CS262815B1

CS262815B1 - Method for temperature measuring by radiation of heat penetrating objects

Info

Publication number: CS262815B1
Application number: CS867011A
Authority: CS
Inventors: Lubos Doc Ing Csc Hes
Original assignee: Hes Lubos
Priority date: 1986-09-30
Filing date: 1986-09-30
Publication date: 1989-04-14
Also published as: CS701186A1

Abstract

Infračervené záření vystupující z měřeného průteplivého objektu a jeho pozadí ee detekuje jednak přímo a jednak přes průteplivý materiál, jehož infračervené absorbčí spektrum je stejné nebo podobné jako spektrum měřeného průteplivého objektu. Rozdíl detekovaných záření je mírou teploty průteplivého objektu. Jedná se o jednoduchý, spolehlivý a levný způ sob měření teploty průteplivýoh objektů, eliminující vliv teploty pozadíInfrared radiation emanating from the measured overflow object and its background ee detects both directly and secondly through the infrared material the absorption spectrum is the same or similar as the spectrum of the measured overflow object. The difference of detected radiation is the temperature of the overflowing object. It is about simple, reliable and cheap way temperature measurement through the passage of objects, eliminating the effect of background temperature

Description

Vynález se týká způsobu radiačního měření teplot v části infračerveného spektra průteplivých objektů, pomocí něhož lze snížit vliv teploty pozadí na údaj teploměru a zvýšit tak přesnost maření.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method of radiative temperature measurement in a portion of the infrared spectrum of a translucent object, by means of which the influence of background temperature on the thermometer reading can be reduced and thus the accuracy of obstruction is increased.

Známé způsoby , měření teplot homogenních průteplivých objektů, to je objektů, které propouštějí část záře„ní z pozadí díky své spektrálně závislé propustnosti, nikoli díky své mechanické diskontinuitě, jsou založeny na selektivním příjmu záření vysílaného z neprůteplivých tzn. absorbčních oblastí objektů z celkového infračerveného spektra záření vysílaného objektem a pozadím.The known methods of measuring the temperatures of homogeneous translucent objects, i.e., objects that transmit a portion of the background radiation due to their spectrally dependent transmittance, not due to their mechanical discontinuity, are based on selective reception of radiation emitted from the non-occlusive, i.e. absorption areas of objects from the overall infrared spectrum of radiation emitted by the object and background.

V praxi je pak problém měření teplot/například polymerních folií řešen tak, Že vstupní filtr bezdotykového radiačního teplo měru propouští pouze záření v okolí 3,53 kde většina polymerů vykazuje absorbci infračerveného záření v důsledku valenční vibrace kolec vazby C-li. Šíře absorbčního pásma je velmi úzká a klesá navíc s hlesající tloušťkou folie. Nábéžné hrany vstupního filtru musí proto být velmi strmé a přijímané pásmo velmi úzké. Příslušný interferenční filtr je pak tvořen více než 10 tenkými vrstvami a jeho cena mnohdy několikrát převyšuje cenu celého zbývajícího zařízení. Výrobně jsou uvedené filtry značné nedostupné/ naví.c vzhledem k úzkému pásmu záření propouštěného pouze v jedné oblasti spektra je energie dopadající na detektor nízká. Poměr feignál/šum je pak nepříznivý. Protože absorbcé folie v proměřovaném pásmu vlnových délek infračerveného záření je niž Ší než 1, stejně na detektor proniká část záření pozadí. Měření je pak i při instalaci nákladného filtru zatíženo chybou.In practice, the problem of temperature measurement, for example of polymeric films, is solved so that the inlet filter of the non-contact radiation heat measure only transmits radiation in the neighborhood of 3.53 where most polymers exhibit infrared absorption as a result of valence vibration. The width of the absorption zone is very narrow and decreases in addition with the decreasing film thickness. The leading edges of the inlet filter must therefore be very steep and the receiving zone very narrow. The respective interference filter is then made up of more than 10 thin layers and its price often exceeds the price of the entire remaining device several times. Due to the narrow band of radiation transmitted in only one region of the spectrum, the energy incident on the detector is low. The feignal / noise ratio is then unfavorable. Since the absorption of the film in the measured infrared wavelength band is less than 1, some of the background radiation penetrates the detector as well. The measurement is then subject to error even when installing a costly filter.

