RU2292067C2 - Инфракрасный коллиматор - Google Patents
Инфракрасный коллиматор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2292067C2 RU2292067C2 RU2005107280/28A RU2005107280A RU2292067C2 RU 2292067 C2 RU2292067 C2 RU 2292067C2 RU 2005107280/28 A RU2005107280/28 A RU 2005107280/28A RU 2005107280 A RU2005107280 A RU 2005107280A RU 2292067 C2 RU2292067 C2 RU 2292067C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- resistance element
- temperature sensor
- corrector
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано для контроля параметров тепловизионных приборов. Инфракрасный коллиматор содержит объектив, миру, размещенную в фокальной плоскости перед фоновым излучателем, датчик температуры окружающей среды, корректор, предназначенный для изменения в соответствии с изменением температуры окружающей среды напряжения на входе устройства поддержания разности температур между фоновым излучателем и окружающей средой, вход которого подключен к выходу корректора, а выход - к нагревателю фонового излучателя. Введен преобразователь, содержащий последовательно соединенные первый формирователь стабилизированного напряжения, первый и второй элементы сопротивления, при этом первый вывод второго элемента сопротивления соединен со вторым выводом первого элемента сопротивления, является первым входом преобразователя и подключен к первому выводу датчика температуры окружающей среды, второй вывод второго элемента сопротивления является вторым входом преобразователя и подключен ко второму выводу датчика температуры окружающей среды, а также второй формирователь стабилизированного напряжения, выход которого подключен к первому входу дифференциального усилителя, второй вход которого подключен к первому входу преобразователя, при этом выход дифференциального усилителя является выходом преобразователя и подключен к входу корректора, а датчик температуры окружающей среды имеет экспоненциальную зависимость сопротивления от температуры. Обеспечивается повышение точности контроля основных параметров тепловизионных приборов за счет повышения точности поддержания уровня контрастного излучения. 4 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению и предназначено для контроля параметров тепловизионных приборов (ТВП).
Известна лабораторная установка для измерения минимальной разрешаемой разности температур (см. Ллойд Д. Системы тепловидения. М., 1978 г., стр.392, 393), представляющая собой коллиматор, содержащий объектив, миру, излучатель, устройство поддержания разности температур между излучателем и мирой, имеющей температуру окружающей среды.
Недостатком данной установки является то, что для поддержания постоянного (заданного) уровня контрастного излучения при изменении температуры окружающей среды оператор должен соответствующим образом изменять разность температур между излучателем и мирой, что сложно, не позволяет оперативно отслеживать колебания температуры окружающей среды и может привести к ошибкам.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототипом) по технической сущности и достигаемому эффекту является инфракрасный коллиматор (свидетельство на полезную модель № 29155, кл. G 02 В 27/30, 2002 г.), содержащий объектив, миру, размещенную в фокальной плоскости инфракрасного коллиматора перед фоновым излучателем, снабженным нагревателем, устройство измерения температуры окружающей среды, корректор, предназначенный для изменения в соответствии с изменением температуры окружающей среды напряжения на входе устройства поддержания разности температур между фоновым излучателем и окружающей средой, вход которого подключен к выходу корректора, а выход - к нагревателю фонового излучателя. Устройство поддержания разности температур между фоновым излучателем и окружающей средой поддерживает разность температур между фоновым излучателем и окружающей средой, пропорциональную напряжению, подаваемому на вход данного устройства с выхода корректора. Это напряжение представляет собой кусочно-линейную аппроксимацию зависимости (номинальной зависимости) выходного напряжения корректора от температуры окружающей среды, при которой обеспечивается поддержание постоянного (заданного) уровня контрастного излучения. Эта зависимость снимается при калибровке инфракрасного коллиматора во всем рабочем диапазоне температур окружающей среды.
К недостатку данного инфракрасного коллиматора можно отнести сравнительно большую погрешность (до 0,3 К при уровне контрастного излучения 3 К) поддержания уровня контрастного излучения при изменении температуры окружающей среды, обусловленную значительным различием между ломаной линией, аппроксимирующей номинальную зависимость, и самой номинальной зависимостью (т.е. обусловленную погрешностью кусочно-линейной аппроксимации).
