DE1930564C2 - Schaltungsanordnung zur Anzeige des Temperaturverteilungsbildes eines erwärmten Gegenstandes - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Anzeige des Temperaturverteilungsbildes eines erwärmten Gegenstandes nach der Gattung des Patentanspruchs.

Die von einem erwärmten Gegenstand abgestrahlte Wärme wird im allgemeinen von dessen Oberflächentemperatur und von dessen Emissionsvermögen bestimmt. Werden bspw. die von einem erwärmten Gegenstand abgestrahlten Wärmestrahlen von einem optischen Linsensystem aufgenommen und auf eine fotoelektrische Fläche einer Aufnahmeröhre, ζ. Β. einer Videkonröhre, geworfen, dann entsteht entsprechend der Temperaturverteilung beim erwärmten Gegenstand auf der fotoelektrischen Fläche eine Bildaufladung, und zwar an jenen Teilen, an denen die Temperaturverteilung bestimmt werden soll. Falls die Bildsignale eines solchen Videkons wiedergegeben werden sollen, dann ist es möglich, auf der fluoreszierenden Fläche einer Bildaufnahmeröhre die TemDeraturverteilung eines erwärmten Gegenstandes, der sich im Aufnahmefeid der Bildaufnahmeröhre befindet, in den entsprechenden Helligkeiten wiederzugeben und einen solchen erwärmten Gegenstand als Ganzes einfach in der Form eines seine Temperaturverteilung wiedergebenden Bildes dazustellen. Weiterhin kann beabsichtigt sein, ein Temperaturverteilungsbild zu erhalten, das in einen vorgeschriebenen Bereich fällt, in dem Bildsignale entsprechend den zu einem solchen Bild gehörenden isothermen Linien entnommen werden.

Dazu ist aus der SE-PS 2 17 604 ein System zur Erfassung von Temperaturverteilungen mit Bildröhre und Bildaufnahmeröhre bekannt, wobei an einem Verknüpfungspunkt von in Reihe zwischen einem Detektor und einem Bildwiedergabegerät geschalteten Verstärkerstufen ein spannungspegelabhängiges Gerät angeschlossen ist, das dazu geeignet ist, ein Steuersignal als Antwort auf eine in den Verstärkerstufen vorliegende Spannung innerhalb eines bestimmten engen Spannungsbereiches zu erzeugen, der einen bestimmten engen Temperaturbereich in dem vom Detektor aufgenommenen Feld darstellt Dabei ist das spannungspegeiabhängige Gerät an einer bestimmten Verstärkerstufe angeschlossen, um auf einen bestimmten vorgewählten Spannungspegel an dem Punkt der Verstärkungskette zu antworten, mit dem das Gerät verbunden ist. Danach wird bei dem bekannten System ein Temperaturverteilungsbild als Summenbildung von Lichtpunkten mit gesteigertem Kontrast in Einheiten von Bildelementen relativ zu den Temperaturen erstellt. Bei dem bekannten System ist es schwierig, die Temperatur im Bereich zwischen den Summenbildungen solcher Lichtpunkte zu erfassen, so daß kein vollständiges und lückenloses Temperaturverteilungsbild erhalten wird.

Weiter ist aus der US-PS 29 82 814 ein Gerät bekannt, das ein sichtbares Farbbild der Oberflächenbeschaffenheit eines Gegenstandes hervorrufen kann, wobei die Arten, Mengen und Lagen von Elementen angezeigt werden, woraufhin der Gegenstand geprüft wird. Dabei wird der Gegenstand von einem Elektronenstrahl abgetastet, wobei die auftreffenCen Elektronen eine fluoreszierende Röntgenstrahlung hervorrufen, die hinsichtlich der Energie und der intensität in Übereinstimmung mit der Oberflächenbeschaffenheit und dem Zustand des zu prüfenden Gegenstandes variiert. Das bekannte Gerät verwendet zwar auch eine Farbbildröhre, bei der die Helligkeit und der Farbton zur Darstellung der Oberflächenbeschaffenheit eines Gegenstandes eine Information für einen geschulten Betrachter darstellen, aber ein lückenloses Temperaturverteilungsbild eines erwärmten Gegenstandes ist mit dem bekannten Gerät nicht möglich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung zum Erfassen der Temperaturverteilung eines erwärmten Gegenstandes zu schaffen, der in seinem Temperaturverteilungsbild möglichst wirklichkeitsgetreu wiedergegeben werden soll.

Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß dem Patentanspruch gelöst. Dabei ist besonders vorteilhaft, daß zum Erfassen der Temperaturverteilung eines erwärmten Gegenstandes ein wirklichkeitsgetreues Temperaturverteilungsbild erhalten wird, weil bestimmte Werte der Temperaturzonen des erwärmten Gegenstandes an vorgeschriebenen Stellen auf der Basis einer gegebenen Zeitbestimmung integriert werden, um aus den auf diese Weise erhaltenen Durchschnittswerten den Durchschnittswert der entsprechenden isothermen Linie anzuzeigen.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sind nachstehend anhand eines in der Zeichnung

dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Blockschaltplan einer Schaltungsanordnung zum Erfassen der Temperaturverteilung eines erwärmten Gegenstandes gemäß einem Ausführungs- ·ϊ beispiel nach der Erfindung;

Fig.2a bis 2h Wellenformen, die die genaue Arbeitsweise der verschiedenen Teile der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 darstellen;

Fig.3 einen detaillierten Schaltplan einer Schal- in tungsanordnung zur Anzeige des Durchschnittswertes der jeweiligen isothermen Linien, die einen wesentlichen Teil eines Gerätes nach der Schaltungsanordnung gemäß F ig. 1 anzeigen;

Fig.4 die unterteilten Teile eines Bildschirmes π gemäß dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1, und

F i g. 5 die Wellenform von Signalen zum Unterteilen des Bildschirms entsprechend F i g. 4.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel besteht ein wesentliches Merkmal darin, daß die bestimmten Werte der Jo Temperaturzonen eines erwärmten Gegenstandes an vorbestimmten Teilen mit Hilfe einer Mefügnalverarbeitungsvorrichtung auf der Basis einer gegebenen Bestimmungszeit integriert werden, um auf diese Weise aus den so erhaltenen Durchschnittswerten den Ji Durchschnittswert einer Anzahl von isothermen Linien anzuzeigen, wodurch in Zeitfolge das wirklichkeitsgetreue Temperaturverteilungsbild eines erwärmten Gegenstandes an seinen vorbestimmten Teilen dargestellt wird. Darüber hinaus wird ermöglicht, daß die in jeweiligen zu dem Temperaturverteilungsbild gehörenden Temperaturzonen in den entsprechenden Farbtönen deutlich dargestellt werden.

In Fig. 1 ist eine Bildaufnahmeröhre, bspw. ein Videkon, gezeigt, die so ausgelegt ist, daß sie π Wärmestrahlen empfangen kann, die von vorbestimmten Teilen eines erwärmten Gegenstandes, bspw. einer Gichtleitung eines Hochofens, der Eisenwandung eines Hochofens, eines Drehrohrofens oder verschiedener elektrischer Geräte, abgestrahlt werden, und ein j ο Bildsignal entsprechend einem Temperaturverteilungsbild auszusenden, das den Wärmestrahler* zugeordnet ist Bildsignale Vl, V 2 .., wie in Fig.2 gezeigt, die (nicht dargestellten) geladenen Bildmustern entsprechen, die auf der fotoelektrischen Fläche eines Videkons * "> erscheinen, sind zwischen den horizontalen Synchronisationsignalen Hs 1, Hs2, ..., gelegt, die einem Rasterabtastverfahren zugeordnet sind und von der Bildaufnahmeröhre 11 ausgesendet werden. Die Bildsignale Vl, V2, ..., au- der Bildaufnahmeröhre 11 w einschließlich der horizontalen Synchronisationssignale HsI, Hs2, ..., werden auf eine Signalverarbeitungsschaltung 13 über einen Verstärker 12 geführt, die eine Farbsteuereinrichtung bilden. Die Signalverarbeitungsschaltung 13 ist vorgesehen, um Signale bei einem r, geeigneten Pegel Vp abzuschneiden, der dazu geeignet ist, um die horizontalen Synchronisationssignale Hs 1, Hs2,.., zu eliminieren. Aus der Signalverarbeitungsschaltung 13 werden nur Bildsignale Vl, V2 wie in

