Устройство для измерения температуры объекта Советский патент 1983 года по МПК G01J5/14 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБЪЕКТА

Изобретение относится к телевизионной измерительной технике, посредством которой производится измерение и регулирование температур нагретых объектов по их телевизионному изображению, и может быть использовано для дистанционного регулирования температуры различных объектов с одинаковой излучательной способностью и применено в приборах для дистанционного измерения температуры.

Известно устройство для дистанционного измерения температуры нагретых объектов-по их телевизионному изображению, содержащее последовательную цепь оптических элементов для совмещения изображения исследуемого объекта с нитью пирометрической лампы и для переноса совмещенного изображения на фотокатод электронно-оптического преобразователя, выходной оптический сигнал которого посредством оптических элементов переноса изображения проецируется на мишень телевизионной передающей трубки, сигнал с которой подается на последовательно соединенные блок представления измеряемой информации и стрелочный измеритель температуры, позволяет измерить температуру нагретого объекта по его телевизионному изображению- путем сравнения-яркости его изображения с яркостью изображения нити накаливания пирометрической лампы, являющейся эталонным объектом. Ее температура контролируется косвенньм способом по току накала. Температура исследуемого объекта определяется в момент визуального уравнивания яркостей исследуемо10го и эталонного объектов путем изйе.нения оператором тока накала 1 и (2j,

Это устройство для дистанционного измерения распределений теплового поля, использующее такой способ сравне15ния яркостных температур нагретых объектов по их телевизионному изображению, не обладает высокой точностью измерения температуры вследствие неточного и субъективного характера

20 сравнения яркостных температур исследуемого объекта и эталонного источника.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст25ройство, содержащее передающую - телевизионную камеру, на вход которой через систему совмещения проецируются изображения исследуемого объекта наблюдения и эталонной пирометрической

30 лампы накаливания, а выход соединен со входом видеоконтрольного устройст ва, один из выходов которого соединен со входом блока выбора точки на теле визионном растра, а второй - со входом блока В аделения и измерения видео сигнала в заданной точке, прич вм выход блока выбора точки на телевизион |ном растре соединен со вторым входом Ьлока выделения и измерения видеосиг нала, выход которого соединен со вхо дом блока цифровой индикации темпера туры 3. Система контроля изображения рабо тает следующим образом. Изображение исследуемого нагретого объекта и нити накаливания пирометрической лампы проецируется на мишень телевизионной передающей камеры, сигнал с которой поступает на видеоконтрольное устройство. На экране последнего визуализируется тепловая картина наблюдаемого и эталонного объектов Сигналы пилообразной формы кадровой и строчной разверток видеоконтрольного устройства подаются на входы пороговых устройств (компараторов) блока выбора точки на телевизионном растре и управляют его работой. В свою очередь , сигнал с выхода блока выбора точки на телевизионном растре управляет работой блока вьвделения и измерения видеосигнала в заданной точке. О температуре судят по цифровому индикатору блока индикации температуры проградуированному по пирометрической лампе. Процесс градуирования представ ляет собой процесс последовательного сравнения яркостных температур исследуемого и эталонного объектов путем уравнивания показаний измерительного блока при поочередной регистрации температуры исследуемого и эталонного объектов. Этот процесс сравнения температур двух объектов трудоемок, требует тщательной переградуировки при исследовании объектов с различными излучательными способностями и особенно усложняется при наблюдении нестационарных тепловых полей. Цель изобретения - повышение точности измерения путем автоматизации процесса сравнения температур двух объектов. Указанная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены последовательно соединенные второй блок выбора точки на телевизионном растре, второй блок выделения и измерения видеосигнала в заданной точке, блок сравнения яркостных температур и нагревательное устройство, соединенное с эталонным объектом, при этом второй вход блока сравнения яркостных температур соединен с выходом первого блока выделения и измерения видеосигнала в заданной точке, второй вход второго блока выделения и измерения видеосигнала в заданной точке соединен с вторым входом первого блока вьщеления и измерения видеосигнала в заданной точке, а вход второго блока выбора точки на телевизирнном растре соединен с входом первого блока выбора точки на телевизионном растре. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. В устройство-входят объекты наблю-. дения 1 и 2, система 3 совмещения изображений этих объектов, инфракрасная телевизионная камера 4, видеокрнтрольное устройство 5, блоки б и 7 выбора точек на телевизионном растре, блоки 8 и 9 выделения и измерения врщеосигнала в этих точках, блок 10 сравнения яркостных температур, нагревательное устройство 11 объекта. 2. .Система совмещения 3 изображений лвух объектов наблюдения 1 и 2 является оптическим устройством, имеющим две независимые оптические оси и позволяющим совмещать в своей фокальной плоскости изображения двух объектов, разнесенных в пространстве. Телевизионная передающая камера 4 формирует телевизионный видеосигнал стандартной формы, соответствующий изображениям наблюдаемых объектов. Видеоконтрольное устройство 5 - устройство, воспроизводящее телевизионный видеосигнал на экране приемной телевизионной трубки, на котором можно наблюдать изображение исследуемых объектов. Блоки 6 и-7 выбора точки на телевизионном растре, управляемые синхроимпульсами к.адровой и строчной частоты от видеоконтрольного устройства-, позволяют путем сравнения пилообразных напряжений пороговыми устройствами с регулируемыми уровнями срабатывания выработать импульсы напряжения, соответствующие по своему временному положению выбранной точке на телевизионном растре. Блоки 8 и 9 выделения и измерения видеосигнала с заданной точки телевизионного растра позволяют выделить из видеосигнала только ту его часть, которая соответствует по своему временному положению Ш1пульсу от блока выбора точки на телевизионном растре, и измерить амплитуду выделенной части видеосигнала, которая пропорциональна яркостной температуре наблюдаемых объектов в выбранных точках. Блок 10 сравнения яркостных темпе-, ратур анализирует и сравнивает напряжения, подаваемые на его входы с двух блоков выделения и измерения видеосигнала. В случае неравенства этих напряжений на его выходе появляется напряжение той или иной полярности, величина которого пропорциональна разности напряжений на его входах.

