RU2485458C1 - Pyrometer of spectral ratio - Google Patents
Pyrometer of spectral ratio Download PDFInfo
- Publication number
- RU2485458C1 RU2485458C1 RU2011149297/28A RU2011149297A RU2485458C1 RU 2485458 C1 RU2485458 C1 RU 2485458C1 RU 2011149297/28 A RU2011149297/28 A RU 2011149297/28A RU 2011149297 A RU2011149297 A RU 2011149297A RU 2485458 C1 RU2485458 C1 RU 2485458C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photodetector
- pyrometer
- microprocessor
- radiation
- amplifier
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам бесконтактного измерения температуры поверхности нагретых тел методом спектрального отношения, и может быть использовано в любых отраслях промышленности для измерения температуры различных материалов и изделий.The invention relates to a control and measuring technique, and in particular to devices for non-contact measurement of the surface temperature of heated bodies by the spectral ratio method, and can be used in any industries for measuring the temperature of various materials and products.
Известны пирометры, которые методом спектрального отношения измеряют температуру нагретого тела. Такие пирометры регистрируют тепловые потоки в двух различных участках спектра Δλ1 и Δλ2 излучения нагретого тела и по отношению электрических сигналов на выходах двух каналов (U1(λ1) и U2(λ2)) судят о температуре нагретых тел [Свет Д.Я. Оптические методы измерения истинных температур [Текст] / Д.Я.Свет - М.: Наука, 1982. - 296].Pyrometers are known which measure the temperature of a heated body by the spectral ratio method. Such pyrometers record heat fluxes in two different parts of the spectrum of the radiation Δλ 1 and Δλ 2 of the radiation of a heated body and according to the electrical signals at the outputs of the two channels (U 1 (λ 1 ) and U 2 (λ 2 )) judge the temperature of the heated bodies [Light D .I AM. Optical methods for measuring true temperatures [Text] / D.Ya. Svet - M .: Nauka, 1982. - 296].
Разделение теплового потока на два канала измерения, регистрирующих излучение в разных спектральных диапазонах, возможно различными способами.The separation of the heat flux into two measurement channels recording radiation in different spectral ranges is possible in various ways.
Известно устройство [патент РФ 570794, G01J 5/60, 30.08.77 г.], содержащее два однотипных приемника излучения, размещенных в термостате, оптическую систему, второй термостат, в который установлен один из приемников излучения, а его температура отличается от первого.A device is known [RF patent 570794, G01J 5/60, 08/30/07], containing two of the same type of radiation detector located in a thermostat, an optical system, a second thermostat in which one of the radiation receivers is installed, and its temperature differs from the first.
В данном устройстве применены два однотипных приемника излучения, а смещение спектральных характеристик приемников осуществляется за счет их термостатирования при разных температурах. Благодаря этому спектральная характеристика приемника, находящегося при более низкой температуре, смещена в длинноволновую область спектра, а приемника с более высокой температурой - в коротковолновую область.This device uses two of the same type of radiation detector, and the shift of the spectral characteristics of the receivers is carried out due to their temperature control at different temperatures. Due to this, the spectral characteristic of the receiver located at a lower temperature is shifted to the long-wavelength region of the spectrum, and the receiver with a higher temperature is shifted to the short-wavelength region.
Недостатками этого устройства является то, что поток излучения делится на два канала с помощью полупрозрачного сферического зеркала, что ослабляет регистрируемый поток и уменьшает чувствительность прибора в целом, кроме того, применение двух каналов, зеркала и термостатов усложняет конструкцию, а предел измерения низких температур зависит от температуры термостатирования приемников излучения.The disadvantages of this device is that the radiation flux is divided into two channels using a translucent spherical mirror, which weakens the recorded flux and reduces the sensitivity of the device as a whole, in addition, the use of two channels, a mirror and thermostats complicates the design, and the limit of measurement of low temperatures depends on temperature control of radiation receivers.
Известно также устройство [патент РФ 2192624, G01J 5/60, 10.11.2002 г.], содержащее объектив, приемник излучения, два неподвижных отражающих зеркала, два светофильтра, конденсор, диафрагму, обтюратор - наклонное малогабаритное отражающее зеркало, закрепленное на валу малогабаритного быстроходного двигателя.A device is also known [RF patent 2192624, G01J 5/60, 11/10/2002], containing a lens, a radiation receiver, two fixed reflecting mirrors, two light filters, a condenser, a diaphragm, a shutter - an inclined small-sized reflecting mirror mounted on a small-sized high-speed shaft engine.
