СПОСОБ ПРОВЕРКИ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ, НЕИЗМЕННОСТИ КОЭФФИЦИЕНТОВ Советский патент 1967 года по МПК G01J5/60 G01K15/00 

Известен способ проверки спектральной чувствительности оптических приборов, в том числе и пирометров, путем использования модулированного излучения эталонного излучателя, по которому коэффициенты лучеиспускания измеряются по абсолютным величинам или по отношениям потоков отраженного излучения. Этот способ позволяет проверить неизменность коэффициентов лучеиспускания и отражения излучателей, в том числе и недо1ступных, и коэффициентов пропускания промежуточной среды, однако эти измерения оказываются достаточно сложными, громоздкими И не обеспечивают необходимой точности.

Описываемый способ лишен этих недостатков н отличается от известного тем, что по значениям потоков температурного излучения в двух или более участках спектра или по величинам, им пропорциональным, определяют величины отношений этих потоков или их логарифмы, в широких пределах не зависящие от температуры излучателя, и ino ним судят о величине и степени неизменности указанных параметров, причем с целью получения таких отношений, пропорциональные указанным потокам температурного излучения или их фу.нкПИЯм электрические, оптические или механические величины возводят в степень, показатель которой равен -величине соответствующей эффективной длины волны, или измеряют разности обратных значений яркостных, цветовых или цветовой и яркостиой температур с помощью электронной, оптической или Механической системы, или так выбирают эффективные длины волн для трех или более спектральных яркостей (лучистостей), чтобы суммы частот в числителях и знаменателях соответствующих соотношений были соответственно равны.

При использовании двух спектральных яркостей b (Ki, Тi) п b (Л9, Г; ) со значениями эффективных длин волн AI и /.а в пределах справедливости формулы Вина для значенлй напряжений /7i и U,, в которые приемником или приемниками излучения преобразуются обе яркости, можно написать:

(/,ir)/C;iSibo (an K iCiXi-5 exp

.,T

висящий от номера составляющей спектра и от ее частоты (длины волны), т. е.

-0- и,

сЛ

ёь ё2 - коэффициенты .спектральной чувстзительностиЛрибора;

i, S2-коэффициенты лучеиспускательной способности излучателя для дли11 волн Xi и 2, соответственно; bo(XiT), boCi.zT -соответствующие спектральные яркости для абсолютно черного тела.

Напряжения U- и U-2 необходимо подать на такой функциональный преобразователь, что на его выходе будет получаться напряжение L ),а в виде:

Cz

K.

АоГ

2

Ci5iei l exp

{Г

Показатель степени т) следует выбирать таким, чтобы

7J ЛЗ/А

В этом случае величина от значений температуры не за висит:

Хг-Х,Хг-Х,

./X,

f /-Cl

1-5

Таким образом, при наведении пирометра на эталонный излучатель с постоянными значениями 61 и 62, по величине отношения Li,2 можно проверять постоянство характеристики спектральной чувствительности пирометра, по

&

величине параметра -;- . В свою очередь,

1

с помощью пирометра со стабильной спектральной чувствительностью можно проверить в процессе измерения неизменность величины отношения снектральных коэффициентов лучеиспускательной способности sa/si.

Так «aiK для многих веществ, в том числе металлов, коэффициенты спектральной лучеиспускательной способности мало зависят от температуры, это Существенно расширяет практическое применение описываемого способа, который также можно использовать для достижения поставленной цели и в случае трех и более составляющих спектра. В этих случаях, наряду с описанным выше функциональным преобразованием, можно применять отношения произведений составляющих спектра, значения частот которых V; и vy удовлетворяют такому соотношению, что сумма частот компонент, входящих в числитель отношения, равна сумме частот составляющих спектра, образующих знаменатель, т. е. Sv; 2vy. Это отношение будет иметь вид

- Очевидно, что при выполнении этих соотношений значения R ;,у в пределах приближения закона Вина также не будут зависеть от температуры, и их величина будет определяться 5 как:

1-5

J-5i-5

п У2 д . S;ie,-a . , . e,-n у ,5 -о1-5 Siie,-,. . . )

Vl /2 in- -

y in jn

Когда число компонент (n) в чиоителе равно числу компонент знаменателя, отношение 15 ij не будет зависеть от коэффициентов передачи К в оптическом и электрическо1М каналах, наиример, для четырех компонент

}.Г + /.2 + Т 20 получим

n /зч

/-te

При неравном числе спектральных состаъляющих в числителе и знаменателе, например, для трех компонент:

дГ + Л2

отношения K,i,j будут зависеть от значений К. Можно осуществить и комбинированные отношения с числом компонент, большим двух и возведением в необходимую степень (TJ) значений одной или нескольких из этих компонент.

Для технической реализации способа получения отношений вида Li,2 и , не зависящих от температуры, можно использовать различные аналоговые и дискретные вычислительные устройства. Для ряда задач рацио.нальным является получение логарифмов отношений вида Rub.