2B2 8152B2 815

U jiného způsobu bezdotykového měření teplot průteplivých materiálů je záměrně stabilizována teplota pozadí, Kterou je pak nutno respektovat při kalibraci přístroje. Popsaný způsob je těžkopádný, vyžaduje zmíněnou nákladnou stabilizaci teploty pozadí a postrádá jakoukoli univerzálnost.In another method of non-contact temperature measurement of the translucent materials, the background temperature is intentionally stabilized, which must then be taken into account when calibrating the instrument. The method described is cumbersome, requires the expensive background stabilization mentioned above and lacks any universality.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje způsob radiačního měření teplot průteplivých objektů podle vynálezu. Podstatou radiačního měření teplot průteplivých objektů podle vynálezu je, že infračervené záření vystupující z měřeného průteplivého objektu a jeho pozadí se detekuje jednak přímo a jednak přes pruteplivý materiál. Infračervené spektrum tohoto průteplivého materiálu je stejné nebo podobné jako spektrum měřeného průteplivého materiálu. Rozdíl detekovaných záření je mírou teploty průteplivého objektu.The aforementioned drawbacks are overcome by the method of radiation measurement of the temperature of the glassy objects according to the invention. The essence of the radiation measurement of the temperature of the translucent objects according to the invention is that the infrared radiation emitted from the translucent object to be measured and its background is detected both directly and through the flowable material. The infrared spectrum of this translucent material is the same or similar to that of the translucent material being measured. The difference in detected radiation is a measure of the temperature of the translucent object.

Výhodou popsaného způsobu je možnost levného, jednoduchého a snolehlivého měření teplot průteplivých materiálů, zejména oak plastikářských folií, což vede ke zvýšení Kvality jejich výroby.The advantage of the described method is the possibility of cheap, simple and reliable measurement of the temperature of the translucent materials, especially plastic foils, which leads to an increase in the quality of their production.

Způsob radiačního měření teplot průtepliv.vch oojektů podle vynálezu je demonstrován pomocí přiložených výkresů. Na obr. 1 je schematicky uvedeno příkladné uspořádání zařízení pro realizaci způsobu a na obr. 2 je uvedena energetická bilance měření.The method of radiation measurement of the temperature of the transparencies of the objects according to the invention is demonstrated by the attached drawings. Fig. 1 schematically shows an exemplary arrangement of a device for implementing the method, and Fig. 2 shows the energy balance of the measurements.

Před pozadím 1 je umístěn měřený průteplivý obiekt 2 a před ním je umístěn periodický modulátor 4, například rotační se clonou 2.· Tato clona 2 je zhotovena ze stejného nebo opticky podobného materiálu jako je materiál měřeného průteplivého objektu 2. Clona 2 tvar kruhového segmentu o stejném středovém Uhlu, jaký přísluší prázdnému prostoru mezi sousedními se_omenty. Za clonou 2 je umístěna spojné čočka 5 a za ní detektor 6 infračerveného záření, například pyroelektrický, jehož vystup je přes stři davy zesilovač 7, připojen na výstupní indikátor 8.In front of the background 1 the measured translucent object 2 is placed and in front of it is placed a periodic modulator 4, for example a rotating aperture 2. The orifice 2 is made of the same or optically similar material as the material of the measured translucent object. the same central angle, which is for the empty space between the adjacent _the ments. Behind the diaphragm 2 is a connecting lens 5 followed by an infrared detector 6, for example pyroelectric, the output of which is connected via an amplifier 7 to the output indicator 8.

Záření vystupující z pozadí 1 prochází průteplivým objektem £ a průteplivou částí clony 3 periodického modulátoru 4. a dopadá na spojnou čočku 5· Toto záření je spojnou čočkou 2 soustřeůová- 5 282 815 no na detektor 6 infračerveného záření, který reaguje pouze na střídavou složku záření. Po zesílení na střídavém zesilovači 2 je signál přiveden na výstupní indikátor 8.The radiation emanating from the background 1 passes through the translucent object 6 and the translucent part of the aperture 3 of the periodic modulator 4. and impinges on the coupling lens 5. . After amplification on the AC amplifier 2, the signal is applied to the output indicator 8.

Z průteplivého objektu 2. je v absorbční části spektra rovněž emitováno záření, které prochází prostorem periodického modulátoru £ natočeného v tomto případě tak, že záření, jak bylo výge uvedeno, dopadá na průteplivou část clony 2 periodického modulátoru 4· Protože podstatou nového způsobu je použití clonyRadiation is also emitted from the translucent object 2 in the absorption part of the spectrum, passing through the space of the periodic modulator 6 in this case so that the radiation as mentioned above impinges on the translucent part of the orifice 2 of the periodic modulator 4. aperture

2. se stejnou nebo podobnou spektrální propustností, jakou vykazuje měřený průteplivý objekt je záření emitované průteplivým objektem 2 v absorbčních pásech clony 2 pohlceno. Na detektor 6 infračerveného záření pak dopadá zejména záření emitované pozadím 1 o takových vlnových délkách, které průteplivý objekt £ i průteplivá část clony 2 propouštějí v podstatě bez zeslabení. Záření průteplivého objektu 2 se zde neuplatní.2. With the same or similar spectral transmittance to the measured translucent object, the radiation emitted by the translucent object 2 is absorbed in the absorption strips of the orifice 2. In particular, radiation emitted by the background 1 of such wavelengths that the transparent object 6 and the transparent portion of the orifice 2 pass substantially without attenuation is incident on the infrared radiation detector 6. The radiation of the translucent object 2 does not apply here.

při 'druhé poloze clony která nevykazuje žádnou absorbci a je tvořena prázdným otvorem <), dopadá na detektor 6 infračerveného záření jak záření pozadí o přibližně stejné energii jako v předcházejícím případě, tak i záření průteplivéno objektu 2 vystupující z absorbční části spektra tohoto pruteplivého oojektu 2.in the second position of the aperture which has no absorption and is formed by an empty aperture, the infrared detector 6 impinges both background radiation of approximately the same energy as in the previous case and the radiated object 2 emanating from the absorbing portion of the spectrum .

