RU60716U1

RU60716U1 - THERMOGRAPHIC DEVICE

Info

Publication number: RU60716U1
Application number: RU2006134178/22U
Authority: RU
Inventors: Николай Романович Балашенков; Александр Иосифович Лопатин
Original assignee: Открытое акционерное общество "ЛОМО"; Общество с ограниченной ответственностью "ЛОМО-ФОТОНИКА"
Priority date: 2006-09-25
Filing date: 2006-09-25
Publication date: 2007-01-27
Also published as: RU60716U8

Abstract

Использование: в тепловизионной технике для определения температурных полей удаленных объектов. Задача: повышение точности определения температуры слабо нагретых объектов. Сущность: в устройстве, включающем оптическую систему, оптически сопряженный с выходом оптической системы матричный электронный приемник изображения, электронную схему приема и обработки данных об изображении объекта, электрически соединенную с выходом матричного электронного приемника излучения, а также блок питания и управления, чувствительные элементы матричного электронного приемника изображения выполнены с возможностью регистрации теплового излучения объекта преимущественно в спектральном диапазоне от 7 мкм до 14 мкм, устройство дополнительно включает средства для введения в оптическую систему и выведения из нее спектрально-селективного элемента, имеющего монотонную зависимость пропускания от длины волны излучения в указанном спектральном диапазоне, и блок определения температуры объекта, включающий модуль памяти, а также вычислительные средства для определения массива цифровых данных температуры объекта по цифровым данным изображений объекта. Спектрально-селективный элемент в заявляемом устройстве может быть выполнен в виде поглощающего фильтра из флюорита. 1 с.п. ф-лы, 1 з.п. ф-лы, 1 илл.Usage: in thermal imaging technology to determine the temperature fields of distant objects. Objective: improving the accuracy of determining the temperature of slightly heated objects. SUBSTANCE: in a device including an optical system, a matrix electronic image receiver optically coupled to the output of the optical system, an electronic circuit for receiving and processing data about the image of the object, electrically connected to the output of the matrix electronic radiation receiver, as well as a power and control unit, sensitive elements of the matrix electronic the image receiver is configured to detect the thermal radiation of the object mainly in the spectral range from 7 μm to 14 μm, the device additionally includes means for introducing into the optical system and removing from it a spectrally selective element having a monotonic transmission dependence on the radiation wavelength in the specified spectral range, and an object temperature determination unit, including a memory module, as well as computing means for determining the digital data array temperature of the object according to the digital image data of the object. The spectrally selective element in the inventive device can be made in the form of an absorbing filter of fluorite. 1 s.p. f-ly, 1 z.p. f-ly, 1 ill.

Description

Полезная модель относится к тепловизионной технике и может быть использована для определения температурных полей удаленных объектов.The utility model relates to thermal imaging technology and can be used to determine the temperature fields of distant objects.

Одним из актуальных направлений развития техники регистрации изображений в различных спектральных диапазонах является создание методов и аппаратуры для определения температурных полей объектов с помощью инфракрасных матричных приемников, в частности, микроболометрических приемников. В целом, принципы реализации методов термографирования и основные элементы конструкций устройств, реализующих эти методы, хорошо известны (см. патенты США №5420419, H 01 L 27/14, опубл. 30.05.1995; №5688699, H 01 L 31/18, опубл. 18.111997; №6026337, G 05 D 1/00, опубл. 15.02.2000; №6559447, H 04 N 3/09, опубл. 06.05.2003 и др.). Матричные микроболометрические приемники обычно включают набор элементов, выполненных, например, из аморфного кремния и чувствительных к излучению в инфракрасном (ИК) диапазоне спектра в области 7-14 мкм. Эти элементы способны изменять электрическое сопротивление при изменении температуры, при этом каждый чувствительный элемент матрицы снабжен средствами, поглощающими электромагнитное излучение ИК диапазона. В процессе работы падающее на приемник инфракрасное излучение поглощается, в результате чего происходит нагревание чувствительных элементов приемника, величина которого определяется мощностью падающего теплового потока. Если перед матричным термоэлектронным приемником расположена оптическая One of the current trends in the development of image registration technology in various spectral ranges is the creation of methods and apparatus for determining the temperature fields of objects using infrared array receivers, in particular microbolometric receivers. In General, the principles of the implementation of thermographic methods and the basic structural elements of devices that implement these methods are well known (see US patent No. 5420419, H 01 L 27/14, publ. 05/30/1995; No. 5688699, H 01 L 31/18, publ. 18.111997; No. 6026337, G 05 D 1/00, publ. 02/15/2000; No. 6559447, H 04 N 3/09, publ. 06.05.2003, etc.). Matrix microbolometric detectors typically include a set of elements made, for example, of amorphous silicon and sensitive to radiation in the infrared (IR) range of the spectrum in the region of 7-14 μm. These elements are able to change the electrical resistance when the temperature changes, while each sensitive element of the matrix is equipped with means absorbing electromagnetic radiation in the infrared range. In the process, the infrared radiation incident on the receiver is absorbed, as a result of which the sensitive elements of the receiver are heated, the value of which is determined by the power of the incident heat flux. If an optical array is located in front of the matrix thermionic receiver