Целью предлагаемого изобретения является повышение точности поддержания уровня контрастного излучения, в результате чего повышается точность контроля основных параметров тепловизионных приборов.
Указанная цель достигается тем, что в инфракрасный коллиматор, содержащий объектив, миру, размещенную в фокальной плоскости инфракрасного коллиматора перед фоновым излучателем, снабженным нагревателем, датчик температуры окружающей среды, корректор, предназначенный для изменения в соответствии с изменением температуры окружающей среды напряжения на входе устройства поддержания разности температур между фоновым излучателем и окружающей средой, вход которого подключен к выходу корректора, а выход - к нагревателю фонового излучателя, дополнительно введены преобразователь, содержащий последовательно соединенные первый формирователь стабилизированного напряжения, первый элемент сопротивления и второй элемент сопротивления, при этом первый вывод второго элемента сопротивления соединен со вторым выводом первого элемента сопротивления, является первым входом преобразователя и подключен к первому выводу датчика температуры окружающей среды, второй вывод второго элемента сопротивления является вторым входом преобразователя и подключен ко второму выводу датчика температуры окружающей среды, а также второй формирователь стабилизированного напряжения, выход которого подключен к первому входу дифференциального усилителя, второй вход которого подключен к первому входу преобразователя, при этом выход дифференциального усилителя является выходом преобразователя и подключен к входу корректора, а датчик температуры окружающей среды имеет экспоненциальную зависимость сопротивления от температуры.
На фиг.1 представлена функциональная схема инфракрасного коллиматора, на фиг.2 - функциональная схема преобразователя, на фиг.3 - графики выходных напряжений преобразователя, на фиг.4 - графики выходных напряжений корректора и преобразователя.
Инфракрасный коллиматор (фиг.1) содержит объектив 1, миру 2, установленную в фокальной плоскости инфракрасного коллиматора перед плоскостным фоновым излучателем 3, снабженным нагревателем 4, устройство 5 поддержания разности температур между фоновым излучателем 3 и окружающей средой, выход которого подключен к нагревателю 4, корректор 6, выход которого подключен к входу устройства 5 поддержания разности температур между фоновым излучателем и окружающей средой, преобразователь 7, выход которого подключен к входу корректора 6, датчик температуры окружающей среды 8, имеющий экспоненциальную зависимость сопротивления от температуры, первый вывод которого подключен к первому входу преобразователя 7, а второй вывод - ко второму входу преобразователя 7. На чертеже также показан контролируемый тепловизионный прибор 9.
Преобразователь 7 (фиг.2) содержит последовательно соединенные первый формирователь стабилизированного напряжения 10, первый элемент сопротивления 11 и второй элемент сопротивления 12, при этом первый вывод второго элемента сопротивления 12 соединен со вторым выводом первого элемента сопротивления 11 и является первым входом преобразователя 7, а второй вывод второго элемента сопротивления 12 является вторым входом преобразователя 7, а также второй формирователь стабилизированного напряжения 13, выход которого подключен к первому входу дифференциального усилителя 14, второй вход которого подключен к первому входу преобразователя 7, при этом выход дифференциального усилителя 14 является выходом преобразователя 7.
Работает инфракрасный коллиматор следующим образом. Участки в центральной части рабочей поверхности фонового излучателя 3, не закрытые мирой 2 (которая может быть выполнена, например, в виде зеркального покрытия, нанесенного на всю рабочую поверхность плоскостного фонового излучателя, за исключением нескольких участков в его центральной части, представляющих собой, например, параллельные друг другу полосы, см. вид А фиг.1), расположенной в фокальной плоскости инфракрасного коллиматора, создают за счет определенного подогрева фонового излучателя 3 и того, что зеркальная мира 2 отражает падающий на нее поток инфракрасного излучения от внутренней поверхности корпуса инфракрасного коллиматора (имеющей температуру, практически равную температуре окружающей среды), контрастный (с определенным уровнем контрастного излучения) поток инфракрасного излучения, который формируется объективом 1 и направляется во входной зрачок исследуемого тепловизионного прибора 9. В тепловизионном приборе 9 контрастное ИК излучение преобразуется в яркостный контраст в видимой области, величина которого пропорциональна уровню контрастного излучения.
