RU2044287C1 - Method and device for testing objects for thermal radiation - Google Patents
Method and device for testing objects for thermal radiation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2044287C1 RU2044287C1 SU4938315A RU2044287C1 RU 2044287 C1 RU2044287 C1 RU 2044287C1 SU 4938315 A SU4938315 A SU 4938315A RU 2044287 C1 RU2044287 C1 RU 2044287C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- output
- infrared
- signals
- analog
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к средствам бесконтактного измерения температуры и может найти применение в машиностроительной промышленности, на транспорте и других отраслях для тепловидения при изменяющихся условиях окружающей среды, а также в качестве переносных пирометров. The invention relates to non-contact temperature measurement and may find application in the engineering industry, in transport and other industries for thermal imaging under changing environmental conditions, as well as portable pyrometers.
Целью изобретения является повышение надежности преобразований. The aim of the invention is to increase the reliability of the transformations.
На фиг.1 показана структурная схема устройства для осуществления предложенного способа; на фиг.2 структурная схема устройства для получения тепловизионного N-точечного изображения; на фиг.3 схема пирометрического варианта с рефлекторно-рефракторной фокусировкой; на фиг.4 структурная схема автономного ручного варианта пирометра. Figure 1 shows a structural diagram of a device for implementing the proposed method; figure 2 is a structural diagram of a device for obtaining a thermal imaging N-point image; figure 3 diagram of the pyrometric version with reflex refractory focusing; figure 4 is a structural diagram of an autonomous manual version of the pyrometer.
Устройство контроля объектов по тепловому излучению содержит фокусирующе-диафрагмирующий оптический узел 1, прерыватель 2, термостатированный корпус 3, содержащий инфракрасный фильтр 4, инфракрасный датчик 5, датчик температуры 6, усилитель 7, нагреватель 8, электронный преобразователь 9 и индикатор 10. The device for monitoring objects of thermal radiation contains a focusing-diaphragm
Фокусирующе-диафрагмирующий оптический узел 1 (диафрагма на чертеже не показана) состоит из вогнутого зеркала 1.1, экрана 1.2 и окуляра 1.3, причем между экраном 1.2 и окуляром 1.3 фиксированное расстояние, а вогнутое зеркало 1.1 установлено с возможностью осевого перемещения. The focusing-diaphragm optical unit 1 (the aperture is not shown in the drawing) consists of a concave mirror 1.1, a screen 1.2 and an eyepiece 1.3, with a fixed distance between the screen 1.2 and the eyepiece 1.3, and the concave mirror 1.1 is mounted with axial movement.
Прерыватель 2 построен на электромагнитном принципе и выполнен в виде непрозрачной заслонки 2.1 для инфракрасного излучения. У электромагнитного привода 2.2 управляющий вход связан со вторым выходом преобразователя 9. Заслонка 2.1 в N-точечном устройстве для получения термограмм в соответствии с фиг. 2 состоит из неподвижной и подвижной, связанной с приводом 2.2, частей, имеющих соосные с датчиками 5.1-5,N N-отверстий. The
Термостатированный корпус 2 представляет собой теплоизолятор с распложенным в нем нагревателем 8. В термостатированном корпусе помещены инфракрасный фильтр 4, инфракрасный датчик 5 и датчик температуры 6. Инфракрасный датчик 5 расположен соосно с инфракрасным фильтром 4.
Фильтр 4 выполнен из германия и предназначен для отсечения коротковолнового излучения.
Инфракрасный датчик 5 использует в своей основе пироэлектрик. Фильтр 4 и датчик 5 представляют собой пиромодуль типа ПМ-4. The
Датчик температуры 6 полупроводниковый термодатчик, контактирующий с металлическим корпусом ПМ-4.
Усилитель 7 электронный усилитель. Amplifier 7 electronic amplifier.
Нагреватель 8 обмотка для прохождения электрического тока. Heater 8 winding for the passage of electric current.