система, обеспечивающая построение изображения объекта, от которого исходят тепловые потоки, в плоскости вышеуказанного приемника, то электрические сигналы от отдельных микроболометрических элементов пропорциональные вызванному их нагревом изменению электрического сопротивления в результате соответствующей обработки могут обеспечить получение информации о температурном поле наблюдаемого объекта.a system providing the construction of an image of the object from which the heat fluxes are emitted in the plane of the aforementioned receiver, the electrical signals from individual microbolometric elements proportional to the change in electrical resistance caused by their heating as a result of appropriate processing can provide information about the temperature field of the observed object.

Точность определения температурного поля объекта с помощью известных устройств зависит от множества факторов. К числу наиболее существенных следует отнести следующие два: точность определения собственной температуры приемника и однородность его чувствительности по полю. Первый фактор особенно важен в случае применения так называемых «неохлаждаемых» микроболометрических матриц и влияет на чувствительность метода термографирования в целом, а, следовательно, и на точность определения температуры слабо нагретых тел. Второй фактор определяется технологическими особенностями и погрешностями изготовления отдельных элементов матрицы, которые, вообще говоря, имеют различия в чувствительности и могут, тем самым, служить источниками ошибок в определении температуры отдельных участков объекта.The accuracy of determining the temperature field of an object using known devices depends on many factors. The following two are among the most significant: the accuracy of determining the receiver’s own temperature and the uniformity of its sensitivity over the field. The first factor is especially important when using the so-called “uncooled” microbolometric matrices and affects the sensitivity of the thermographic method as a whole, and, consequently, the accuracy of determining the temperature of slightly heated bodies. The second factor is determined by the technological features and manufacturing errors of individual matrix elements, which, generally speaking, have differences in sensitivity and can, therefore, serve as sources of errors in determining the temperature of individual sections of the object.

Для уменьшения влияния наиболее существенных факторов погрешностей определения температуры объекта в известных устройствах для термографирования используют средства калибровки и компенсации. Под калибровкой понимают в данном случае термографирование объекта с заранее известной температурой непосредственно перед определением температуры To reduce the influence of the most significant factors of errors in determining the temperature of an object in known devices for thermography, calibration and compensation tools are used. In this case, calibration is understood as thermographing an object with a predetermined temperature immediately before determining the temperature

исследуемого объекта (см., например, патент РФ №2194255, G 01 J 5/08, опубл. 10.12.2002), а под компенсацией - регистрацию температурного поля заведомо однородно нагретого объекта. В качестве подобного объекта, как правило, используют либо шторку механического затвора (см. патент РФ №2090976, H 04 N 5/33, 30.09.1997), либо, если это удобно, чистое небо. Очевидно, что во всех случаях преодоление факторов возможных погрешностей термографирования объектов требует использования дополнительных конструктивных средств в устройствах и выполнения соответствующих вычислительных процедур при обработке сигналов, получаемых с выхода микроболометрического приемника.the investigated object (see, for example, RF patent No. 2194255, G 01 J 5/08, publ. 10.12.2002), and under compensation - registration of the temperature field of a deliberately uniformly heated object. As a similar object, as a rule, either a mechanical shutter curtain is used (see RF patent No. 2090976, H 04 N 5/33, September 30, 1997), or, if convenient, a clear sky. Obviously, in all cases, overcoming the factors of possible errors in the thermography of objects requires the use of additional design tools in the devices and the implementation of the corresponding computational procedures when processing signals received from the output of the microbolometric receiver.