В данном устройстве применен один приемник излучения, а разнесение спектральных характеристик на два измерительных канала осуществляется с помощью двух светофильтров с различными спектральными характеристиками.This device uses one radiation detector, and the separation of the spectral characteristics into two measuring channels is carried out using two filters with different spectral characteristics.
Недостатком этого устройства является наличие сложной оптической системы, содержащей подвижные части и два светофильтра, которые ослабляют поток излучения, что приводит к снижению чувствительности устройства и усложнению конструкции.The disadvantage of this device is the presence of a complex optical system containing moving parts and two light filters that attenuate the radiation flux, which leads to a decrease in the sensitivity of the device and the complexity of the design.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство [патент РФ 2290614, G01J 5/60, 27.12.2006 г.], содержащее 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.Closest to the proposed one is a device [RF patent 2290614, G01J 5/60, 12/27/2006], containing a lens focusing the image of the controlled body on two photodetectors, in front of each of which there is a radiation filter, signal amplifiers of each photodetector, analog-digital converters, microprocessor and temperature indicator.
При этом каждая пара: фильтр излучения и фотоприемник - установлена соосно оптической оси объектива, первый фотоприемник, чувствительный в области длин волн 600-1200 нм, 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, а перед первым фотоприемником установлен светофильтр, поглощающий излучение в видимой части спектра. Также имеется элемент питания.In this case, each pair: the radiation filter and the photodetector, is mounted coaxially with the optical axis of the lens, the first photodetector, sensitive in the wavelength range of 600-1200 nm, is made in the form of a filter that transmits radiation with a wavelength of more than 800 nm, and the second photodetector is located behind the first one that it receives radiation transmitted through the first photodetector, and a light filter is installed in front of the first photodetector, which absorbs radiation in the visible part of the spectrum. There is also a battery.
В данном устройстве применены два фотоприемника, работающие в различных спектральных диапазонах.This device uses two photodetectors operating in different spectral ranges.
Недостатком данного устройства является наличие двух фотоприемников, кроме того, один из них выполнен в виде фильтра, что ослабляет проходящий через него поток излучения и снижает чувствительность прибора.The disadvantage of this device is the presence of two photodetectors, in addition, one of them is made in the form of a filter, which weakens the radiation flux passing through it and reduces the sensitivity of the device.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции устройства и повышение чувствительности пирометра спектрального отношения (далее пирометра).The task of the invention is to simplify the design of the device and increase the sensitivity of the spectrometer pyrometer (hereinafter referred to as the pyrometer).
Поставленная задача достигается тем, что в пирометр, содержащий объектив, фокусирующий изображение контролируемого тела на фотоприемник, перед которым установлен фильтр излучения, усилитель сигнала фотоприемника, микропроцессор с двумя аналого-цифровыми преобразователями, индикатор температуры и элемент питания, согласно изобретению дополнительно введен управляемый микропроцессором переключатель, один полюс которого подключен к элементу питания, а второй - ко входу усилителя, при этом общий полюс переключателя подключен к фотоприемнику.The problem is achieved in that in the pyrometer containing the lens focusing the image of the body under control onto the photodetector, in front of which there is a radiation filter, a photodetector signal amplifier, a microprocessor with two analog-to-digital converters, a temperature indicator and a battery, according to the invention, a microprocessor-controlled switch is additionally introduced , one pole of which is connected to the battery, and the second to the input of the amplifier, while the common pole of the switch is connected to the photodetector nick.
На Фиг.1 изображена функциональная схема пирометра спектрального отношения.Figure 1 shows a functional diagram of a spectrometer ratio pyrometer.
На Фиг.2 приведена электронно-функциональная схема конкретной реализации пирометра спектрального отношения.Figure 2 shows the electronic functional diagram of a specific implementation of the spectrometer ratio pyrometer.
Пирометр содержит объектив 1, фотодиодный приемник излучения 2, фильтр излучения 3, переключатель 4, усилитель 5, микропроцессор 6 с двумя встроенными аналого-цифровыми преобразователями, элемент питания 7 и индикатор температуры 8.The pyrometer contains a lens 1, a photodiode radiation detector 2, a radiation filter 3, a switch 4, an amplifier 5, a microprocessor 6 with two built-in analog-to-digital converters, a battery 7 and a temperature indicator 8.