Поддержание постоянного уровня контрастного излучения обеспечивается автоматическим изменением в соответствии с изменением температуры окружающей среды напряжения, подаваемого на вход устройства 5 поддержания разности температур между фоновым излучателем и окружающей средой. Изменение этого напряжения осуществляется следующим образом.
Сигнал с датчика 8 температуры подается на вход преобразователя 7. Величина сигнала определяется сопротивлением датчика 8 температуры и протекающим через него током.
Зависимость сопротивления датчика 8 температуры от температуры - экспоненциальная. В качестве датчика 8 температуры может быть использован, например, полупроводниковый датчик типа СТ4-16 ОЖ0.468.169 ТУ. Его сопротивление при температуре Т Кельвина (К) равно
RT=Ro·eB(298-T)/298·T,
где В≈3600,
Rо - сопротивление датчика при 298 К,
е - основание натуральных логарифмов.
Напряжение на первом выводе датчика 8 температуры (без учета входного сопротивления дифференциального усилителя 14, которое у современных операционных усилителей очень велико и может быть больше 109 Ом) равно
причем I11=U10/(R11+R12·RT/(R12+RT)),
где I11 - ток, протекающий через первый элемент сопротивления 11;
R11 - сопротивление первого элемента сопротивления 11;
R12 - сопротивление второго элемента сопротивления 12.
Как видно из формулы 1, при R11≫RT (т.е. ток I11 практически не зависит от RT) и R12≫RT напряжение UT1≈KRT (где К - коэффициент пропорциональности), т.е. зависимость UT1=f1 (Т) будет иметь экспоненциальную форму.
При R11≈RT0 (в этом случае ток I11 будет уменьшаться при увеличении RT) и R12≈10 RT0 (при увеличении RT шунтирующее влияние R12 будет увеличиваться) зависимость UT2=f2 (Т), как показывают расчеты, будет близка к линейной (RT0 - сопротивление датчика 8 температуры при температуре окружающей среды Т0, где Т0 - температура в середине рабочего диапазона температур окружающей среды). Напряжение UT1 (UT2) поступает на второй вход дифференциального усилителя 14, с выхода которого усиленное и смещенное (за счет поступления на первый вход дифференциального усилителя 14 напряжения со второго формирователя стабилизированного напряжения 13) напряжение UП1 (UП2) поступает на вход корректора 6.
Номинальный закон изменения разности температур ΔТН между фоновым излучателем 3 и мирой 2 при изменении температуры окружающей среды Т (номинальный закон изменения напряжения на выходе корректора 6 UKH) индивидуален у каждого инфракрасного коллиматора, но характер зависимостей у всех инфракрасных коллиматоров схожий и в общем случае имеет вид
ΔTH=N/T3 (UKH=M/T3),
где N и М - коэффициенты пропорциональности (см. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов, 1983 г., стр.227, 228).
Зависимость UKH приведена на фиг.3 (график 1). На фиг.3 приведены также зависимости UП1=F1 (Т) и UП2=F2 (Т) (графики соответственно 2 и 3), причем для удобства сравнения они нормализованы, т.е. усилены и смещены так, чтобы они совпадали в точках А и В (т.е. при соответственно минимальном Тmin и максимальном Тmax значении рабочего диапазона температур окружающей среды) с зависимостью UKH.
График 1 фиг.3 находится между графиками 2 и 3, т.е., установив соответствующие значения сопротивлений R11 и R12, коэффициента усиления дифференциального усилителя 14 и выходного напряжения второго формирователя стабилизированного напряжения 13, можно получить реальную зависимость напряжения на выходе преобразователя 7 UПР, близкую к номинальной (требуемой) зависимости UKH.
