Пирометр спектрального отношения Советский патент 1981 года по МПК G01J5/60 

1

Изобретение относится к технике измерения температур бесконтактным методом по тепловому излучению в двух спектральных диапазонах.и может быть использовано в пирометрах спектрального отношения.

Известны пирометры спектрального отношения, в которых производится преобразование сигналов, пропорциональных монохроматическим интенсивностям излучения объекта в двух длинах волн, в соответствии с формулой Планка-Вина, благодаря чему выходная шкала этих пирометров является линейной l 1

Наиболее близким к предлагаемому является пирометр, содержащий модулятор светового потока, приемник излучения, блок синхроимпульсов, усилитель , два г1мплитудных детектора с ключами и аналоговый функциональный преобразователь, в состав которого входят преобразователь логарифма отношения двух напряжений в интервал времени, триггер, синхронизатор, переключатели , сумматоры, интегратор, RC-цепь, источник регулируемых опорных напряжений и блок памяти, В аналоговом функциональном преобразователе производится обработка сигналов, пропорциональных монохром атическим интенсивностям излучения объекта в двух участках спектра в соответствии с формулой Пленка-Вина, в результате чего устанавливается линейная связь выходного сигнала пирометра с измеряемой цветовой температурой 2.

Недостатком устройства является

0 недостаточно высокая линейность выходной шкалы, обусловленная погрешностями аналогового преобразования, К этим погрешностям относятся: погрешность прюобразователя логарифма

5 отношения двух напряжений в интервале времени , который в течение цикла измерения производит два логарифмических амплитудно-временных преоб.;разования, погрешности двух суммато0ров , погрешность экспоненциального преобразования в RC-цепи и погрешность интегратора, формирующего линейно-нарастающие напряжения.

Цель изобретения - повышение

5 точности линеаризации выходной шкалы пирометра.

Поставленная цель достигается тем, что в пирометр введены блок задания вре1 енных интервешов и изме0ритель частоты, входы которых подключены к выходу преобразователя логарифма отнсяаения двух напряжений в интервал времени, .уТтравляющий вход которого соед1 нен с выходом триггера, а второй вход триггера подключен к выходу блока задания гременных интервалов. На чертеже изображено устройство Пирометр содержит модулятор 1 светового потока, приемник 2 излуче ния , блок 3 синхро1А 1пульсов, усилитель 4, ключи 5 и 6, амплитудные детекторы 7 и 8, преобразователь 9 . логарифма отношения двух напряжений в интервал временк, состоящий, например, из ключа 10, схемы 11 сравн ния и параллельной RC-цепи 12, триг гер 13, блок 14 задания временных и тервалов и измеритель 15 частоты. Принцип действия пирометра основан образовании на выходе преобразователя 9 импульсной последовате нести, частота которой линейно связана с измеряемой цветовой темпера турой и определяется измерителем 15 частоты. Пирометр работает следуквдим обра зом. Световой поток от объекта, температура которого измеряется при по мощи модулятора 1 и приемника 2 излучения, преобразуется в следующие )друг за другом импульсы напряжения с амплитудами U и U2, пропорционал ными монохроматическим интенсивностям излучения объекта Ь (Я , Т) и Ь ( Аа , Т) в двух длинах волн Д.2 соответственно (Т - абсолютная иветовая температура). После усиления импульсов усилителем 4 и их синхронного детектирования при помо щи ключей 5 и 6, управляемых блоком 3 синхроимпульсов, на амплитудных детекторах 7 и 8 выделяются соответ ственно амплитудные значения U и и 2 этих импульсов. Функциональное преобразование в пирометре начинается в момент подачи на нулевой вход триггера 13 импульса Пуск, который переводит триггер 13 в нулевое состояние. В результате ключ 10, находившийся в замкнутом состоянии (при этом кон денсатор RC-цепи 12 заряжен до напряжения и), размыкается и начинается экспоненциальный разряд конденса тора RC-цепи с постоянной времени С Через промежуток времени utj, текущее значение экспоненциально-затуха ющего напряжения на конденсаторе RC-цепи становится равным выходному напряжению Uj. амплитудного детек тора 7 и на выходе схемы 11 сравнения появляется импульс. Отрезок вре мени &t определяется формулой ut.-ten jf1 U2 Выходной импульс схемы 11 сравнения переводит триггер 13 в единичное сос тояние (при этом ключ 10 размыкается и происходит заряд конденсатора RC-цепи 12 до напряжения U), а также запускает блок 14 задания временных интервалов. Через фиксированный заданный отрезок д1о времени на выходе блока 14 появляется импульс, перебрасывающий триггер 13 в нулевое состояние, после чего процесс повторяется непрерывно в автоматическом режиме. Период д1 следования импульсов на выходе схеьш 11 сравнения определяется выражением и A.t дг + еЛо Измеритель 15 частоты производит измерение частоты следования выходных импульсов схемы 11 сравнения. Таким образом, выходной сигнал пирометра определяется выражением Сравнивая полученное выражение с формулой Планка-Вина для цветовой температуры где С2 - постоянный коэффициент (С 14380 мкм.град). - tT эквивалентная длина волны 1-1 пирометра. а также учитывая, что MiiilL-ik btiz.T) Uj где К - коэффициент, определяемый спектральными коэффициентами пропускания светофильтров -и спектральными чувствительностями приемника излучения на длинах волн Д- и 2 , можно убедиться, что при Ч )n выходная частота f предложенного пирометра равна f kTu,, где k - коэффициент пропорциональности. Таким образом, выходной сигнгш пирометра линейно связан с измеряемой цветовой температурой. При использовании в качестве измерителя 15 цифрового частотомера отсчет темпе,ратуры производят непосредственно в градусах в цифровой форме. В предлагаемом пирометре преобразование измеряемой цветовой температуры в линейно связанный с ней выходной параметр (частоту) производится значительно точнее, чем в известном, так как введенные в пирометр блок 14 задания временньох интервалов , который легко регулируется на базе генератора образцовой частоты и счетчика, и измеритель 15 частоты (цифровой частотомер) практически не вносят инcтpy 4eнтaFIьнoй погрешности в преобразование. Единственным источником погрешности является логарифмическое амплитудновременное преобразование, которое осуществляется и в. известном устройстве. Достигаемое в результате повышения точности линеаризации аыход ной шкалы пирометра и составляет технико-экономический эффект изоб ретения.

Формула изобретения

Пирометр спектрального отношения содержащий модулятор светового потока, приемник излучения, усилитель, блок синхроимпульсов, два ключа.

два амплитудных детектора, преобразователь логарифма отношения двух напряжений в интервал времени и триггер, отличающийся тем, что,, с целью повышения точности линеализации шкапы, в него введены блок задания временных интервалов и измеритель частоты, входы которых подключены к выходу преобразователя логарифма отношения двух напряжений в интервал временн , управляющий вход которого соединен с выходом триггера, а второй 8ХОД триггера подключен к выходу блока задания временных интервалов.

Источники информации , принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 480921, кл. G 01 J 5/60, 1975.

2.Квтсфское свидетельсво СССР .М 646204, кл. G 01 J 5/60, 1979.

..MJ