Представляется очевидным тот факт, что для обеспечения точности измерений температуры объекта процедура калибровки устройства должна проводиться в условиях идентичных тем, которые имеют место во время работы. К этим условиям следует отнести расстояние от объекта до приемника, а также пропускание оптического тракта между ними. При отсутствии данных о расстоянии до объекта и значении коэффициента пропускания оптического тракта представляется невозможным установить связь между мощностью ИК излучения, падающего на приемник, и температурой удаленного объекта, испускающего это излучение, без калибровки. В большинстве случае проводить дистанционную калибровку устройств для термографирования (т.е. предварительно помещать на место исследуемого объекта эталон, нагретый до известной температуры, и затем определять эталонный сигнал для последующего его сравнения с измеряемым) практически невозможно (если дистанцию до объекта еще можно определить, например, с помощью дальномера, то коэффициент затухания ИК излучения в It seems obvious that in order to ensure the accuracy of measuring the temperature of an object, the calibration procedure of the device should be carried out under conditions identical to those that occur during operation. These conditions include the distance from the object to the receiver, as well as the transmission of the optical path between them. In the absence of data on the distance to the object and the transmittance of the optical path, it seems impossible to establish a connection between the power of the IR radiation incident on the receiver and the temperature of the remote object emitting this radiation without calibration. In most cases, it is almost impossible to carry out remote calibration of thermographic devices (i.e., first place a reference heated to a known temperature and then determine a reference signal for its subsequent comparison with the measured one) (if the distance to the object can still be determined, for example using a rangefinder, then the attenuation coefficient of IR radiation in

атмосфере не поддается оперативному контролю, особенно, если речь идет об определении температуры объектов, находящихся на значительных удалениях от приемника). Таким образом, задача обеспечения высокой точности термографирования удаленных объектов абсолютным методом, т.е по величине падающей на приемник мощности теплового потока не может быть решена с помощью известных устройств.the atmosphere is not amenable to operational control, especially when it comes to determining the temperature of objects located at significant distances from the receiver). Thus, the task of ensuring high accuracy of thermography of distant objects by the absolute method, i.e., by the magnitude of the heat flux incident on the receiver, cannot be solved using known devices.

Хорошо известен факт изменения мощности и спектра испускания нагретых тел при изменении температуры. Если нагревать абсолютно черное тело, то интегральная мощность испускаемого им излучения увеличивается по закону Стефана-Больцмана пропорционально четвертой степени температуры. Если рассматривать отельные спектральные диапазоны, то эта зависимость становится более сложной, оставаясь, тем не менее, монотонной. Спектральная характеристика мощности излучения нагретого тела имеет максимум, положение которого зависит от температуры и с ее возрастанием по закону Вина смещается в коротковолновую часть спектра.It is well known that the power and emission spectrum of heated bodies change with temperature. If a black body is heated, then the integrated power of the radiation emitted by it increases according to the Stefan-Boltzmann law in proportion to the fourth degree of temperature. If we consider the individual spectral ranges, then this dependence becomes more complex, remaining, however, monotonic. The spectral characteristic of the radiation power of a heated body has a maximum, the position of which depends on temperature and, with its increase according to Wien's law, shifts to the short-wave part of the spectrum.

На этих знаниях основан принцип работ дистанционных пирометров, с помощью которых регистрируют свечение объекта в двух (или нескольких) различных, но близких, диапазонах спектра, а затем по отношению полученных сигналов определяют температуру объекта. Такой прием дает возможность избежать погрешностей калибровки, связанных с недостоверным определением дистанции до объекта и потерь излучения в оптическом тракте, т.к. для сигналов в близких спектральных диапазонах эти факторы, как правило, влияют на амплитуду регистрируемого сигнала сходным образом и, поэтому, могут быть исключены при Based on this knowledge, the principle of operation of remote pyrometers is based, with the help of which the object’s glow is recorded in two (or several) different, but close, spectral ranges, and then the object temperature is determined from the received signals. This technique makes it possible to avoid calibration errors associated with an unreliable determination of the distance to the object and radiation losses in the optical path, because for signals in close spectral ranges, these factors, as a rule, affect the amplitude of the recorded signal in a similar way and, therefore, can be excluded when

вычислении отношения указанных сигналов. Вместе с тем, необходимо отметить, что формулы вычисления температуры объекта по данным измерений, вытекающие из закона Планка для абсолютно черного тела, требуют учета спектральной селективности исследуемого объекта и определения его спектрального коэффициента излучения (отношения яркости объекта к яркости абсолютно черного тела при той же температуре в определенном диапазоне спектра), который, очевидно, известен лишь для заранее определенного объекта, а в общем случае неизвестен и представляет собой источник погрешности измерений.calculating the ratio of these signals. At the same time, it should be noted that the formulas for calculating the temperature of an object according to measurements arising from Planck's law for an absolutely black body require taking into account the spectral selectivity of the studied object and determining its spectral emissivity (the ratio of the brightness of the object to the brightness of an absolutely black body at the same temperature in a certain range of the spectrum), which, obviously, is known only for a predetermined object, and in the general case is unknown and represents a source of measurement error.

Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является устройство для термографирования (патент США №6758595, G 01 K 3/00, опубл. 06.07.2004). Данное устройство включает оптоэлектронный матричный сенсор, элементы которого обладают чувствительностью к падающему электромагнитному излучению по крайней мере в трех различных спектральных диапазонах, причем два из них лежат в ИК, а один - в видимой области спектра. В устройстве-прототипе в качестве фотоэлектронного приемника описан матричный пирометр с кремниевыми фотодетекторами, каждый из которых снабжен спектральным фильтром, пропускающим свет в заданном спектральном диапазоне и имеющим немонотонную зависимость пропускания от длины волны в диапазоне чувствительности фотоэлектронного приемника. Область спектральной чувствительности кремниевых фотодетекторов предполагает регистрацию и анализ изображения в ближнем ИК диапазоне с максимально возможной длиной волны излучения порядка λ_max=1.2 мкм.The closest in technical essence and adopted for the prototype is a device for thermography (US patent No. 6758595, G 01 K 3/00, publ. 06.07.2004). This device includes an optoelectronic matrix sensor, the elements of which are sensitive to incident electromagnetic radiation in at least three different spectral ranges, with two of them lying in the IR, and one in the visible region of the spectrum. In the prototype device, a matrix pyrometer with silicon photodetectors is described as a photoelectronic receiver, each of which is equipped with a spectral filter that transmits light in a given spectral range and has a nonmonotonic dependence of transmittance on wavelength in the sensitivity range of the photoelectronic receiver. The range of spectral sensitivity of silicon photodetectors involves the registration and analysis of images in the near infrared range with a maximum possible radiation wavelength of the order of λ _max = 1.2 μm.

Из-за резкого падения энергетической яркости свечения нагретых тел с уменьшением длины волны наблюдение и регистрация с надлежащей точностью спектра испускания объектов нагретых до температур 300-400°К с помощью кремниевых детекторов даже в ближнем ИК диапазоне представляет трудноразрешимую задачу. Особенностями технологии изготовления матричного приемника изображения в прототипе обусловлен и выбор метода спектральной селекции, а именно, спектральные фильтры в нем установлены перед различными элементами. Такое их расположение позволяет регистрировать изображение объекта одновременно в нескольких спектральных диапазонах, что, безусловно, улучшает динамику работы, однако, неконтролируемые различия в точности изготовления этих фильтров и расположения их перед элементами матричного приемника изображения служат источниками погрешностей, учесть которые практически невозможно в связи с отсутствием соответствующих эталонов. Поэтому основным недостатком прототипа является низкая точность измерения температуры слабо нагретых объектов.Due to a sharp drop in the energy brightness of the glow of heated bodies with a decrease in wavelength, observation and recording with proper accuracy of the emission spectrum of objects heated to temperatures of 300-400 ° K using silicon detectors even in the near infrared range is an intractable task. The features of the manufacturing technology of the matrix image detector in the prototype also determine the choice of the method of spectral selection, namely, the spectral filters in it are installed in front of various elements. Such their location allows you to register the image of the object simultaneously in several spectral ranges, which, of course, improves the dynamics of work, however, uncontrolled differences in the accuracy of manufacture of these filters and their location in front of the elements of the matrix image receiver serve as sources of errors, which are almost impossible to take into account due to the lack of relevant standards. Therefore, the main disadvantage of the prototype is the low accuracy of measuring the temperature of slightly heated objects.

Задачей, на решение которой направлено настоящая полезная модель, является повышение качества термографирования удаленных слабо нагретых объектов.The task to which the present utility model is directed is to improve the quality of thermography of distant, slightly heated objects.

Поставленная задача в заявляемой полезной модели решена за счет достижения технического результата, заключающегося в повышении точности определения температуры слабо нагретых объектов.The problem in the claimed utility model is solved by achieving a technical result, which consists in increasing the accuracy of determining the temperature of slightly heated objects.