В качестве логарифмирующих устройств могут быть исцользованы, в частности, логарифмические логометры, имеющиеся в схемах цветовых пирометров спектрального отношения, и др.

В исследовательской практике описываемый способ можно реализовать, применяя для получения отношений вида L и R, вместо специальных устройств, предварительную градуи ровку в температурах (яр;костных, цветовых). Описываемый способ может найти широкое применение для получения ипформацнн о состоянии пропускания промежуточной среды, включая прозрачность различных смотровых окон и др.

Обозначая через TI, Т2, Гз, Т4 коэффициенты пропускания соответственно для длин волн

ч, 2, Яз, A.4 и применяя ранее полученные выражения для L и R, получим отношения типа

Для отношений типа R- s виде R

. -г

Выше было указано, что для реализации описываемого способа принцвпиально можно использовать пирометры, предварительно градуированные в условных теМпературах (например, яркостных или цветовых). По разности обратных значений этих температур мож,но оцределять относительные значения исследуемых параметров (лучеиспускательнсй, пропускательной способности, спектральной чувствительности и др.)Ниже описывается специальное устройство, предназначенное для осуш,ествления измерения отношений типа L и в описываемом способе без всякой температурной градуировки.

Схема устройства приведена на чертеже.

Температурное излучение от источника 1 через оптическое устройство 2 попадает на монохрОлМатор 3. Потоки монохроматизированного излучения попадают на приемник или на приемники (в зависимости от конкретной конструкции прибора) излучения 4, электрические напряжения с выхода которых t/i, llz--., пропорциональные соответствующим спектральным яркостям 6i, b..., усиливаются в усилительном тракте 5 и подаются на функциональный преобразователь 6 и логометр 7.

На выходе последнего формируется необходимая величина отношения вида L или R, фиксируемая тем или иным типом измерительного или регистрируюш;его прибора 8.

Для исключения зависимости величины L от величины /Су коэффициента усиления служит встроенный источник 9, (например, генератор) стандартного напряжения для установления в приборе требуемой величины /СуоЗначения 2 и gi проверяются и устанавливаются по встроенному источнику 10 стандартного температурного излучения. Нри включении последнего на монохроматор 3, вместо излучения от исследуемого излучателя 1, попадает излучение от встроенного источника 10 стандартного температурного излучения, имеющего стабильные значения коэффициентов лучеиспускательной способности ею и его- Таким образом, при наведении прибора на эталонный источник 10 на выходе регистратора 8 должна получаться величина отношения LO:

fcYj j:T)

г, -5т, 5 2 20

Lo t-lAyo .

По значениям LO проверяется отношение .

Следует заметить, что при отсутствии необходимости отдельной калибровки величины /Су, последнюю можно учесть с помошью калибровки по эталонному источнику 10. Для

изменения отношений типа R дополнительная электрическая калибровка общего коэффициента усиления не требуется. Преобразование типа возведения одного из напряжений (например f/a) в степень ц также не требуется. Если же в качестве логометрирующей системы используется логарифмический логометр, применяемый в серийных отечественных пирометрах (ЦЭП-2М, ЦЭП-3, АЦП-64 и др.),

то необходимость в элементе функционального преобразования 6 вообще отпадает.

Необходимо указать, что в обоих случаях определения отношения типа L или типа R описанное устройство может быть использовано в качестве пирометра.

Описываемый способ может быть использован для контроля полноты сгорания и создания оптимального режима горения пламени диагностики плазмы, для измерения пирометрами излучения истинных температур поверхностей с изменяющимися в процессе измерения значениями лучеиспускательной способности, а также для исследования недоступных излучателей.

Предмет изобретения

1.Способ проверки спектральной чувствительности оптических приборов, неизменности

коэффициентов лучеиспускания и отражения излучателей и коэффициентов пропускания промежуточной среды путем измерения интенсивностей излучения в двух или более участках спектра, отличающийся тем, что, с

целью повышения точности, упрощения измерительных систем, определяют по соответствующим параметрам, характеризующим потоки температурного излучения в двух или более участках спектра, величины отношений

этих потоков или их логарифмы, не зависящие в широких пределах от температуры излучателя, и по ним судят о величине и степени постоянства указанных параметров.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью создания необходимых соотношений

между функциями потоков температурного излучения, не зависящих от температуры излучателя, значения пропорциональных им электрических, опт 1ческих, или механических

величин возводят в степень, показатель которой равен величине соответствующей эффективной длины волны, или измеряют разности обратных значений яркостных, цветовых или цветовой и яркостной температуры с помощью

оптической, механической или электронной снстемы.

3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что необходимые соотношения для трех и более спектральных яркостей (лучистостей) осуществляют при таких эффективных длинах волн, чтобы суммы частот в числителе и знаменателе соответствующих соотношений были соответственно равны.

Qr-