RU2290614C1 - Двухканальный пирометр спектрального отношения - Google Patents
Двухканальный пирометр спектрального отношения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2290614C1 RU2290614C1 RU2005116755/28A RU2005116755A RU2290614C1 RU 2290614 C1 RU2290614 C1 RU 2290614C1 RU 2005116755/28 A RU2005116755/28 A RU 2005116755/28A RU 2005116755 A RU2005116755 A RU 2005116755A RU 2290614 C1 RU2290614 C1 RU 2290614C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photodetector
- radiation
- filter
- pyrometer
- lens
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к радиационной пирометрии. Пирометр содержит два фотоприемника, из которых первый выполнен в виде фильтра, пропускающего излучение с длиной волны более 800 нм, а второй фотоприемник расположен за первым так, что на него попадает излучение, прошедшее через первый фотоприемник. При этом перед первым фотоприемником установлен светофильтр, поглощающий излучение в видимой части спектра, например в области длин волн 300-600 нм, и пропускающий излучение в области более длинных волн. Каждая пара - фильтр излучения и фотоприемник - установлена соосно оптической оси объектива. Технический результат - повышение точности, упрощение конструкции и снижение габаритов. 3 ил.
Description
Изобретение относится к радиационной пирометрии, в частности к средствам бесконтактного измерения температуры нагретых тел, и может быть использовано, например, в металлургической промышленности для измерения температуры расплавов различных материалов.
В двухканальных пирометрах измеряемые потоки раздельно преобразуются в электрический сигнал приемниками, раздельно усиливаются усилителями и подаются в вычислительное устройство, где вычисляется их отношение.
Деление потока излучения на два канала осуществляется с помощью светоделительных устройств различных конструкций.
Известны двухканальные пирометры спектрального отношения, см., например, изобретение по а.с. №1800295.
Известный пирометр содержит объектив, апертурную и полевую диафрагмы, светоделительное устройство, два фотоприемника излучения, измеритель отношения сигналов и индикатор результатов измерений.
Светоделение осуществляется с помощью установленного под углом к оптической оси светофильтра, предположительно в виде полупрозрачного зеркала. Указанный светофильтр расщепляет поток излучения на два луча, примерно перпендикулярных друг другу и образующих два канала измерения.
Недостатком известного пирометра является выполнение светоделительного устройства в виде полупрозрачного зеркала, расщепляющего поток излучения на два перпендикулярных друг другу луча. Это приводит к увеличению габаритов пирометра и снижению точности измерений.
Принципиально по-иному решается задача расщепления потока излучения на два луча в изобретении по патенту №2192624. В этом изобретении светоделительное устройство выполнено в виде двух сферических зеркал, обращенных отражающими поверхностями друг к другу. Между этими зеркалами установлено наклонное вращающееся плоское зеркало. Световой поток через отверстие в первом зеркале попадает на наклонное вращающееся плоское зеркало и, отражаясь от сферических зеркал, попадает в фотоприемник. При этом в одном положении наклонного плоского зеркала поток излучения фокусируется через один светофильтр, а при противоположном положении - через другой светофильтр.
Недостатком этого пирометра является сложность устройства и большие габариты.
Известен двухканальный пирометр спектрального отношения по патенту 2095765.
В этом пирометре смещена оптическая ось пирометра, проходящая через объектив и полевую диафрагму к оптической оси проектирующей линзы. С одной стороны линзы имеется отражающая поверхность, а с другой стороны - приемная площадка, воспринимающая отраженное излучение.
Таким образом, осуществляется деление потока излучения на два луча, образующих два канала измерения.
Общим недостатком известных пирометров является сложность и большие габариты, что оказывает влияние и на точность измерений.
Целью изобретения является упрощение конструкции и снижение габаритов за счет создания оптимальной конструкции оптико-электронного тракта.