Пирометр спектрального отношения работает следующим образом. Объектив 1 строит изображение объекта измерения на приемнике излучения 2. Светофильтр 3 поглощает излучение в видимой части спектра. В первом цикле работы управляемый переключатель 4 по команде микропроцессора 6 переводится в положение «а» и подключает фотоприемник 2 к элементу питания 7, обеспечивая фотодиодный режим работы фотоприемника 2, подключенного к усилителю 4. Выходной сигнал усилителя 4 считывается первым входом микропроцессора 6. Во втором цикле работы по команде микропроцессора 6 переключатель 4 переводится в положение «б», обеспечивая тем самым фотогальванический режим короткого замыкания фотоприемника 2. При этом выходной сигнал фотоприемника 2 подается через усилитель 5 на микропроцессор 6 и считывается его вторым входом. После этого микропроцессор 6 производит вычисление отношения выходного сигнала фотоприемника, работающего в фотодиодном режиме работы с приложенным обратным напряжением к сигналу этого же фотоприемника, работающего в фотогальваническом режиме короткого замыкания, когда приложенное к фотоприемнику напряжение равно нулю. Сигнал с микропроцессора 6 поступает на индикатор температуры 8, к которому можно подключить электронный индикатор, компьютер или самописец.The spectrometer pyrometer works as follows. The lens 1 constructs an image of the measurement object at the radiation receiver 2. The light filter 3 absorbs radiation in the visible part of the spectrum. In the first cycle of operation, the controlled switch 4, at the command of microprocessor 6, is put into position “ a ” and connects the photodetector 2 to the battery 7, providing a photodiode mode for the photodetector 2 connected to amplifier 4. The output signal of amplifier 4 is read by the first input of microprocessor 6. In the second the cycle of work at the command of microprocessor 6, switch 4 is placed in position "b", thereby providing a photovoltaic short circuit mode of the photodetector 2. The output signal of the photodetector 2 is supplied through the amplifier 5 to the microprocessor 6 and is read by its second input. After that, the microprocessor 6 calculates the ratio of the output signal of the photodetector operating in the photodiode operating mode with the applied reverse voltage to the signal of the same photodetector operating in the photovoltaic short circuit mode when the voltage applied to the photodetector is zero. The signal from microprocessor 6 is fed to a temperature indicator 8, to which you can connect an electronic indicator, computer or recorder.
В данном пирометре работа одного фотоприемника в двух спектральных диапазонах обеспечивается благодаря изменению спектральной чувствительности фотодиодов при переходе от фотодиодного режима работы к фотогальваническому в режиме короткого замыкания. Согласно физике работы p-n - перехода фотодиода, по данным [Ишанин Г.Г. Источники и приемники излучения: Учебное пособие для студентов оптических специальностей вузов [Текст] / Г.Г.Ишанин, Э.Д.Панков, А.Л.Андреев, Г.В.Польщиков - СПб.: Политехника, 1991 с.118-121] при увеличении обратного напряжения, приложенного к p-n-переходу, растут ширина области объемного заряда, высота потенциального барьера и увеличивается ширина p-n-перехода, что приводит к увеличению коэффициента собирания неосновных носителей заряда и, как следствие, к увеличению максимума спектральной чувствительности и ее сдвигу в длинноволновую область.In this pyrometer, the operation of one photodetector in two spectral ranges is ensured by changing the spectral sensitivity of the photodiodes during the transition from the photodiode mode of operation to the photovoltaic mode in the short circuit mode. According to the physics of the work of p-n - the transition of the photodiode, according to [Ishanin G.G. Sources and receivers of radiation: A textbook for students of optical specialties of universities [Text] / G. G. Ishanin, E. D. Pankov, A. L. Andreev, G. V. Polshchikov - St. Petersburg: Polytechnic, 1991 p.118- 121] with increasing reverse voltage applied to the pn junction, the width of the space charge region, the height of the potential barrier and the width of the pn junction increase, which leads to an increase in the collection coefficient of minority charge carriers and, as a result, to an increase in the maximum spectral sensitivity and its shift to the long wavelength region.