F i g. 2b gezeigt, ausgesendet, die dem bevorzugten w> Temperaturverteilungsbild entsprechen.

Eine automatische Temperatureinstellschaltung 14 ist, falls notwendig, vorgesehen, um die Bildaufnahmeröhre Il über eine negative Rückkopplung zu steuern. Die Temperatureinsitllschaltung 14 erfaßt normalerweise n-, oder intermittierend den Pegel Vp zum Austasten von Ausgangssignalen, bspe/. aus der Signalverarbeitungsschaltung 13, um auf diese Weise die Wirkung der Bildaufnahmeröhre 11 des Videkons konstant stabil zu halten.

Die von der Signalverarbeitungäschaltung 13 ausgehenden Bildsignale Vi, V2, .., werden einem Fernsehmonitor 15 zum direkten Umsetzen in schwarze und weiße Infrarotbilder und ebenfalls einer isothermen Spannungserzeugerschaltung 16 geliefert. Diese Spannungserzeugerschaltung unterteilt die Temperaturverteilung eines erwärmten Gegenstandes in eine Anzahl von Temperaturzonen, wie bspw. R 1, R 2, R 3 und R 4 nach Fig.2b, wenn der Pegel des (nicht dargestellten) Bildsignalei bspw. gut mil. der Temperaturverteilung zusammenpaßt. Auf diese Weise wird eine zusammengesetzte isotherme Spannung Vt mit treppenförmiger Wellenform, wie in Fig.2c gezeigt, gebildet, die eine Anzahl von isothermen Spannungen Vt 1, Vt 2, Vi 3 und Vt 4 mit verschiedenen Spannungspigeln enthält, indem eine Anzahl von Schmitt-Triggern verwendet wird, die auf eine Anzahl von isothermen Spannungspegeln Ti, T2, T3, T4 und T5 entsprechend k;n Grenzteilen der vorher erwähnten unterteilten Terr.peraturzonen R 1, R 2, R 3 und R 4 bspw. auf ihre Schwellwerte eingestellt sind. Falls irgendein gegebener isothermer Spannungspegel, bspw. Vt 3, angezeigt werden sollte, dann wird dieser Pegel differentiell durch Subtrahieren anderer Pegel, d.h. Vi4, Vf2 und ViI vom gesamten zusammengesetzten Spanriungspegel Vi, erfaßt. Auf diese Weise wird ein isotheiTnes Bildsignal erhalten, das auf eine Anzahl von isothermen Spannungen VfIl₁ Vi 12, Vr 13 und Vi 14. wie in Fig.2d, 2f, 2g gezeigt, besteht. Dieses Signalbild wird in großer Helligkeit als das Temperaturverteilungsbild eines erwärmten Gegenstandes an seinen vorbestimmten Teilen dargestellt Falls wie in diesem Fall zwischen den isothermen Linien, d.h. Ti und Γ2, Γ2 und T3, 7"3 und TA und Γ4 und 7"5, liegende Teile auf einer Farbfernsehbildempfangsröhre in verschiedenen deutlichen Farbtönen dargestellt werden, dann wird eine extrem große Wirkung im Darstellen eines Temperaturverteilungsbildes erhalten. Als ein weiterer Schritt beim Erfassen des Ternperaturvt .teilungsbildes eines erwärmten Gegenstandes an seinen vorgeschriebenen Teilen mit Hilfe eines bevorzugten Verfahrens, das Zeitdurchschnittswerte liefert, werden aus der Signalverarbeitungsschaltung 13 erhaltene Bildsignale Vl, V2, .., wie in Fig.2b gezeigt, einer Begrenzerschaltung 118 geliefert, die vorgesehen ist, erforderlichenfalls unnötige Teile von Spannungswellenformen abzutrennen. Danach werden diese Bildsignale einem A-D-Umsetzer 19 unterworfen, um Bildsignale Vd i, Vd2,..., gemäß der digitalen Anzeige nach F i g. 2h zu bilden.