Эта цель достигается тем, что в пирометре, содержащем два фотоприемника, первый фотоприемник выполнен в виде фильтра, пропускающего излучение с длиной волн более 800 нм, а второй фотоприемник расположен за первым так, что на него попадает излучение, прошедшее через первый фотоприемник. При этом, перед первым фотоприемником установлен светофильтр, поглощающий излучение в видимой части спектра, например в области длин волн λ=300÷600 нм, и пропускающий излучение в области более длинных волн.
Кроме того, каждая пара - фильтр излучения и фотоприемник - установлены соосно оптической оси объектива пирометра.
Ток фотоприемника поступает в усилитель, а затем в аналогово-цифровой преобразователь и далее в микропроцессор, который вычисляет отношение сигналов излучения и формирует сигнал, пропорциональный температуре измеряемого тела.
На фиг.1 изображена блок-схема пирометра.
На фиг.2 приведен общий вид опытного образца пирометра.
На фиг.3 изображен узел приемников излучения с фильтрами в увеличенном виде.
Пирометр имеет объектив 1, который строит изображение объекта измерения на приемниках излучения 2, 3. Перед приемником 2 установлен светофильтр 4 с диафрагмой 5. Светофильтр 4 поглощает излучение в видимой части спектра, например в области длин волн λ=300÷600 нм, но пропускает излучение в ближней ИК-области спектра. Такое свойство светофильтра 4 необходимо для того, чтобы избежать нежелательной засветки от внутренних стенок трубы пирометра. Засветка может вызвать ошибки измерения. Диафрагма 5 ограничивает пучок лучей, поступающих в пирометр через объектив 1.
Приемник излучения 2 выполнен в виде фильтра.
Приемники 2, 3 и фильтр 4 расположены на оптической оси объектива 1.
Сигнал с приемников излучения 2, 3, поступает на усилители 6а, 6б, которые генерируют аналоговые сигналы U1(λ1) и U2(λ2). Аналогово-цифровые преобразователи АЦП 7а и 7б преобразуют аналоговые сигналы U1 и U2 в цифровые коды N1=f(U1) и N2=f(U2) соответственно.
Коды N1 и N2 поступают в микропроцессор 8, в котором вычисляется отношение
N3=N1/N2 или N4=N2/N1, что однозначно соответствует N3=f(λ1)/f(λ2) или N4=f(λ2)/f(λ1).
Сигналы с микропроцессора 8 поступают на блок 9 формирования выходного сигнала. К блоку 9 можно подключить электронный индикатор, компьютер или самописец.
В качестве примера конкретной реализации на фиг.2 изображен опытный образец двухканального пирометра, разработанного по предложенной идее. Пирометр скомпонован в трубе 10, в переднюю часть которой встроен объектив 1, а в заднюю - разъем 11. В средней части трубы 10 расположен узел датчиков и фильтра. В полости 12 смонтирована электронная плата 13, которая включает усилители 6а, 6б, АЦП-7 и формирователь выходного сигнала 9. Элементом питания является блок 16.
В качестве приемников излучения используется кремневые фотодиоды.
Спектральная область пропускания оптического излучения для кремния лежит в области длин волн λ=300÷12000 нм (для пластинки толщиной 2 мм). В нашем случае фотодиод имеет пластинку кремния толщиной 0,4 мм, следовательно область пропускания оптического измерения будет несколько шире указанной.
Таким образом, фотодиод 2 одновременно выполняет функцию светофильтра. Фотодиоды 2, 3 собраны в виде пакета, между которыми имеется прослойка диэлектрика 14 толщиной 0,5 мм. Этот пакет с фотодиодами закреплен на плате 15, через которую пропущены по два проводника для каждого фотодиода.
В общем случае электрический сигнал на приемнике излучения определяется выражением
где Е - ЭДС на фотодиоде;
Sλmax - максимальная спектральная чувствительность;
bλТ - спектральное распределение плотности энергии излучения, определяемое для «черного» тела формулой Планка;
аλ - относительная характеристика приемника;
А - характеризует оптическую систему пирометра.