Предложенное подключение фотодиодного приемника излучения, позволяющее работать с одним фотоприемником в двух спектральных диапазонах, в сравнении с прототипом, позволяет повысить чувствительность прибора для измерения температуры нагретых поверхностей за счет устранения потерь на поглощение в фильтрах. Кроме того, благодаря исключению второго приемника излучения и усилителя второго канала достигается значительное упрощение конструкции пирометра спектрального отношения.The proposed connection of a photodiode radiation detector that allows you to work with one photodetector in two spectral ranges, in comparison with the prototype, allows you to increase the sensitivity of the device for measuring the temperature of heated surfaces by eliminating absorption losses in the filters. In addition, due to the exclusion of the second radiation receiver and the amplifier of the second channel, a significant simplification of the design of the spectrometer pyrometer is achieved.
Рассмотрим конкретный пример реализации пирометра спектрального отношения (рис.2).Consider a specific example of the implementation of a spectrometer pyrometer (Fig. 2).
В качестве приемника излучения ФД используется кремниевый фотодиод ФД256. В качестве операционного усилителя D1 применен усилитель AD8552, в качестве микропроцессора МП - MSC121045. Ключи S1-S3 выполнены на микросхеме TC7MBL3125. В качестве клавиатуры К для управления режимами микропроцесса использована клавиатура типа СК-11.A PD256 silicon photodiode is used as a PD radiation detector. An AD8552 amplifier was used as an operational amplifier D1, and an MSC121045 as an MP microprocessor. The keys S1-S3 are made on the TC7MBL3125 chip. As a keyboard K, a keyboard of type SK-11 was used to control the microprocess modes.
В первом цикле работы управляемый переключатель S1 разомкнут, S2 - замкнут в положении «а», S3 - замкнут. Тем самым обеспечивается фотодиодный режим работы фотодиода ФД и режим повторителя напряжения усилителя D1. Во втором цикле работы по команде микропроцессора МП переключатель S1 замыкается, S2 переключается в положение «б», S3 размыкается, тем самым обеспечивается фотогальванический режим короткого замыкания фотодиода ФД. При этом усилитель D1 работает в режиме преобразования ток-напряжение. После этого микропроцессор МП производит вычисление отношения выходного сигнала фотоприемника, работающего в фотодиодном режиме работы с приложенным обратным напряжением к сигналу этого же фотоприемника, работающего в фотогальваническом режиме короткого замыкания, когда приложенное к фотоприемнику напряжение равно нулю.In the first cycle of operation, the controlled switch S1 is open, S2 is closed in position “ a ”, S3 is closed. This ensures the photodiode mode of the PD photodiode and the voltage follower mode of the amplifier D1. In the second cycle of operation, at the command of the microprocessor MP, switch S1 closes, S2 switches to position “b”, S3 opens, thereby ensuring the photovoltaic mode of the short circuit of the photodiode PD. In this case, the amplifier D1 operates in the current-voltage conversion mode. After that, the microprocessor MP calculates the ratio of the output signal of the photodetector operating in the photodiode operating mode with the applied reverse voltage to the signal of the same photodetector operating in the photovoltaic short circuit mode when the voltage applied to the photodetector is zero.