Напряжение UПР (см. график 1 фиг.4) поступает на вход корректора 6, который обеспечивает повышение точности аппроксимации зависимости UKH (см. график 4 фиг.4) суммированием UПР с корректирующим напряжением Uкорр. (или, при необходимости, суммированием с несколькими корректирующими напряжениями).
Напряжение Uкорр. (см. график 2 фиг.4) получается путем смещения напряжения UПР на величину Uсм. (напряжения, соответствующего температуре окружающей среды Тсм., при которой ошибка аппроксимации Δа=|ТПР-ТКН| становится равной или близкой к максимально допустимому значению ошибки аппроксимации Δад), усиления полученного напряжения UПР (коэффициент усиления, как правило, меньше 1) и детектирования полученной зависимости (обеспечения равенства нулю корректирующего напряжения при температурах окружающей среды, больших Тсм.).
Полученная при суммировании UПР и Uкорр. результирующая зависимость на выходе корректора 6 от температуры окружающей среды UKP (график 3 фиг.4) обеспечивает в случае, приведенном на фиг.4, аппроксимацию зависимости UKH с требуемой точностью во всем рабочем диапазоне температур окружающей среды (Δа≤Δад).
В общем случае формируется и суммируется с UПР такое количество корректирующих напряжений, которое обеспечивает требуемую точность аппроксимации.
На фиг.4 приведена для сравнения зависимость UКЛ (график 5), представляющая собой кусочно-линейную аппроксимацию зависимости UKH (зависимость UKH формируется устройством, не имеющим преобразователь 7, т.е. прототипом рассматриваемого устройства). Погрешность аппроксимации в этом случае (как видно на фиг.4) Δакл значительно больше Δа.
Claims (1)
- Инфракрасный коллиматор, содержащий объектив, миру, размещенную в фокальной плоскости инфракрасного коллиматора перед фоновым излучателем, снабженным нагревателем, датчик температуры окружающей среды, корректор, предназначенный для изменения в соответствии с изменением температуры окружающей среды напряжения на входе устройства поддержания разности температур между фоновым излучателем и окружающей средой, вход которого подключен к выходу корректора, а выход - к нагревателю фонового излучателя, отличающийся тем, что в него дополнительно введен преобразователь, содержащий последовательно соединенные первый формирователь стабилизированного напряжения, первый элемент сопротивления и второй элемент сопротивления, при этом первый вывод второго элемента сопротивления соединен со вторым выводом первого элемента сопротивления, является первым входом преобразователя и подключен к первому выводу датчика температуры окружающей среды, второй вывод второго элемента сопротивления является вторым входом преобразователя и подключен ко второму выводу датчика температуры окружающей среды, а также второй формирователь стабилизированного напряжения, выход которого подключен к первому входу дифференциального усилителя, второй вход которого подключен к первому входу преобразователя, при этом выход дифференциального усилителя является выходом преобразователя и подключен к входу корректора, а датчик температуры окружающей среды имеет экспоненциальную зависимость сопротивления от температуры.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005107280/28A RU2292067C2 (ru) | 2005-03-15 | 2005-03-15 | Инфракрасный коллиматор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005107280/28A RU2292067C2 (ru) | 2005-03-15 | 2005-03-15 | Инфракрасный коллиматор |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005107280A RU2005107280A (ru) | 2006-08-27 |
RU2292067C2 true RU2292067C2 (ru) | 2007-01-20 |
Family
ID=37061026
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005107280/28A RU2292067C2 (ru) | 2005-03-15 | 2005-03-15 | Инфракрасный коллиматор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2292067C2 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU183344U1 (ru) * | 2018-06-09 | 2018-09-18 | Акционерное общество "Лыткаринский завод оптического стекла" | Телескоп-коллиматор |