В нашей конструкции максимальная спектральная чувствительность фотодиодов составляет 0,35 А/Вт, а фотодиода 3-0,075 А/Вт.
Таким образом максимальная спектральная чувствительность фотодиода 2 в 4,5 раза больше, чем у фотодиода 3.
В связи с этим коэффициенты усиления усилителей 6а, 6б примерно должны соответствовать указанному соотношению.
В основе методики измерения температуры лежит зависимость спектрального распределения плотности излучения в bλТ объекта от температуры, определяемая для «черного» тела формулой Планка
где Т - температура, C1=3,7413·1012 Вт·см2,
С2=1,436 см·град, λ - длина волны, мкм.
Абсолютное значение потока излучения Ф, воспринимаемое пирометром, определяется оптическими параметрами, коэффициентом А использования потока от объекта и коэффициентом спектрального пропускания системы τλ, т.е.
При использовании в пирометре в качестве информационного параметра спектрального распределения потока излучения измеряется отношение потоков излучения в двух ограниченных различными фильтрами участках спектра:
Метод измерения отношения потоков может быть осуществлен на любых фотодиодах, вольт-амперная характеристика которых описывается законом
где J - ток через фотодиод;
JS - ток насыщения;
Jф - фототок короткого замыкания, пропорциональный световому потоку Ф;
Uф - напряжения на фотоэлементе;
Z - постоянная величина, обратно пропорциональная температуре.
Если при наличии некоторого тока J-Const определить фото-ЭДС фотодиода как разницу между напряжением на фотодиоде при отсутствии потока излучения Uт и напряжением на фотодиоде при наличии потока излучения, то можно написать
где J1=J11 - токи через неосвещенный и освещенный фотодиоды.
Тогда фото-ЭДС будет:
Для двух встречно включенных фотодиодов можно добиться, чтобы
Uф1=Uф2.
При этом из формулы 9 получаем
Если при некотором токе J переменная составляющая напряжения равна нулю, то постоянное напряжение на участке АС будет пропорционально логарифму отношения величин световых потоков:
Где S1 и S2 - спектральные чувствительности фотодиодов.
где R - постоянная Больцмана,
е - заряд электрона,
Т - абсолютная температура.
Таким образом, зависимость Uac от температуры определяется температурным ходом коэффициентов . Коэффициент пропорционален значению абсолютной температуры Т. Величина не должна зависеть от температуры, если оба фотодиода изготовлены из одного и того же полупроводника.
Предлагаемая идея пирометра позволяет создавать портативные приборы для дистанционного измерения температуры различных объектов. Опытный образец пирометра имеет длину 200 мм и диаметр 30 мм. С его помощью можно регистрировать температуру различными приборами по выбору: индикатором, компьютером, самописцем.
