится в сильных тепловых шумах или при наличии шума ИК-приемника и системы цифровой обработки сигналов. Использование приемника оптического излучения, блока формирования контрастночастотной характеристики позволяет исключить влияние на точность измерения поля температур дифракции, аберрации и дефокусировки оптико-механического тракта

тепловизионного устройства. Введение блоков гомоморфной обработки существенно уменьшает влияние мультипликативных шумов флуктуации излучательно-поглощаю- щих свойств объекта.

На чертеже представлена структурная

схема тепловизионного устройства измерения температуры,

Тепловизионное устройство измерения температуры содержит двухсекционный

блок эталонного нагрева 1, датчик излучательной способности 2, объект 3, опорный излучатель 4, излучатель фона 5, ИК-приемник 6, оптический приемник 7, блок формированияконтрастно-частотной

характеристики 8, блок памяти 9, блок накопления сигналов 10, блок вычитания термограмм датчика излучательной способности 11, блок вычитания термограмм объекта 12, блок деления термограмм

13, блок определения излучательной способности 14, блок учета влияний фона 15. блок коррекции 16, блок логарифмического преобразования 17, блок режекторных

фильтров 18, блок экспоненциального преобразования 19, блок масштабирования 20 и блок индикации 21,

В статическом состоянии устройство имеет следующие связи между отдельными

блоками. Устройство содержит двухсекционный блок эталонного нагрева 1, с помощью которого осуществляется последовательный равномерный нагрев датчика излучательной способности 2 и объекта 3 до двух известных температур Ti и Т2, расположенных планарно в поле зрения ИК- приемника 6. Планарно с датчиком излучательной способности 2 и объектом 3 в поле зрения ИК-приемника 6 расположены также

опорный излучатель 4, предназначенный для температурной градуировки тепловизора, и излучатель фона 5, дающий информацию о влиянии фона. Поток излучения датчика, излучательной способности 2 поступает в ИК-приемник 6, а поток излучения объекта 3 поступает как в ИК-приемник 6. так и в оптический приемник 7.

С выхода ИК-приемника 6 термограммы датчика излучательной способности 2 и объекта 3 через блок формирования контраст- ночзстотной характеристики 8 поступают на первый вход блока памяти 9, на второй вход которого подаются сигналы оптического изображения объекта 5, получаемые в оптическом приемнике 7 и снимаемые с его первого выхода. Соответствующие сигналы с

блока памяти 9 через блок накопления сигналов 10 поступают на входы блока вычитания термограмм датчика излучательной способности 11 и блока вычитания термограмм объекта 12, с выходов которых пол- ученные разностные сигналы подаются на первый и второй входы блока деления термограмм 13. Сигналы с выхода блока деления термограмм 13 через блок определения излучательной способности 14 и блок учета влияния фона 15 подаются на первый вход блока коррекции 16, на второй и третий входы которого поступают сигналы со второго выхода оптического приемника 7 и со второго выхода блока формирования контрастно- частотнойхарактеристики 8.

Скорректированные сигналы с блока коррекции 16 через блоки логарифмического преобразования 17, режекторных фильтров 18, экспоненциального преобразования 19 и масштабирования 20 подаются на блок индикации 21.

Тепловизионное устройство измерения температуры имеет ряд существенных преимуществ перед базовыми образцами и, в частности, перед выбранным прототипом. Так, например, устройство позволяет повысить надежность измерений при малых соотношениях сигнал/шум, когда полезный сигнал близок к уровню шумов. Это дости- гается путем накопления сигналов. Эффективность и точность измерений температуры повышаются за счет исключения влияния излучательной способности и высокочастотных составляющих мультипли- кативных шумов, а также путем учета влияния несовершенства оптико-механического тракта тепловизионного устройства.

Так как все перечисленные причины приводят к погрешностям измерения тем- пературы, достигающим 30...80%, то исключение даже их части способствует повышению точности измерения температуры.

Формула изобретения Тепловизионное устройство измерения температуры, содержащее расположенные в поле зрения ИК-приемника опорный излучатель, источник эталонного излучения, блок эталонного нагрева, блок памяти, блок деления и блок индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены 6nog формирования контрастно-частотной характеристики, блок накопления сигналов, два блока вычитания, блок определения излучательной способности, блок фильтров фона, блок коррекции, блок логарифмического преобразования, блок режекторных фильтров, блок экспоненциального преобразования, блок масштабирования, блок эталонного нагрева выполнен двухсекционным, и излучатель фона, расположенный в поле зрения ИК-приемника, причем выход ИК-приемника соединен с входом блока формирования контрастно-частотной характеристики, первый выход которого соединен с первым входом блока памяти, второй вход которого соединен с первым выходом оптического приемника, а выход блока памяти соединен с входом блока накопления сигналов, первый и второй выходы которого соединены соответственно через первый и второй блоки вычитания с первым и вторым входами блока деления, выход которого через последовательно соединенные блок определения излучательной способности, блок фильтров фона, блок коррекции, блок логарифмического преобразования, блок режекторных фильтров, блок экспоненциального преобразования, блок масштабирования соединены с входом блока индикации, при этом второй и третий входы блока коррекции соединены с вторыми выходами блока формирования контрастно-частотной характеристики и оптического приемника соответственно.

Составитель В.Битюков Редактор С. БотузТехред М.МоргенталКорректор М. Кучерявая

Заказ 1400ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5