RU2686155C1 (ru) * | 2018-07-09 | 2019-04-24 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") | Стенд измерения параметров тепловизионных каналов |
RU2689457C1 (ru) * | 2018-07-16 | 2019-05-29 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") | Стенд измерения параметров тепловизионных каналов |
RU208601U1 (ru) * | 2021-08-16 | 2021-12-27 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") | Инфракрасный коллиматор |
RU216332U1 (ru) * | 2022-11-10 | 2023-01-30 | Акционерное общество "Конструкторское бюро точного машиностроения имени А.Э. Нудельмана" | Стенд фоноцелевой обстановки проверки алгоритмов селекции бортовой оптико-электронной головки самонаведения |
-
2005
- 2005-03-15 RU RU2005107280/28A patent/RU2292067C2/ru active
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU183344U1 (ru) * | 2018-06-09 | 2018-09-18 | Акционерное общество "Лыткаринский завод оптического стекла" | Телескоп-коллиматор |
RU2686155C1 (ru) * | 2018-07-09 | 2019-04-24 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") | Стенд измерения параметров тепловизионных каналов |
RU2689457C1 (ru) * | 2018-07-16 | 2019-05-29 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") | Стенд измерения параметров тепловизионных каналов |
RU208601U1 (ru) * | 2021-08-16 | 2021-12-27 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") | Инфракрасный коллиматор |
RU216332U1 (ru) * | 2022-11-10 | 2023-01-30 | Акционерное общество "Конструкторское бюро точного машиностроения имени А.Э. Нудельмана" | Стенд фоноцелевой обстановки проверки алгоритмов селекции бортовой оптико-электронной головки самонаведения |
RU2794448C1 (ru) * | 2022-11-10 | 2023-04-18 | Акционерное общество "Конструкторское бюро точного машиностроения имени А.Э. Нудельмана" | Способ физического моделирования фоно-целевой обстановки для испытаний бортовых оптико-электронных головок самонаведения |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005107280A (ru) | 2006-08-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4487063A (en) | Solid state mass air flow sensor | |
ES2705433T3 (es) | Método para la compensación de deriva de temperatura de dispositivo de medición de temperatura que usa termopar | |
US8987668B2 (en) | Bolometric detector with a temperature-adaptive biasing | |
US20110310925A1 (en) | Optical fiber temperature distribution measuring device | |
DE60314767T2 (de) | Verfahren und system zur thermischen regelung von superlumineszenz-dioden | |
IL152425A (en) | Methods and apparatus for compensating a radiation sensor for temperature variations of the sensor | |
JP2014157156A (ja) | 抵抗型イメージングボロメータを具備した赤外線放射検出用デバイス、そのようなボロメータのアレイを具備したシステム、及びそのようなシステムに一体化されたイメージングボロメータの補正方法 | |
WO1999015866A1 (fr) | Thermometre de mesure du rayonnement et procede de reglage | |
RU2292067C2 (ru) | Инфракрасный коллиматор | |
US20030012252A1 (en) | Fast response optical power meter | |
US11519782B2 (en) | Offset nulling for optical power meters | |
US10495517B2 (en) | Method for noncontact, radiation thermometric temperature measurement | |
RU50010U1 (ru) | Инфракрасный коллиматор | |
JP2017106740A (ja) | 異常温度検出回路 | |
JP5682822B2 (ja) | 温度ドリフト補正装置 | |
US12019230B2 (en) | System and method for a precision variable focus telescope | |
RU2470335C1 (ru) | Инфракрасный коллиматор | |
Nasibov et al. | Comparative study of two InGaAs-based reference radiation thermometers | |
US10591332B2 (en) | Airflow meter | |
RU29155U1 (ru) | Инфракрасный коллиматор | |
JP2005321295A (ja) | 測定装置及び測定装置の温度補償方法 | |
RU2305305C2 (ru) | Инфракрасный коллиматорный комплекс | |
JP6963488B2 (ja) | 温度計測装置 | |
JP6024561B2 (ja) | センサ回路 | |
JP2005055323A (ja) | 非接触温度検出装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20111031 |