Claims (1)
- Двухканальный пирометр спектрального отношения, содержащий объектив, фокусирующий изображение контролируемого тела на два фотоприемника, перед каждым из которых установлен фильтр излучения, усилители сигналов каждого фотоприемника, аналого-цифровые преобразователи, микропроцессор и индикатор температуры, отличающийся тем, что каждая пара - фильтр излучения и фотоприемник - установлена соосно оптической оси объектива, первый фотоприемник, чувствительный, например, в области длин волн 600-1200 нм, выполнен в виде фильтра, пропускающего излучение с длиной волны более, например, 800 нм, а второй фотоприемник расположен за первым так, что на него попадает излучение, прошедшее через первый фотоприемник, а перед первым фотоприемником установлен светофильтр, поглощающий излучение в видимой части спектра, например, в области длин волн λ=300-600 нм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005116755/28A RU2290614C1 (ru) | 2005-06-01 | 2005-06-01 | Двухканальный пирометр спектрального отношения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005116755/28A RU2290614C1 (ru) | 2005-06-01 | 2005-06-01 | Двухканальный пирометр спектрального отношения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2290614C1 true RU2290614C1 (ru) | 2006-12-27 |
Family
ID=37759891
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005116755/28A RU2290614C1 (ru) | 2005-06-01 | 2005-06-01 | Двухканальный пирометр спектрального отношения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2290614C1 (ru) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2485458C1 (ru) * | 2011-12-02 | 2013-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Пирометр спектрального отношения |
RU2610073C2 (ru) * | 2013-03-01 | 2017-02-07 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | Фотометр |
CN107202641A (zh) * | 2017-05-04 | 2017-09-26 | 金华职业技术学院 | 一种使用辐射谱仪测量黑体热力学温度的方法 |
RU2647977C2 (ru) * | 2014-02-25 | 2018-03-21 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | Многоканальный инфракрасный фотоприемный модуль |
RU181769U1 (ru) * | 2017-10-05 | 2018-07-26 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Двухканальный панорамный пирометр спектрального отношения |
RU2726901C2 (ru) * | 2016-05-25 | 2020-07-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | Пирометр |
RU216059U1 (ru) * | 2022-06-28 | 2023-01-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Цифровой пирометр спектрального отношения |
-
2005
- 2005-06-01 RU RU2005116755/28A patent/RU2290614C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2485458C1 (ru) * | 2011-12-02 | 2013-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Пирометр спектрального отношения |
RU2610073C2 (ru) * | 2013-03-01 | 2017-02-07 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | Фотометр |
RU2647977C2 (ru) * | 2014-02-25 | 2018-03-21 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | Многоканальный инфракрасный фотоприемный модуль |
RU2726901C2 (ru) * | 2016-05-25 | 2020-07-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | Пирометр |
CN107202641A (zh) * | 2017-05-04 | 2017-09-26 | 金华职业技术学院 | 一种使用辐射谱仪测量黑体热力学温度的方法 |
RU181769U1 (ru) * | 2017-10-05 | 2018-07-26 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Двухканальный панорамный пирометр спектрального отношения |
RU216059U1 (ru) * | 2022-06-28 | 2023-01-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Цифровой пирометр спектрального отношения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2290614C1 (ru) | Двухканальный пирометр спектрального отношения | |
US11913880B2 (en) | Spectrometer device | |
JP4324693B2 (ja) | 光検出器の分光応答度測定装置、その測定方法及び光源の分光放射照度校正方法 | |
JP2010112808A (ja) | 光パワーメータ | |
KR20100055723A (ko) | 휴대용 광바이오 센서 측정 장치 및 그 측정 방법 | |
TW200530564A (en) | Wavelength meter | |
RU2398194C2 (ru) | Двухканальный пирометр | |
RU81574U1 (ru) | Волоконно-оптическая измерительная система (варианты) | |
JPS6388871A (ja) | 光混成集積回路装置 | |
JPS6285832A (ja) | 光学式温度計 | |
JP2013171007A (ja) | 光パワーメータ | |
CN113588115B (zh) | 一种基于多光谱比色的温度测量方法 | |
JPH08226854A (ja) | 2色光センサおよび放射温度計 | |
CN113624267B (zh) | 一种基于边缘滤波的光纤光栅中心波长解调系统及解调仪 | |
JPS63127127A (ja) | 光パワ−測定器 | |
JP3632825B2 (ja) | 波長計測装置 | |
JPH0735610A (ja) | 自己較正型電力計 | |
CN211553068U (zh) | 一种硅光电二极管的光谱响应测量装置 | |
JPH05172657A (ja) | 分布型光ファイバー温度センサー | |
JP4039217B2 (ja) | 波長計測装置 | |
JPH07115248A (ja) | 半導体レーザ | |
JP2010112807A (ja) | 光パワーメータ | |
JPS63127128A (ja) | 光パワ−測定器 | |
JPH02187604A (ja) | 受光位置検出装置 | |
JPH0440315A (ja) | 光学的測定装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140602 |