Danach durchlaufen die Elildsignale Vd 1, Vd2,..., aus dem Λ D-Umsetzer, wie weiter unten beschrieben wird, der Reihe nach die Meßsi$nalverarbeitungseinrichtungen 1, 2 und 3 ("OT bis 22) und werden weiter einer Einrichtung zugeführt die aus einer Farbbildempfang::- röhre 23 zum Unterscheiden eines gemittelten Temperaturverteilungsbildes durch Farbtöne besteht.

In Fig.3 ist eine detaillierte Darstellung der Meßsignaiverarbeitungseinrichtungen 1 bis 3 (20 bis 22) gezeigt. Die Bildsignale Vt/1. Vt/2, .., die eine Analog-Digital-Umwandlung in A-D-Uinsetzer unterliegen, werden bspw. neun Gitterkreisen GIl, G 12, G21, G22, G23, C31, G32 und G33 geliefert. Die Gitlerkreise GIl bis G33 entsprechen den neun Unterteilungen eines Bildaufnahmeschirms gemäß F i g. 4. Die diesen Unterteilungen entsprechenden Bildsignalkomponenten werden wahlweise durch Git-

tersignale GHi, GH 2 und GH3 gesteuert, die in horizontaler Richtung wirken, während andere Gittersignale GVl, GV2 und GV3 in vertikaler Richtung wirken. Im vorliegenden Fall ist die Anzahl der Unterteilungen mit neun festgesetzt, es ist jedoch auch möglich, den Bildaufnahmeschirm in irgendeine bevorzugte Anzahl von Unterteilungen aufzuteilen, und zwar abhängig von der geforderten Genauigkeit der Bestimmung der Temperaturverteilung und des Verarbeitungsverfahrens, um Durchschnittswerte der Temperaturverteilung zu erhalten.

Falls die den Gitterkreisen GH bis G33 jeweils gelieferten Gittersignalc CWI bis GH3 und CVI bis CV3 se gesetzt sind, daß sie zeitunterteilte Wellenformen nach F i g. 5 aufweisen, dann werden von den Gitterkreisen CIl bis G33 Signale entsprechend den Unterteilungen des Bildaufnahmeschirms nach Fig.4 erhalten, die dann zeitweilig in Speicherschaltungen Aiii bis ftf33 gespeichert werden, die die Meßsignaiverarbeitungseinrichtung 2 (21) bilden. Die Signale aus den Speicherschaltungen M 11 bis M 33 werden auf der Basis einer gegebenen Bestimmungszeit durch eine Verarbeitungseinrichtung 24 zum Erhalten von Durchschnittswerten integriert, die aus einem Zähler oder dergleichen besteht, der bspw. eine Anzahl von RS-Flip-FlopSchaltungen verwendet. Die so erhaltenen Signale werden dann in gemittelten Zeitwerten weitergeleitet. Weiter unterliegen diese Signale, falls erforderlich, einer Digital-Analog-Umwandlung durch einen gesonderten D-A-Umsetzer 25, um das Temperaturverteilungsbild eines erwärmten Gegenstandes an seinen vorgeschriebener Teilen anzeigende Bildsignale zu bilden. Die Signale aus dem D-A-Umsetzer 25 repräsentieren die Bildsignale des erwähnten Bildes, das durch Mittelung ihrer augenblicklichen Werte auf der Basis einer geeignet gewählten Zeit erhalten wird. Falls diese Bildsignale in einem Videorecorder 26 (VTR) gespeichert werden, dann wird die spätere Wiedergabe und ein Untersuchen eines Temperaturvcrteilungsbildes erleichtert, die Werte aufweisen, die über einen langen Zeitraum gemittelt werden.