Сущность заявляемого устройства для термографирования состоит в том, что в устройстве, включающем оптическую систему, оптически сопряженный с The essence of the claimed device for thermography is that in a device comprising an optical system, optically paired with

выходом оптической системы матричный электронный приемник изображения, электронную схему приема и обработки данных об изображении объекта, электрически соединенную с выходом матричного электронного приемника излучения, а также блок питания и управления, чувствительные элементы матричного электронного приемника изображения выполнены с возможностью регистрации теплового излучения объекта преимущественно в спектральном диапазоне от 7 мкм до 14 мкм, устройство дополнительно включает средства для введения в оптическую систему и выведения из нее спектрально-селективного элемента, имеющего монотонную зависимость пропускания от длины волны излучения в указанном спектральном диапазоне, и блок определения температуры объекта, включающий модуль памяти, а также вычислительные средства для определения массива цифровых данных температуры объекта по цифровым данным изображений объекта.the output of the optical system is a matrix electronic image receiver, an electronic circuit for receiving and processing data about the image of the object, electrically connected to the output of the matrix electronic radiation receiver, as well as a power and control unit, sensitive elements of the matrix electronic image receiver are configured to register the thermal radiation of the object mainly in the spectral the range from 7 μm to 14 μm, the device further includes means for introducing into the optical system and output Ia therefrom spectrally selective element having a monotonic dependence of transmittance on the wavelength in said spectral range, and the object temperature detecting unit comprising a memory unit, and computing means for determining an array of digital data from digital data of object images of the object temperature.

Кроме того, спектрально-селективный элемент может быть выполнен в виде поглощающего фильтра из флюорита.In addition, the spectrally selective element can be made in the form of an absorbing filter of fluorite.

Сущность полезной модели поясняется чертежом. На чертеже (Фиг.) показана схема заявляемого устройства.The essence of the utility model is illustrated in the drawing. In the drawing (Fig.) Shows a diagram of the inventive device.

Заявляемое устройство включает оптическую систему 1, выполненную, например, в виде зеркального объектива или линзового объектива, компоненты которого изготовлены из прозрачного в спектральном диапазоне от 7 мкм до 14 мкм материала, например, германия. Матричный электронный приемник изображения 2, выполненный, например, в виде неохлаждаемой микроболометрической матрицы на основе аморфного кремния, чувствительные The inventive device includes an optical system 1, made, for example, in the form of a mirror lens or a lens objective, the components of which are made of a transparent material in the spectral range from 7 μm to 14 μm, for example, germanium. Matrix electronic image detector 2, made, for example, in the form of an uncooled microbolometric matrix based on amorphous silicon, sensitive

элементы которой выполнены с возможностью регистрации теплового излучения преимущественно в спектральном диапазоне от 7 мкм до 14 мкм, размещен таким образом, что его чувствительная поверхность расположена либо вблизи задней фокальной плоскости оптической системы 1, либо непосредственно в указанной плоскости. Для регулировки условий фокусировки изображения матричный электронный приемник изображения 2 может быть выполнен с возможностью перемещения относительно неподвижной оптической системы 2 вдоль ее оптической оси. В заявляемом устройстве указанная регулировка может быть осуществлена также и альтернативным образом за счет исполнения одного или нескольких компонентов оптической схемы 2 с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Матричный электронный приемник изображения 2 в этом случае может быть выполнен без возможности перемещения вдоль оптической оси оптической системы 2. Выход матричного электронного приемника изображения 2 электрически соединен со входом электронной схемы 3 для приема и обработки данных об изображении объекта 4, два выхода которой электрически соединены со входами модуля памяти 9 и вычислительных средств 10, выполненных, например, в виде микропроцессора. Вычислительные средства 10 дополнительно электрически соединены с выходом модуля хранения градуировочных данных 14. Блок питания и управления 5 электрически соединен с электронной схемой 3 для приема и обработки данных об изображении объекта 4, с модулем хранения градуировочных данных 14, а также со средством 6 для введения в оптическую систему 1 и выведения из нее спектрально-селективного элемента 7. В качестве одного из возможных вариантов реализации средства 6 для введения в оптическую систему 1 the elements of which are capable of detecting thermal radiation mainly in the spectral range from 7 μm to 14 μm, is placed in such a way that its sensitive surface is located either near the rear focal plane of the optical system 1, or directly in the specified plane. To adjust the conditions for focusing the image matrix electronic image receiver 2 can be made with the possibility of movement relative to a stationary optical system 2 along its optical axis. In the inventive device, said adjustment can also be carried out in an alternative way by executing one or more components of the optical circuit 2 with the possibility of movement along the optical axis. In this case, the matrix electronic image pickup 2 can be made without the possibility of moving along the optical axis of the optical system 2. The output of the matrix electronic image pickup 2 is electrically connected to the input of the electronic circuit 3 for receiving and processing image data of object 4, the two outputs of which are electrically connected to the inputs of the memory module 9 and computing means 10, made, for example, in the form of a microprocessor. Computing means 10 are additionally electrically connected to the output of the calibration data storage module 14. The power and control unit 5 is electrically connected to the electronic circuit 3 for receiving and processing image data of the object 4, with the calibration data storage module 14, and also with means 6 for introducing optical system 1 and the removal from it of a spectrally selective element 7. As one of the possible options for implementing means 6 for introduction into the optical system 1