Vzhledem k tomu, že detektor 6 infračerveného záření měří rozdíl energií po sobě přicházejících zářivých toku, objeví se na výstupu zesilovače 2 signál úměrný pouze rozdílu teplot mezi objektem a clonou modulátoru jen v případe, kdy měřeny objekt i clona materiálu budou vykazovat z hlediska spektrálního rozsahu i spektrální propustnosti shodné optické vlastnosti a Kdy rozdíl energií dopadajících ná detektor při obou polohách clony neobsahuje složku závisející na teplotě pozdadí.Since the infrared detector 6 measures the energy difference of successive radiant fluxes, a signal proportional only to the temperature difference between the object and the modulator aperture will appear at the output of the amplifier 2 only if both the measured object and the material aperture have spectral range spectral transmittances of the same optical properties and when the energy difference of the incident detector at both aperture positions does not contain a temperature-dependent component.

Při pouze částečné shodě optických vlastností objektu a clo py nedojde k úplnému vyloučení vlivu pozadí, ale pouze k potlačení tohoto vlivu.Only a partial match between the optical properties of an object and a customs py does not completely eliminate the background effect, but only suppresses that effect.

’ ú;’Ú;

- 4 282 815- 4,282,815

I Když výsledný signál bude složitou funkcí teplot a emisních vlastností objektu, clony a částečná také pozadí, výsledná přesnost měření bude podstatně vyšší než bez aplikace způsobu podle vynálezu.Although the resulting signal will be a complex function of the temperature and emission properties of the object, the aperture and partly also the background, the resulting measurement accuracy will be significantly higher than without applying the method of the invention.

Stejného účinku vyloučení vlivu teploty pozadí na údaj bezdotykového tenlomáru lze dosáhnout tak, že teplotu průteplivého objektu měří současná dva konstrukčně shodné přijímače infračerveného záření příkladně optícmou soustavou s běžným rotačním modulátorem a detektorem, přičemž jednomu z těchto přijímačů je předřazen optický filtr pro infračervené záření, vytvořený ze stejného materiálu jako průteplivý objekt, jehož teplota se měříThe same effect of eliminating the influence of the background temperature on the contactless tenlomar reading can be achieved by measuring the temperature of the translucent object simultaneously with two structurally identical infrared receivers, for example by an optical system with a conventional rotary modulator and detector. of the same material as the translucent object whose temperature is measured

Signály z obou detektorů se vedou do elektroniky přístroje, kde se od společného signálu z pozadí a objektu odečte signál z pozadí, čímž se získá signál úměrný zejména teplotě objektu.The signals from both detectors are routed to the instrument electronics, where a background signal is subtracted from the common background and object signal to obtain a signal proportional to the object temperature in particular.

Energetická bilance měření je zobrazena na obr. 2· Pokud doba r 5 zaclonění detektoru 6 infračerveného záření clonou 2 se rovná době p odkrytí detektoru 6 infračerveného záření, pak na tomto detektoru 6 vzniká souměrný střídavý sioiiál o amplitudě Eo, která se rovná výše hledanému uvedenému rozdílu signálu od objektu včetně pozadí Ey + E2 ^a signálu od pozadí Εχ.The energy balance of the measurement is shown in Fig. 2 · If the r-time of the aperture of the infrared detector 6 by the aperture 2 is equal to the exposure time p of the infrared detector 6, then this detector 6 generates a symmetrical alternating signal to object difference including background Ey + E2 ^and signal from background Εχ.

Tento hledaný souměrný signál vzniká dále tehdy, jsou-li časové průběhy energií tepelných toků Ey + E2 a energie průteplivého objektu 2 S? i tvarově shodné, nemusí však mít obdélníkový průběh jako na obr. 2.This sought symmetrical signal also arises when the time courses are the energy of the heat fluxes Ey + E2 and the energy of the translucent object 2 S? They are identical in shape but do not have to have a rectangular shape as in Fig. 2.

Claims

A method of radiative temperature measurement of a translucent object, characterized in that infrared radiation (emitted from the translucent object and its background) is detected both directly and through the translucent material whose infrared absorption spectrum is the same as or similar to that measured the detected radiation is a measure of the temperature of the translucent object.