Таким образом, реализация в устройстве переключения режимов работы фотодиода с фотодиодного в гальванический режим короткого замыкания (приложенное к фотодиоду напряжение равно нулю) обеспечивает разные диапазоны спектральной чувствительности фотодиода, что позволяет использовать вычисление отношения сигналов реакции фотодиода в различных спектрах, поступающих на микропроцессор, для реализации пирометра спектрального отношения. Кроме того, исключение второго фотоприемника и второго канала усиления значительно упрощает конструкцию пирометра, а повышение чувствительности обеспечивается за счет исключения ослабления проходящего потока излучения в полупрозрачном фильтре-фотоприемнике.Thus, the implementation in the device of switching the operating modes of the photodiode from the photodiode to the galvanic short circuit mode (the voltage applied to the photodiode is zero) provides different ranges of the spectral sensitivity of the photodiode, which allows the calculation of the ratio of the response signals of the photodiode in various spectra supplied to the microprocessor to implement pyrometer spectral ratio. In addition, the exclusion of the second photodetector and the second amplification channel greatly simplifies the design of the pyrometer, and an increase in sensitivity is ensured by eliminating the attenuation of the transmitted radiation flux in the translucent filter-photodetector.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011149297/28A RU2485458C1 (en) | 2011-12-02 | 2011-12-02 | Pyrometer of spectral ratio |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011149297/28A RU2485458C1 (en) | 2011-12-02 | 2011-12-02 | Pyrometer of spectral ratio |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011149297A RU2011149297A (en) | 2013-06-10 |
| RU2485458C1 true RU2485458C1 (en) | 2013-06-20 |
Family
ID=48784523
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011149297/28A RU2485458C1 (en) | 2011-12-02 | 2011-12-02 | Pyrometer of spectral ratio |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2485458C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2565273C1 (en) * | 2014-07-02 | 2015-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Method of determining level of physiological maturity of seeds and device for its implementation |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1679218A1 (en) * | 1989-03-30 | 1991-09-23 | Томский политехнический институт им.С.М.Кирова | Spectral ratio pyrometer |
| RU2290614C1 (en) * | 2005-06-01 | 2006-12-27 | Сергей Сергеевич Сергеев | Two-channel spectral ratio pyrometer |
| US7217982B2 (en) * | 2002-09-27 | 2007-05-15 | Raytheon Company | Photodiode having voltage tunable spectral response |
| RU2404412C2 (en) * | 2008-04-23 | 2010-11-20 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" | Pulsed photometric device |
-
2011
- 2011-12-02 RU RU2011149297/28A patent/RU2485458C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1679218A1 (en) * | 1989-03-30 | 1991-09-23 | Томский политехнический институт им.С.М.Кирова | Spectral ratio pyrometer |
| US7217982B2 (en) * | 2002-09-27 | 2007-05-15 | Raytheon Company | Photodiode having voltage tunable spectral response |
| RU2290614C1 (en) * | 2005-06-01 | 2006-12-27 | Сергей Сергеевич Сергеев | Two-channel spectral ratio pyrometer |
| RU2404412C2 (en) * | 2008-04-23 | 2010-11-20 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" | Pulsed photometric device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2565273C1 (en) * | 2014-07-02 | 2015-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Method of determining level of physiological maturity of seeds and device for its implementation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011149297A (en) | 2013-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102680139B (en) | Fiber grating temperature sensing system for detecting temperatures of inflammables and explosives | |
| US9335219B2 (en) | Dual waveband temperature detector | |
| NO163653B (en) | LASER RADIOMETER. | |
| US20070258087A1 (en) | Optical fiber temperature sensor | |
| CN104251741A (en) | Self-adaptive infrared focal plane array readout circuit | |
| CN112414561A (en) | High-temperature high-speed thermometer based on colorimetric method | |
| CN102080990B (en) | Four-waveband high temperature measuring device and method | |
| CN111103055A (en) | Optical power automatic calibration system and method | |
| RU2485458C1 (en) | Pyrometer of spectral ratio | |
| CN114674463A (en) | Distributed optical fiber temperature sensing calibration unit, sensing device and detection method | |
| RU2290614C1 (en) | Two-channel spectral ratio pyrometer | |
| CN105806491A (en) | Three-wavelength two-dimensional temperature field measuring device and method | |
| CN102288297B (en) | Uncooled far infrared thermal imaging system | |
| CN202836768U (en) | Integrated optical fiber infrared temperature measuring device | |
| CN108489631B (en) | Absorption spectrum intensity ratio temperature measurement method | |
| CN209387134U (en) | A kind of wide spectrum photodetector | |
| Hobbs et al. | Evaluation of phase sensitive detection method and Si avalanche photodiode for radiation thermometry | |
| CN211553068U (en) | Spectral response measuring device of silicon photodiode | |
| RU2398194C2 (en) | Double-channel pyrometre | |
| RU2726901C2 (en) | Pyrometer | |
| CN203587228U (en) | Multivariate linear-array high-speed heat-distribution imaging detector | |
| CN102692283B (en) | Method for measuring multi-FBG (fiber bragg grating) colorimetric transient temperature | |
| JPH08226854A (en) | Dichroic photosensor and radiation thermometer | |
| CN203083738U (en) | A fiber grating demodulator used for measuring temperature of an electrical device | |
| US11965827B2 (en) | Hyperspectral imaging method and apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161203 |