RU2382340C1 - Способ дистанционного измерения температуры и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ дистанционного измерения температуры и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2382340C1 RU2382340C1 RU2008128047/28A RU2008128047A RU2382340C1 RU 2382340 C1 RU2382340 C1 RU 2382340C1 RU 2008128047/28 A RU2008128047/28 A RU 2008128047/28A RU 2008128047 A RU2008128047 A RU 2008128047A RU 2382340 C1 RU2382340 C1 RU 2382340C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- heated surface
- temperature
- optical system
- weak
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к методам и средствам для определения температуры нагретых тел и расплавленных металлов. Устройство дистанционного измерения температуры содержит оптическую систему, включающую защитное стекло, градан-микрообъектив, граданы-формирователи и пространственно разделенные жгуты из элементарных оптических волокон, фотоприемники и блок первичной обработки, при этом оптическая система выполнена комбинированной с разделением излучения нагретой поверхности по двум коллекторам-распределителям, причем одна часть излучения каналируется в световодных жгутах, ориентированных на отражающие поверхности со слабой и сильной излучательной способностью с последующим каналированием отраженных от этих поверхностей излучений по жгутам, объединенным в опорных коллекторах-излучателях со световодными жгутами, содержащими другую часть излучения от контролируемой нагретой поверхности, и конструктивно обособленным жгутом информативного излучения. При этом указанное устройство реализует соответствующий способ дистанционного измерения температуры. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к методам и средствам технологического контроля в литейном производстве, металлургии, химической и других отраслях, где требуется дистанционная, помехозащищенная аппаратура для работы в агрессивных, взрывоопасных условиях, и может быть использовано для определения температуры нагретых тел и расплавленных металлов.
Известен метод измерения и контроля температуры нагретых тел и расплавленных металлов, основанный на сравнении яркости контрольного излучателя посредством варьирования мощности нагрева нити или яркости самого измеряемого излучения перемещением серого оптического клина, при котором изменяется пропускная способность для измеряемого излучения, а мощность нагрева нити сравнительного излучателя должна быть строго стабилизированной (как эталон). (Измерения в промышленности. Справ, изд. в 3-х кн. Кн. 2. Способы измерения и аппаратура: пер. с нем. / под ред. Профоса П. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1990. - С.341-346) [1]. Температура нагретого тела в таких способах косвенно отображается в мощности нагрева нити накаливания или в величине смещения ослабителя в виде серого оптического клина.
Недостатком способа является субъективность измерений, а также погрешность оценки спектрального коэффициента излучения поверхности нагретого тела, снижающие точность и производительность контроля. Введение поправочных коэффициентов радикально не улучшает метрологию таких методов.
Известен способ определения температуры нагретой поверхности, реализующий спектрально-энергетическую зависимость излучения и температуры (Волоконно-оптические датчики / Т.Окоси, К.Окамото, М.Оцу и др. Под ред. Т.Окоси: пер. с япон. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ие, 1990, - С.144) [2]. По мере повышения температуры нагрева поверхности энергия излучения увеличивается, а длина волны, на которой излучение максимально, уменьшается. По имеющейся функциональной зависимости температуры и фиксированной длины волны (или в некотором спектральном диапазоне) определяется температура нагретой поверхности.
Недостаток способа в том, что нелинейная зависимость и неопределенность в определении коэффициента излучательной способности ε (энергия теплового излучения) ограничивают достоверность и диапазон прямых измерений температуры.
Наиболее близким по технической сущности является способ относительных измерений, в котором контролируемый параметр определяют соотношением интенсивности излучения на двух длинах волн, входящих в спектр излучения (Волоконно-оптические датчики / Т.Окоси, К.Окамото, М.Оцу и др. Под ред. Т.Окоси: пер. с япон. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ие, 1990, - С.145) [2]. Способ дистанционного измерения температуры состоит в приеме излучения нагретой поверхности оптической системой с волоконно-оптическими световодами, сканировании выходов волокон и обработке сигнала по методу двух цветов.