Нагревательное устройство 11 - этс управляемое устройство, задаваемый температурный режим которого находится в прямой зависимости от напряжения на управляющем входе.

Изображения объектов 1 и 2 с помощью системы совмещения 3 проецируются на мишень телевизионной передающей камеры 4 и визуализируются на экране видеоконтрольного устройства 5, Строчные и кадровые синхроимпульсы последнего управляют работой блоков и 7 выбора точек нателевизионном растре. С помощью этих блоков выбираемые точки совмещаются с изображениями нагретых объектов, температуры которых необходимо уравнять. Выходные сигналы блоков выбора точек на телевизионном р астре управляют работой аналоговых ключей блоков 8 и 9 вьщеления и измерения видеосигналов в заданных точках, на вторые входы которых подается видеосигнал с видеоконтрольного устройства. Сигналы с выходов блоков 8 и -9 сравниваются в блоке 10 сравнения яркостных температур, выходной сигнал которого с помощью нагревателйного устройства 11 регулирует температуру объекта 2. Процесс регулирования происходит до тех пор, пока температуры наблюдаемых объектов в контролируемых точках не уравняются

В примере применения изобретения в устройстве для дистанционного измерения температуры токоведущих дорожек И резистивных элементов интегральных схем в качестве эталонного объекта 2 используется тонкопленочный слой такого же материала и нанесенного на подложку таким же технологическим методом, что и исследуемый проводник или резистор в микросхеме 1, температура которого измеряется. Излучение от этих объектов с помощью системы совмещения 3 изображений попадает на мишень инфракрасного видикона передающей телевизионной камеры 4, визуализируется на экране видеоконтрольного устройства 5 и анализируется в блоке 11 автоматического регулирования температуры эталонного объекта, нагревательное устройство которого регулирует температуру эталонного объекта- 2 Температура эталонного объекта контролируется пленочной термопарой спомощью измерительного устройства, по показаниям которого судят об истинной температуре исследуемого объекта наблюдения.

Изобретение может использоваться также в качестве системы автоматического регулирования температурного режима накого-либо технологического процесса. В этом случае эталонный .объект нагревается до необходимой для данного технологического процесса температуры и термостатируется, а сигнал обратной связи от системы автома тического регулирования температуры заводится на нагревательное устройство данного технологического процесса (волочение проволоки, плквдение или прокатка микролент и т.д.).

Таким образом, на основании рас смотренных примеров можно сказать, что предлагаемое устройство позволяет автоматизировать процесс сравнения температур двух объектов. Это, в свою очередь, позволяет автоматизировать ряд технологических процессов, связанных с измерением и регулированием температуры.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры объекта по телевизионному изображению, содержащее исследуемый и эталонный объекты наблюдения, изображения которых поступают на вход оптической системы совмещения двух изображений,; выход которой соединен с последовательно соединенньми передающей телевизионной камерой, видеоконтрольньм устройством, блоком выбора точки на телевизионном растре и выделения и измерения видеосигнала в заданной точке, второй вход которого соединен с вторым выходом вилеоконтрольного устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения путем автоматизации процесса сравнения температур двух объектов, в него дополнительно введены последовательно соединенные второй блок выбора точки на телевизионном растре, второй блок выделения и измерения видеосигнала в заданной точке, блок сравнения яркостных температур и нагревательное устройство, соединенное с эталонным объектом, при этом второй вход блока сравнения яркостных температур соединен с выходом первого блока выделения и изме1)ения видеосигнала в заданной точке, второй вход второго блока выделения и изме-. рения видеосигнала в заданной точке соединен с вторым входом первого блока выделения и измерения видеосигнала в заданной точке, а вход второго блока выбора точки на телевизионном растре соединен с входом первого блока выбора точки на телевизионном растре.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3.Патент Великобритании № 1357940 кл.. G 1А, 1974 (прототип).