и выведения из нее спектрально-селективного элемента 7 в данном изобретении предложен узел, включающий модуль синхронизации 11, а также электрически соединенные с ним привод вращения 12 и датчик углового положения 13, причем модуль синхронизации 11 и привод вращения 12 электрически соединены с блоком питания и управления 5. В данном варианте исполнения средства 6 спектрально-селективный элемент 7 удобно выполнить в виде кольцевого сектора, как это показано на чертеже (Вид А). Этот сектор приводится во вращение приводом вращения 12, в результате чего оптический тракт устройства периодически перекрывается спектрально-селективным элементом 7. Угловую скорость вращения предпочтительно поддерживать неизменной во время проведения измерений. Вместе с тем само значение величины угловой скорости может быть изменено оператором или автоматически в зависимости от величины электрических сигналов, поступающих в электронную схему 3 с чувствительных элементов матричного электронного приемника изображения 2 во время проведения измерений. Отношение угла сектора α, в пределах которого излучение от объекта 4 достигает приемной площадки матричного электронного приемника изображения 2 без спектральной селекции, к углу сектора (360°-α), в пределах которого излучение от объекта 4 достигает приемной площадки матричного электронного приемника изображения 2 через спектрально-селективный элемент 7, выбирают таким образом, чтобы времена экспозиций при основной и дополнительной регистрациях электрических сигналов с чувствительных элементов матричного электронного приемника изображения 2 были одинаковыми. На чертеже показан вариант исполнения датчика углового положения 13, and removing from it a spectrally selective element 7, the present invention proposes a unit including a synchronization module 11, as well as a rotation drive 12 and an angle sensor 13, the synchronization module 11 and the rotation drive 12 are electrically connected to the power and control unit 5. In this embodiment, the means 6 spectrally selective element 7 is conveniently performed in the form of an annular sector, as shown in the drawing (View A). This sector is driven by a rotation drive 12, as a result of which the optical path of the device is periodically blocked by a spectrally selective element 7. It is preferable to keep the angular rotation speed unchanged during measurements. However, the value of the magnitude of the angular velocity itself can be changed by the operator or automatically depending on the magnitude of the electrical signals entering the electronic circuit 3 from the sensitive elements of the matrix electronic image receiver 2 during the measurement. The ratio of the angle of the sector α, within which the radiation from object 4 reaches the receiving area of the matrix electronic image receiver 2 without spectral selection, to the angle of the sector (360 ° -α), within which the radiation from the object 4 reaches the receiving area of the matrix electronic image receiver 2 through the spectrally selective element 7 is chosen so that the exposure times for the primary and secondary recordings of electrical signals from the sensitive elements of the matrix electronic image receiver Nia 2 were the same. The drawing shows an embodiment of the sensor angular position 13,

включающего оптронную пару, а также щели 15 и 16 в непрозрачной части экрана 17. При вращении экрана 17 с установленным на нем спектрально-селективным элементом 7 с выхода фотоприемника оптронной пары в модуль синхронизации 11 поступают импульсы, фиксирующие начало и окончание основной и дополнительной регистрации электрических сигналов с чувствительных элементов матричного электронного приемника изображения 2..including the optocoupler pair, as well as the slots 15 and 16 in the opaque part of the screen 17. When the screen 17 is rotated with a spectrally selective element 7 mounted on it, pulses are received from the output of the photodetector of the optocoupler to the synchronization module 11, fixing the start and end of the main and additional registration of electrical signals from the sensitive elements of the matrix electronic image receiver 2 ..