Недостаток данного способа заключается в низкой достоверности и точности дистанционных измерений температуры нагретой поверхности.
Известны бесконтактные оптические пирометры [1]. Время излучения нагретого тела определяют либо непосредственно приемником излучения, либо посредством сравнения с контрольным излучением, как это реализовано в пирометрах с исчезающей нитью накаливания.
Недостаток устройства - спектральная чувствительность - определяется узким интервалом длин волн.
Для контроля температуры раскаленных металлов и расплавов известны радиационные пирометры, принцип действия которых основан на восприятии излучения во всем спектральном диапазоне по схемам абсолютных измерений значения полного коэффициента излучения [1, с.339-342, 346-348].
Недостатком устройства является трудоемкость получения достоверных значений температуры, из-за больших различий значений полного коэффициента излучения (даже в различных справочниках) и субъективного учета специфики условий эксплуатации.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство [2, с.145], содержащее волоконно-оптическую систему, включающую световые детекторы и оптические волокна, сформированные в виде волоконно-оптического жгута, входные торцы волокон которого выполняют функцию чувствительного зонда. При этом входные торцы дискретов оптических волокон уложены в один ряд (в виде линейки), а их соответствующе выходы дистанцированы от нагретой поверхности. В измерительном окошке выходы каждого дискрета воспринимаются оптико-электронным сканером с последующей обработкой выходных сигналов по методу двух цветов.
Однако волоконно-оптическая система радиационного измерения температуры с передачей излучения пространственно-упорядоченными оптическими волокнами при своей помехозащищенности и относительной стабильности не обеспечивает требуемой достоверности и точности относительных измерений изменяющихся интенсивностей для двух смежных спектров излучений без учета характера излучательной способности (коэффициента излучательной способности).
Единой технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение достоверности и точности дистанционных измерений температуры нагретой поверхности при оперативном контроле физико-технических параметров процессов литейного производства и металлургии.
Задача достигается тем, что в способе дистанционного измерения температуры, включающем прием излучения нагретой поверхности оптической системой с волоконно-оптическими световодами, сканирование выходов волокон и обработку сигнала, оптическая система измерений выполнена с возможностью приема и каналирования излучения, а также ориентированного и одновременного взаимодействия с нагретой поверхностью и отражающими поверхностями со слабой и сильной излучательной способностью, а измерительную информацию о температуре нагрева контролируемой поверхности формируют по соотношению интенсивностей излучения от контролируемой нагретой поверхности, и отражающих поверхностей со слабой и сильной отражающей способностью.
Задача достигается тем, что в устройстве дистанционного измерения температуры, содержащем оптическую систему, включающую защитное стекло, градан-микрообъектив, граданы-формирователи и пространственно разделенные жгуты из элементарных оптических волокон, фотоприемники и блок первичной обработки, при этом оптическая система выполнена комбинированной с разделением излучения нагретой поверхности по двум коллекторам - распределителям, причем одна часть излучения каналируется в световодных жгутах, ориентированных на отражающие поверхности со слабой и сильной излучательной способностью с последующим каналированием отраженных от этих поверхностей излучений по жгутам, объединенным в опорных коллекторах-излучателях со световодными жгутами, содержащими другую часть излучения от контролируемой нагретой поверхности, и конструктивно обособленным жгутом информативного излучения, при этом пространственно разделенные жгуты из элементарных оптических волокон установлены с возможностью передачи сигнала по световодным жгутам опорных коллекторов-излучателей и световодному жгуту информативного излучения контролируемой нагретой поверхности, поступающие на соответствующие фотоприемники, выходы которых связаны с блоком первичной обработки.
Способ дистанционного измерения температуры осуществляется следующим образом.