Электронный преобразователь 9 в зависимости от принимаемого вида тепловизионной или пирометрической реализации, как показано на фиг.2-4, имеет различную структуру: каналы усиления 9.0.1-9.0.N, коммутатор 9.1.1, аналого-цифровой преобразователь 9.2, микропроцессорный контроллер 9.3 ( для фиг. 2); усилитель 9.1, аналого-цифровой преобразователь 9.2, микропроцессорный контроллер 9.3 (для фиг.2 и 3); усилитель 9.1, пиковый детектор 9.1.2, аналого-цифровой преобразователь 9,2, переключатель 9.1.3, исходное положение которого показано на фиг. 4. Но в любом случае он реализуется промышленно выпускаемыми аналоговыми и цифровыми интегральными микросхемами. На фиг.2 аналоговые микросхемы реализуют узлы усилителей 9.0.1-9.0.N коммутатора 9.1.1, цифровые схемы реализуют узлы 9.2, 9.3. На фиг.3 аналоговая микросхемотехника в узле 9.1, цифровая в узлах 9.2 и 9.3. На фиг.4 аналоговая микросхемотехника в узлах 9.1 и 9.1.2, цифровая в узле 9.2. Второй выход преобразователя 9 подключен к управляющему входу прерывателя 2. The
Узел 10 также в зависимости от пирометрической или тепловизионной реализации может быть выполнен по-разному. В тепловизионном варианте узел 10 дисплей на электронно-лучевой трубке, входящей в состав различных персональных ЭВМ. Для пирометров узел 10 электронный цифровой индикатор. The
Способ контроля объекта по тепловому излучению реализуется в процессе работы устройства. The method of monitoring the object by thermal radiation is implemented in the process of the device.
Контроль тепловых объектов устройством с одиночным инфракрасным датчиком 5 состоит в следующем. Control of thermal objects with a device with a single
Исходное инфракрасное излучение в блоке 1 рефлекторно отражается от передвигаемой при фокусировке вогнутой зеркальной поверхности объектива 1.1, попадает на экран 1.2 и собирается окуляром 1.3, служащим для фиксации фокусированного и диафрагмированного видимого излучения изображений контролируемых объектов. Управляемое прерывание с заданной частотой модуляции инфракрасного излучения осуществляют до фильтрации. Одновременно с визированием добиваются диафрагмирования и фокусировки на датчике прерывистого инфракрасного излучения, отраженного от зеркала 1.1. При этом сфокусированные на датчике 5 лучи проходят предварительно коротковолновую инфракрасную фильтрацию в фильтре 4, подогретом, как и металлический корпус пиромодуля с датчиком 5, до заданной температуры, термостатируемой корпусом 8 посредством теплоизолируемой следящей системы (датчик температуры 6, усилитель 7 и нагреватель 8). Таким образом, базовый уровень опорного сигнала задают нагревом фильтра. Малые размеры узлов 4 и 5, а также миниатюрного полупроводникового датчика 6 позволяют распределенному нагревателю 8 с помощью термоизоляции корпуса 3 добиться эффективного термостатирования. Термостатированием охватывают и преобразование инфракрасных сигналов в электрические. The initial infrared radiation in
В результате вывода динамического процесса модуляции инфракрасного излучения из термостабилизируемой зоны в пространство перед фильтром повышается надежность контроля. As a result of the withdrawal of the dynamic process of modulating infrared radiation from a thermostabilized zone into the space in front of the filter, the reliability of control increases.