Заявляемое устройство работает следующим образом. Оптическую систему 1 устройства ориентируют в пространстве таким образом, чтобы ее оптическая ось была направлена в сторону исследуемого объекта 4. Нагретый до заранее неизвестной температуры Т, расположенный на заранее неизвестном расстоянии до устройства объект 4, имеющий известное спектральное распределение яркости Ф(λ,T) испускает электромагнитное излучение в том числе в спектральном диапазоне от 7 мкм до 14 мкм. Оптическая система 1 устройства, направленная в сторону объекта, частично улавливает это излучение и формирует на приемной площадке матричного электронного (например, неохлаждаемого микроболометрического на основе аморфного кремния) приемника 2 изображение данного объекта 4 с необходимым для его распознавания пространственным разрешением. При осуществлении основной регистрации электрические сигналы, пропорциональные интегралу , гдеThe inventive device operates as follows. The optical system 1 of the device is oriented in space so that its optical axis is directed toward the object under study 4. Heated to a previously unknown temperature T, located at a previously unknown distance to the device, object 4 having a known spectral distribution of brightness Φ (λ, T) emits electromagnetic radiation, including in the spectral range from 7 microns to 14 microns. The optical system 1 of the device directed towards the object partially captures this radiation and forms an image of this object 4 with the spatial resolution necessary for its recognition at the receiving site of a matrix electronic (e.g., uncooled microbolometric based on amorphous silicon) receiver 2. In the main registration, electrical signals proportional to the integral where

Ф(λ, T) - спектральное распределение яркости объекта;Ф (λ, T) is the spectral distribution of the brightness of the object;

k(λ) - нормированная спектральная чувствительность элементов матричного электронного приемника изображения;k (λ) is the normalized spectral sensitivity of the elements of the matrix electronic image receiver;

λ₁, λ₂ - значения длин волн спектрального диапазона интегрирования, выбранные таким образом, что по меньшей мере часть спектрального диапазона, ограниченного этими значениями, перекрывается спектральным диапазоном чувствительности матричного электронного приемника изображения в пределах интервала длин волн от 7 мкм до 14 мкм,λ ₁ , λ ₂ - wavelength values of the spectral range of integration, selected in such a way that at least part of the spectral range limited by these values is blocked by the spectral sensitivity range of the matrix electronic image receiver within the range of wavelengths from 7 μm to 14 μm,

с выхода матричного электронного приемника изображения 2 поступают на вход электронной схемы 3 для приема и обработки данных об изображении объекта 4. Указанная электронная схема 3 включает необходимые средства для оцифровки поступающих на ее вход сигналов, например, аналого-цифровой преобразователь и средства для формирования из полученных таким образом цифровых данных основного массива цифровых данных изображения объекта 4. Далее данные основного массива поступают в блок определения температуры объекта 8, а именно, в модуль памяти 9, где и сохраняются в области, отведенной для основного массива цифровых данных изображения объекта 4. На этом этапе работы устройство обеспечивает отображение нагретого объекта 4 в ИК диапазоне спектра. Данное «тепловое» изображение объекта 4 может быть воспроизведено, например, на экране монитора, подключенного к выходу модуля памяти 9 через стандартный тракт формирования видеосигнала. Для цели термографирования, т.е. определения значений температуры различных участков объекта 4, из блока питания и управления 5 устройства на вход средства 6 по команде оператора (или автоматически с определенной частотой, задаваемой оператором) поступает сигнал для введения в оптическую систему 1 спектрально-селективного элемента 7, имеющего монотонную зависимость пропускания от длины волны излучения τ(λ) from the output of the matrix electronic image receiver 2 is fed to the input of the electronic circuit 3 for receiving and processing data about the image of the object 4. The specified electronic circuit 3 includes the necessary means for digitizing the signals received at its input, for example, an analog-to-digital converter and means for generating from the received thus, the digital data of the main array of digital image data of the object 4. Next, the data of the main array are sent to the temperature determination unit of the object 8, namely, the memory module 9, where e and stored in the area reserved for the main array of digital image data of the object 4. At this stage, the device provides a display of the heated object 4 in the infrared range of the spectrum. This "thermal" image of object 4 can be reproduced, for example, on a monitor screen connected to the output of the memory module 9 through a standard path for generating a video signal. For the purpose of thermography, i.e. to determine the temperature values of various sections of the object 4, from the power supply and control unit 5 of the device to the input of means 6 at the command of the operator (or automatically with a certain frequency specified by the operator), a signal is supplied for introducing into the optical system 1 a spectrally selective element 7 having a monotonic transmission dependence on the radiation wavelength τ (λ)