Способ дистанционного измерения температуры включает прием излучения нагретой поверхности оптической системой с волоконно-оптическими световодами, сканирование выходов волокон и обработку сигнала. Оптическая система формирования, распределения и преобразования информации взаимодействует с нагретой поверхностью и отражающими поверхностями со слабой (ε=0,06) и сильной излучательной способностью (ε=0,95). Измерительную информацию о температуре нагрева контролируемой нагретой поверхности формируют по соотношению интенсивностей излучения от контролируемой нагретой поверхности и отражающих поверхностей со слабой и сильной отражающей способностью.
На чертеже представлена схема устройства дистанционного измерения температуры.
Устройство содержит пространственно разделенную оптическую систему, с помощью которой воспринимается и каналируется информативное излучение нагретой поверхности (контролируемой) 1, стекло защитное 2, градан-микрообъектив 3, коллектор приемный информационный 4, коллекторы-распределители 5 и 6, жгуты световодные 7 опорного излучения, коллектор-преобразователь 8 излучения с сильной отражательной способностью поверхности 9, коллектор-преобразователь 11 излучения со слабой отражательной поверхностью 10 и нагретой поверхностью, оптически и конструктивно связанные через жгуты 12 и 13 с коллекторами-излучателями 14, 15 и 16, излучения которых граданами-формирователями 17 направлены на чувствительные элементы фотоприемников ФП1, ФП2, ФПИ и блок первичной обработки БПО.
Способ реализуется устройством, работающим следующим образом.
За счет световодных жгутов 13 излучение нагретой поверхности 1 смешивается в коллекторе 14 с излучением поверхности с сильной отражательной способностью 9 и поверхности со слабой отражательной способностью 10 в коллекторе-излучателе 15. При этом измеряется интенсивность излучения контролируемой поверхности 1 и отраженное излучение от поверхностей 9 и 10 с контрастной отражательной способностью (сильной и слабой), а по соотношению этих контрастных излучений, смешанных в коллекторах-излучателях 14 и 15, и информативного излучения жгута 16 сигналы соответствующих выходов фотоприемников ФП1, ФП2 и ФПИ обрабатывают в блоке первичной обработки БПО, по результатам обработки идентифицируют измеряемую температуру. В такой совокупности информационно-преобразовательных операций и световодных каналирующих, направляющих и смешивающих оптические излучения от контролируемой поверхности и отражающих поверхностей с большим различием в излучательной способности поверхностей улучшаются метрологические возможности и эргономика контроля (за счет дистанцирования оператора от нагретой поверхности).
Источники информации
1. Измерения в промышленности. Справ, изд. в 3-х кн. Кн.2. Способы измерения и аппаратура: пер. с нем. / под ред. Профоса П. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1990. - 384 с.
2. Волоконно-оптические датчики / Т.Окоси, К.Окамото, М.Оцу и др. Под ред. Т.Окоси: пер. с япон. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ие, 1990, - С.144-145. - прототип.
Claims (2)
1. Способ дистанционного измерения температуры, включающий прием излучения нагретой поверхности оптической системой с волоконно-оптическими световодами, сканирование выходов волокон и обработку сигнала, отличающийся тем, что оптическая система измерений выполнена с возможностью приема и каналирования излучения, а также ориентированного и одновременного взаимодействия с нагретой поверхностью и отражающими поверхностями со слабой и сильной излучательной способностью, а измерительную информацию о температуре нагрева контролируемой нагретой поверхности формируют по соотношению интенсивностей излучения от контролируемой нагретой поверхности и отражающих поверхностей со слабой и сильной отражающей способностью.