Таким образом, на датчике 5 фокусируется только излучение от тепловых объектов, отличающееся от заданной температуры термостатированного нагрева. Thus, only radiation from thermal objects that is different from the set temperature of thermostatically controlled heating is focused on the
Электрические сигналы с датчика 5 в электронном преобразователе 9 усиливаются усилителем 9.1, преобразовываются аналого-цифровым преобразователем 9.2 и формируются микропроцессорным контроллером 9.3. С его выходов соответствующие сигналы проходят на цифровую индикацию узла 10, а тактовые импульсные сигналы необходимой частоты модуляции управляют включением прерывателя 2. The electrical signals from the
При реализации устройства в упрощенном автономном варианте (см.фиг.4) сигналы с датчика 5 в электронном преобразователе 9, пройдя усилитель 9.1, попадают в пиковый детектор 9.1.2, где запоминаются максимально достигнутые значения. Затем аналого-цифровой преобразователь 9.2 передает цифровые сигналы в цифровой индикатор 10. Описанный цикл преобразования определяется нижним положением переключателя 9.1.3, посредством которого включается затвор прерывателя 2 с установленной на нем выдержкой. When the device is implemented in a simplified stand-alone version (see Fig. 4), the signals from the
Переключатель 9.1.3 переводят в верхнее положение для сброса пикового детектора 9.1.2 и установки его в исходное нулевое положение перед новым циклом пирометрии. The switch 9.1.3 is moved to the upper position to reset the peak detector 9.1.2 and set it to its initial zero position before the new pyrometry cycle.
В тепловизионном варианте согласно фиг.1 и 2 работа устройства состоит в следующем. In the thermal imaging version according to figures 1 and 2, the operation of the device is as follows.
Исходное инфракрасное излучение тепловых объектов контроля фокусируется с помощью оптического преобразователя 1, предварительно пройдя фильтр 4, в плоскости воспринимающих поверхностей инфракрасных датчиков 5.1-5.N. При этом термостатирование базовой температуры фильтра 4 и датчиков 5 поддерживается аналогично ранее рассмотренному. В электронном преобразователе 9 сигналы с датчиков 5.1-5.N параллельно проходят через усилители 9.0.1-9.0.N к быстродействующему коммутатору 9.1.1, который последовательно передает их для преобразования через узел 9.2 в цифровой код, перерабатываемый микропроцессорным контроллером 9.3. Контроллеp 9.3 вырабатывает тактовые сигналы, как частоты модуляции инфракрасного излучения для прерывателя 2, так и частоты опроса точечных сигналов коммутатором 9.1.1. Основное значение контроллера 9.3 передача числовой информации об амплитудах точечного поля в дисплей индикатора 10. The initial infrared radiation of thermal objects of control is focused using the
Для пирометрии при формировании измерительных сигналов электрические сигналы, преобразованные из инфракрасного излучения, усиливают, преобразуют в цифровые, программно обрабатывают и задают частоту модуляции инфракрасного излучения. For pyrometry during the formation of measuring signals, electrical signals converted from infrared radiation are amplified, converted to digital, programmed and set the modulation frequency of infrared radiation.
Исходное оптическое (инфракрасное) излучение рефлекторно фокусируют после коротковолновой фильтрации в плоскости инфракрасного датчика, одновременно для визирования оптического излучения в видимом диапазоне двукратно рефлекторно отражают и рефлекторно-рефракторно фокусируют. The initial optical (infrared) radiation is reflexively focused after short-wave filtering in the plane of the infrared sensor, at the same time, to reflect optical radiation in the visible range, reflect twice and reflex-focus.
Для автономного ручного контроля пpерывание инфракрасного излучения осуществляют однократно на время выбранной длительности пропускания излучения и индикации в режиме ручного контроля, для чего затвор прерывателя запускают вручную. При формировании измерительных сигналов после усиления запоминают максимально достигнутые значения. For autonomous manual control, interruption of infrared radiation is carried out once for the duration of the selected transmission duration of the radiation and indication in the manual control mode, for which the shutter of the chopper is started manually. When measuring signals are formed after amplification, the maximum values achieved are stored.