Die Meßsignalverarbeitungseinrichtung 3 (22) umfaßt eine Spannungssignalsteuerschaltung 27. die die im Videorecorder 26 gespeicherten Bildsignale liefert. Wenn die Pegel der Bildsignale aus der Meßsignalverarbeitungseinrichtung 2 (21). die ein über die Zeit gemitteltes Temperaturverteilungsbild repräsentieren, gut mit den vorbestimmten Temperaturwerten eines erwärmten Gegenstandes an seinen vorgeschriebenen Teilen gut übereinstimmen, dann wird die Spannungssignalsteuerschfc/ftjng 27 durch näherungsweise die gleiche Anordnung gesteuert, wie die isotherme Spannungserzeugerschaltung 16 nach Fig. 1. Diese Schaltung ruft also auch eine Anzahl von gemittelten isothermen Spannungen entsprechend einer Anzahl von isothermen Linien hervor, die auf der Basis einer geeignet gewählten Zeit gemittelt werden. Als Ergebnis wird ein Bildsignal von isothermen Linien gebildet, das auf einer solchen Basis ähnlich der im Fall von F i g. 2e bis 2g gemittelt wird. Die Bildsignale aus der Spannungssignalsteuerschaltung 27 werden in Farbfernsehbildsignale gebracht, in denen bspw. die zwischen benachbarten isothermen Linien liegenden Teile durch gesonderte Farbtöne mit Hilfe einer Farbmischschaltung 28 unterschieden werden, die aus der bekannten Matrixschaltung aufgebaut ist Auf diese Weise wird auf einer Farbbildempfangsröhre 23 ein zeitgemitteltes Temperaturverteilungsbild dargestellt, das sich in verschiedenen Farbtönen unterscheidet. Wenn bspw. der Temperaturbereich eines erwärmten Gegenstandes in neun Teile unterteilt ist, dann werden die erste, vierte und siebente Temperaturzone, gezählt von der niedrigsten Zone, in Farbtönen angezeigt, die die drei Grundfarben blau, grün und rot aufweisen. Die anderen Zonen, d. h. die zweite, dritte, fünfte, sechste, achte und neunte werden in Farbtönen dargestellt, die jeweils zwei der drei Grundfarben grün, blau und rot. kombiniert in einem geeigneten Verhältnis, aufweisen. Demgemäß wird die tatsächliche zeitgemittelte Temperaturverteilung eines erwärmten Gegenstandes in dem entsprechenden Temperaturfarbtonbild wiedergegeben. Hinsichtlich der für die Eingabe von Signalen in den Videorecorder 26 erforderlichen Betriebszeit wird die Speicherschaltung kontinuierlich mit Informationen versorgt, so daß eine Toczeit für jeden Bearbeitungszyklus von Durchschnittswerten eintritt. Diese Totzeit ist jedoch vernachlässigbar klein im Hinblick auf eine gegebene Integrationszeit und wird zudem auch noch durch einen Monitor für kurzzeitige Bilder überprüft, so daß es zu keinen Problemen im Zusammenhang mit der Totzeit kommen kann. Für eine komplette Eliminierung der Totzeit ist es ratsam, der ursprünglichen Speicherschaltung eine andere Gruppe von Speicherschaltungen paralle. λι schalten und beide Gruppen abwechselnd zu verwenden.