в спектральном диапазоне от 7 мкм до 14 мкм, например, поглощающего фильтра из флюорита. Таким образом, реализуют условия осуществления дополнительной спектральной селекции излучения, падающего на приемную площадку матричного электронного приемника изображения 2, в пределах указанного интервала длин волн. После этого, в результате дополнительной регистрации электрические сигналы, пропорциональные интегралу , где с выхода матричного электронного приемника изображения 2 поступают на вход электронной схемы 3 для приема и обработки данных об изображении объекта 4 с учетом спектральной селекции испускаемого им излучения. В электронной схеме 3 осуществляют аналого-цифровое преобразование данных сигналов и направляют их в цифровом виде на вход модуля памяти 9, где они сохраняются в области, отведенной для дополнительного массива цифровых данных изображения объекта 4. Далее из блока питания и управления 5 устройства на вход блока определения температуры объекта 8 по команде оператора (или автоматически с определенной частотой, задаваемой оператором) поступает сигнал для формирования массива цифровых данных температуры объекта 4. По данному сигналу с выхода модуля памяти 9 на вход вычислительных средств 10 поступают основной и дополнительный массивы цифровых данных изображения объекта 4. Вычислительные средства 10 осуществляют вычисление отношений значений данных массивов и далее устанавливают соответствие между этими значениями и значениями температуры T отдельных участков объекта 4 по градуировочной зависимости, вид которой определяется оператором и вводится в модуль хранения in the spectral range from 7 μm to 14 μm, for example, an absorbing filter of fluorite. Thus, the conditions for the implementation of additional spectral selection of radiation incident on the receiving platform of the matrix electronic image detector 2 are realized within the specified wavelength range. After that, as a result of additional registration, electric signals proportional to the integral , where the output of the matrix electronic image sensor 2 is input to an electronic circuit 3 for receiving and processing data about the image of object 4, taking into account the spectral selection of the radiation emitted by it. In the electronic circuit 3, an analog-to-digital conversion of these signals is performed and sent digitally to the input of the memory module 9, where they are stored in the area reserved for an additional array of digital image data of the object 4. Next, from the power supply and control unit 5 to the input of the unit to determine the temperature of object 8 at the command of the operator (or automatically at a certain frequency specified by the operator), a signal is supplied to form an array of digital data on the temperature of object 4. According to this signal, output After the memory 9 is inserted, the main and additional arrays of digital image data of the object 4 are received at the input of the computing means 10. The computing means 10 calculate the ratios of the values of these arrays and then establish the correspondence between these values and the temperature values T of individual sections of the object 4 by the calibration dependence, the form of which is determined operator and entered into the storage module

градуировочных данных 14 непосредственно перед началом работы устройства в случае, если известно спектральное распределение яркости объекта 4 Ф(λ, T). Если спектральное распределение яркости объекта 4 перед началом работы неизвестно, вычислительные средства 10 устанавливают указанное выше соответствие по градуировочной зависимости, вид которой определен исходя из предположения, что Ф(λ, T) совпадает с спектральным распределением яркости абсолютно черного тела и предварительно занесен в модуль хранения градуировочных данных 14. С выхода вычислительных средств 10 данные о температурном распределении объекта 4 через стандартный тракт формирования видеосигнала также могут быть переданы на экран монитора для отображения.calibration data 14 immediately before the device starts to work if the spectral distribution of the brightness of the object is 4 F (λ, T). If the spectral distribution of the brightness of object 4 before starting work is unknown, computing tools 10 establish the above correspondence according to a calibration dependence, the form of which is determined on the assumption that Φ (λ, T) coincides with the spectral distribution of brightness of an absolutely black body and is previously stored in the storage module calibration data 14. From the output of computing means 10, data on the temperature distribution of object 4 through a standard path for generating a video signal can also be transmitted to and a monitor screen to display.

Таким образом, в настоящей полезной модели предложено устройство для термографирования, направленное на повышение качества термографирования удаленных слабо нагретых объектов. Заявленный технический результат, а именно повышение точности определения температуры, достигается за счет реализации новой совокупности признаков устройства.Thus, in this utility model, a thermographic device is proposed that is aimed at improving the quality of thermography of distant, slightly heated objects. The claimed technical result, namely improving the accuracy of determining the temperature, is achieved through the implementation of a new set of features of the device.

Claims

1. A device for thermography, comprising an optical system, an optical matrix image sensor that is optically coupled to the output of the optical system, an electronic circuit for receiving and processing image data of the object, electrically connected to the output of the matrix electronic image receiver, and a power and control unit, characterized in that the device further includes means for introducing into the optical system and removing from it a spectrally selective element having a monotonic dependence transmittance from the radiation wavelength in the spectral range from 7 to 14 μm, an object temperature determination unit, including a memory module and computing means for determining an array of digital object temperature data from its digital image data, wherein the sensitive elements of the matrix electronic image receiver are configured to detect thermal radiation of the object mainly in the specified spectral range.

2. The thermographic device according to claim 1, characterized in that the spectrally selective element is made in the form of an absorbing filter of fluorite.