Таким образом, приведенный пример реализации способа и устройства контроля тепловых объектов в сравнении с прототипом позволяет повысить надежность путем охвата термостатированием преобразования инфракрасных сигналов в электрические (повышение) помехоустойчивости за счет снижения влияния изменений температуры среды) с выводом динамического процесса модуляции инфракрасного излучения из термостабилизируемой зоны в пространство перед фильтром, нагрев которого является базовым уровнем опорного сигнала, при этом не требуется зеркальное отражение от прерывателя для измерения температуры и термостатируется статический пиромодуль, что также повышает надежность. Кроме того, использование оптических рефлекторных и рефракторных преобразований, фокусируя и диафрагмируя исходное изображение, позволяет исключить погрешности влияния фона и неоптимальности размеров контролируемых объектов на воспринимающей поверхности инфpакрасного детектора. Гибкость и простота электронного тракта преобразований определяет структурную и функциональную надежность. В частности, есть возможность простого импульсного управления частотой модуляции. На основе изложенного реализуется простая и надежная тепловизионная структура с возможностью не только представления изображения необходимого качества и цветности, но и с эффективной его обработкой при стыковке с персональной микроэВМ, что особенно важно в реальном времени контроля. Thus, the above example of the implementation of the method and device for monitoring thermal objects in comparison with the prototype allows to increase reliability by covering the conversion of infrared signals into electrical (increasing) noise immunity by temperature control by reducing the influence of changes in ambient temperature) with the conclusion of the dynamic process of modulation of infrared radiation from a thermostabilized zone in the space in front of the filter, the heating of which is the base level of the reference signal, without the need for a mirror reflection from the chopper for temperature measurement and thermostatic static pyro-module, which also increases reliability. In addition, the use of optical reflex and refractory transformations, focusing and diaphragming the original image, eliminates errors in the influence of the background and non-optimal sizes of the controlled objects on the receiving surface of the infrared detector. The flexibility and simplicity of the electronic conversion path determines structural and functional reliability. In particular, there is the possibility of simple pulse control of the modulation frequency. Based on the foregoing, a simple and reliable thermal imaging structure is implemented with the possibility of not only presenting the image of the required quality and color, but also with its efficient processing when docked with a personal microcomputer, which is especially important in real-time control.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4938315 RU2044287C1 (en) | 1991-05-23 | 1991-05-23 | Method and device for testing objects for thermal radiation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4938315 RU2044287C1 (en) | 1991-05-23 | 1991-05-23 | Method and device for testing objects for thermal radiation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2044287C1 true RU2044287C1 (en) | 1995-09-20 |
Family
ID=21575592
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4938315 RU2044287C1 (en) | 1991-05-23 | 1991-05-23 | Method and device for testing objects for thermal radiation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2044287C1 (en) |
-
1991
- 1991-05-23 RU SU4938315 patent/RU2044287C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Патент Великобритании N 2059056, кл. G 01J 5/06, 1981. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6050722A (en) | Non-contact passive temperature measuring system and method of operation using micro-mechanical sensors | |
US3057200A (en) | Pyrometer | |
US8483991B2 (en) | Method and system for measuring thermal radiation to determine temperature and emissivity of an object | |
US2963910A (en) | Electrical signal offsetting apparatus | |
CN111579087A (en) | Temperature measuring method, device, equipment and computer readable storage medium | |
RU2044287C1 (en) | Method and device for testing objects for thermal radiation | |
US4883364A (en) | Apparatus for accurately measuring temperature of materials of variable emissivity | |
US4566809A (en) | Infra-red radiation temperature measurement of a moving wire | |
US4884896A (en) | Production line emissivity measurement system | |
US2968946A (en) | Radiation pyrometer | |
CA1132811A (en) | Process and device for measuring by infrared thermometry the temperature of a wire, bar or tube, or a metal | |
JP2001074559A (en) | Infra-red high-temperature measurement for optical fiber under drawing | |
US3555243A (en) | Optical pyrometer | |
JPH051954A (en) | Temperature distribution measuring device | |
JPS5674626A (en) | Infrared-ray detection device | |
JP3733846B2 (en) | Correction system control method, thermometer and correction device | |
JPH0266415A (en) | Infrared ray detecting device | |
US4176952A (en) | Photoelectric pyrometer for measuring temperature of bodies of small cross-sectional dimensions which vary with respect to optical axis of pyrometer | |
US3005914A (en) | Infrared detecting system | |
JPH08320259A (en) | Infrared detecting device | |
JPS6146431Y2 (en) | ||
JPS5560913A (en) | Infrared video apparatus | |
JPH07324981A (en) | Radiation thermometer | |
JPH07280950A (en) | Human body detector | |
Barron | Application design features for non-contact temperature measurement |