Wie bereits zuvor erwähnt, ermöglicht das Ausführungsbeispiel die Wiedergabe ues Temperaturverteilungsbildes eines zu messenden erwärmten Gegenstandes an seinen vorgeschriebenen Teilen in Werten, gemittelt auf der Basis einer gegebenen Bestimmungszeit. Es ermöglicht die Darstellung mehrerer isothermer Linien in Form von zeitbezogenen Durchschnittswerten, und darüber hinaus auch die Wiedergabe der gesamten Temperaturverteilungsbild-Eigenschaften des zu messenden Gegenstandes in einer ganz klaren und wirklichkeitsgetreuen Weise. Da weiterhin die Werte kurzzeitiger Änderungen in der Temperaturverteilung eines zu messenden Gegenstandes an seinen vorgeschriebenen Teilen mittels eines Monitors überprüft werden können, lassen sich solche Änderungen mit dem gemittelten Temperaturverteilungsbild nach dem hier bevorzugten Verfahren erhalten wird, vergleichen. Der Vergleich der kurzzeitigen, gemittelten und vorgeschriebenen Temperaturverteilungsbilder läßt eine leichte Temperatursteuerung zu. Wenn weiterhin die Werte der kurzzeitigen Temperaturänderungen verfolgt werden, dann sind die Meßsignalverarbeitui.gseinrichtungen bereits gekoppelt, so daß ein Temperaturverteilungsbild, welches die Durchschnittswerte über eine gegebene Periode wiedergibt, zu jeder gegebenen Zeit leicht erfaßt werden kann.

Da es sich bei dem hier bevorzugten Verfahren zum Erfassen eines gemittelten Temperaturverteilungsbildes um ein berührungsloses Meßverfahren handelt, ist es wirksam bei der Anzeige des Temperaturverteilungsbildes von bspw. einer Gichtleitung oben auf dem Hochofen und der Oberflächentemperatur der Eisenwandung eines Hochofens oder eines Drehrohrofens sowie beim Temperaturverteilungsmuster im Inneren der verschiedensten elektrischen Geräte. Es ist dabei weit genauer als dies bei den bekannten Verfahren der Fall war. Es bietet somit für die Industrie große Vorteile.

Hierzu 4 Blatt Zcichnuncen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schaltungsanordnung zur Anzeige des Temperaturverteilungsbildes eines erwärmten Gegenstandes ΐ mit einer Infrarot-Bildaufnahmeröhre, die von vorbestimmten Teilen des erwärmten Gegenstandes ausgehende Wärmestrahlen über eine optische Linse empfängt, um die den Wärmestrahlen entsprechenden Temperaturverteilungsbilder auf in dem fotoelektrischen Schirm der Bildaufnahmeröhre zu fokussieren, wodurch den Temperaturverteilungsbildern entsprechende Ladungsbildsignale erhalten werden, die einer Meßsignalverarbeitungseinrichtung zugeführt werden, die von den Ladungsbild- ι: Signalen isotherme Temperaturbildsignale liefert, die an eine Bildwiedergabeeinrichtung zur Darstellung isothermer Linien gemäß den isothermen Temperaturbildsignalen auf dem fluoreszierenden Schirm einer Bitcempfängerröhre weitergeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsignalverarbeitungseinrichtung umfaßt:

   a) eine erste Einrichtung (16, 20) zum Unterteilen der von einer das Bild eines erwärmten Gegenstandes erfassenden Aufnahmevorrichtung (11) gelieferten Ausgangssignale (Vi, V2, ...; Vdi, Vd2, ...) in eine Vielzahl von Spannungsbereichen (Vt i, Vt2, ...) entsprechend den Temperaturbereichen (Ri, R2,...) der Oberfläche des erwärmten Gegenstandes;

   b) eine zweite Einrichtung (21) zum Integrieren der Signale der unterteilten Spannungsbereiche (Vt i, Vi2, ...) auf oer Zeitbasis, wodurch jeweils den Durchschnittswert des isothermen Bereichs darstellende Signale erhaltbar sind, r> und

   c) eine dritte Einrichtung (22) zum Liefern der die Durchschnittswerte anzeigenden Signale als Farbsignale an eine Farbbildempfängereinrichtung (23), die ein Temperaturverteilungsbild mit den durch verschiedene Helligkeit oder verschiedene Farben dargestellten Temperaturbereichen abbildet.