2. Устройство дистанционного измерения температуры, содержащее оптическую систему, включающую защитное стекло, градан-микрообъектив, граданы-формирователи и пространственно разделенные жгуты из элементарных оптических волокон, фотоприемники и блок первичной обработки, отличающееся тем, что оптическая система выполнена комбинированной с разделением излучения нагретой поверхности по двум коллекторам-распределителям, причем одна часть излучения каналируется в световодных жгутах, ориентированных на отражающие поверхности со слабой и сильной излучательной способностью с последующим каналированием отраженных от этих поверхностей излучений по жгутам, объединенным в опорных коллекторах-излучателях со световодными жгутами, содержащими другую часть излучения от контролируемой нагретой поверхности, и конструктивно обособленным жгутом информативного излучения, при этом пространственно разделенные жгуты из элементарных оптических волокон установлены с возможностью передачи сигнала по световодным жгутам опорных коллекторов-излучателей и световодному жгуту информативного излучения контролируемой нагретой поверхности, поступающего на соответствующие фотоприемники, выходы которых связаны с блоком первичной обработки.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BY20080389 | 2008-03-31 | ||
BY20080389 | 2008-03-31 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008128047A RU2008128047A (ru) | 2010-01-20 |
RU2382340C1 true RU2382340C1 (ru) | 2010-02-20 |
Family
ID=42120224
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008128047/28A RU2382340C1 (ru) | 2008-03-31 | 2008-07-09 | Способ дистанционного измерения температуры и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2382340C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2659457C2 (ru) * | 2016-05-25 | 2018-07-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук" (НИИСФ РААСН) | Способ обследования поверхности объекта инфракрасным прибором |
RU2751122C1 (ru) * | 2020-12-01 | 2021-07-08 | федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук" | Способ теплового контроля состояния объекта |
-
2008
- 2008-07-09 RU RU2008128047/28A patent/RU2382340C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КРАМАРУХИН Ю.И. Приборы для измерения температуры. - М.: Машиностроение, 1990. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2659457C2 (ru) * | 2016-05-25 | 2018-07-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук" (НИИСФ РААСН) | Способ обследования поверхности объекта инфракрасным прибором |
RU2751122C1 (ru) * | 2020-12-01 | 2021-07-08 | федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук" | Способ теплового контроля состояния объекта |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008128047A (ru) | 2010-01-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102147297B (zh) | 一种分布式光纤温度传感测量装置和方法 | |
GB2183027A (en) | An optical pyrometer | |
DK3144633T3 (en) | FIBER-BRAGG-GRID INTERROGATOR DEVICE AND PROCEDURE | |
GB2239310A (en) | Fiber optic distributed temperature sensor arrangement | |
AU2009266458A1 (en) | Arrangement adapted for spectral analysis | |
SE420769B (sv) | Fiberoptiskt temperaturmetdon av pyrometertyp | |
SE418997B (sv) | Fiberoptisk temeraturgivare baserad pa metning av den temperaturberoende, spektrala absorptionsformagan hos ett material | |
KR950033445A (ko) | 광학섬유를 사용하는 온도측정방법과 기구 | |
JP2020159973A5 (ru) | ||
US20110255075A1 (en) | Spectrometric assembly and method for determining a temperature value for a detector of a spectrometer | |
CN101273262A (zh) | 用于执行实时pcr反应的装置 | |
IT9019833A1 (it) | Misure e controllo di temperature per processi fototermici | |
CN201909686U (zh) | 一种分布式光纤温度传感测量装置 | |
KR101356986B1 (ko) | 광섬유 분포 온도 측정용 라만 센서 시스템 | |
GB2077421A (en) | Displacement sensing | |
RU2382340C1 (ru) | Способ дистанционного измерения температуры и устройство для его осуществления | |
KR100922577B1 (ko) | 휴대형 광바이오 센서 측정 시스템 | |
SE459767B (sv) | Saett att minska stoerkaensligheten hos maetvaerdet fraan ett maetinstrument | |
CN108267160A (zh) | 时分复用的光纤布拉格光栅传感系统 | |
RU2398194C2 (ru) | Двухканальный пирометр | |
JPS62159027A (ja) | 油の劣化度検出装置 | |
US5453828A (en) | Method of optical sampling | |
CN113639892B (zh) | 一种光纤光栅温度传感器及准分布式测温系统 | |
CN108444613A (zh) | 一种荧光法温度测量系统及其测量方法 | |
JPS6114528A (ja) | 光フアイバを用いた温度計測方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110710 |