SE443874B - Anordning for att meta temperaturen hos ett foremal fran den infraroda stralningen som foremalet avger - Google Patents

Description

+ßßee¿w.»w 10 15 20 25 30 35 temperaturreferensens yta att bli nedsmutsad så att härigenom wtwdflriaia-.tuï-*äylffd :w ”r ». . förändras ytemissionsförmågan som påverkar kalibreringen av anordningen.

Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att åstadkomma en anordning för att mäta temperaturen av ett före- mål från infraröda strålningen avgiven därifrån och som är o- påverkad av moderata grader av nedsmutsning, kemikalier, vat- ten och liknande.

I enlighet med föreliggande uppfinning innefattar en apparat eller en anordning.för att mäta temperaturen av ett föremål från den infraröda strålning n som föremålet avger följande delar: ett hölje med en öppning för mottagning av infraröd strålning från föremålet, en kropp av infraröda strålar överförande material fäst vid höljet vid öppningen, vilken kropp har en ej övertäckt första del som är öppen för att mottaga infraröd strålning från föremålet och en övertäckt andra del som är förhindrad att mottaga infraröd strålning från föremålet, medel för att variera temperaturen för kroppen. varige- nom den infraröda strålningen avgiven därifrån varieras, en detektor för infraröd strålning och medel för att observera föremålet genom nämnda första del av kroppen för air s*yra infraröd-strålningen mot detektorn alternativt från den första till den andra delen av kroppen, servodrivning förenad mellan detektorns uteffekt och _" medlet för temperaturvarieringen för att driva kroppens tem- É peratur till dess detektorn alstrar en nolldifferentialut- Ä , “É- .ärwzj ->. effektsignal, och M medel för att bestämma temperaturen för kroppen som ett mått för temperaturen hos föremålet när detektorns differen- tialuteffektsignal är noll.

Man skall inse att vid föreliggande uppfinning den täckta andra delen av kroppen av infraröd strålning överfö- rande material fungerar såsom en temperaturreferens medan den otäckta första delen av kroppen fungerar som ett fönster för strålning från föremålet. Vidare 8: anordningen enligt föreliggande uppfinning icke påverkad av nedsmutsning på fönst- ret därför att strålningen från föremålet som absorberas av 1ï@flw@*n-*ss*wwt,H,ik@f 10 15 20 25 30 35 3 8207157-2 *o fönstret.och dess nedsmutsning är exakt kompenserad av emissionen från fönstret och dess nedsmutsning, vilka båda effektivt är temperaturreglerade när det finns en nolldiffe- rentialuteffektsignal från detektorn. Det skall noteras att amplituden för differentialsignalen, när den föreligger, år beroende av graden av nedsmutsning hos fönstret och på de- tektorns känslighetstendens, men ingendera faktorn påverkar ~ den temperatur hos kroppen vid vilken en nolldifferential- uteffektsignal uppnås från detektorn.

Föreliggande uppfinning baserar sig på det antagandet att vilken som helst nedsmutsning som vidhäftar fönstret snabbt bringas att få samma temperatur som fönstret genom termisk ledning därifrån, vilket gäller för moderata grader av nedsmutsning och när nedsmutsningen är av begränsad tjock- lek såsom kan inträffa vid vattendroppar som då således en- bart ytan av det nedsmutsande materialet måste vara i kontakt med fönstret. Om graden av nedsmutsning av fönstret är sådan att det helt förmörkas kommer en nolldifferentialuteffekt- signal att erhållas oberoende av föremålets temperatur och för att undvika detta kan det vara nödvändigt att göra ren utsidan av fönstret periodiskt t.ex. genom att använda en automatisk rengöringsanordning. Med ett sådant arrangemang kan självstrålningen från torkanordningen användas såsom säkerhetskontroll. Samma torkanordning kan användas för att eliminera huvudsakliga upphovet till den svårigheten att an- vända apparaten som beror på närvaron av nedsmutsning med låg emissionsförmåga. Det vill säga, nedsmutsning som varken har god genomsynbarhet eller hög reflektionsförmåga. Den tidigare typen av nedsmutsning kan ge oönskade refraktioner så att detektorn mottager strålning från ett oavsett före- mål, medan den senare typen av nedsmutsning kan förorsaka detektorn att mottaga icke önskad strålning från anordningens inre. Om emellertid detektorn är känslig för strålning en- bart inom rådet 8-14 pm kan dessa svårigheter i stor utsträck- ning minskas, om inte helt elimineras, därför att inom detta spektrumområde har de flesta nedsmutsningarna hög emissions- förmåga. -s Föreliggande uppfinning ger exakt kompensering för nedsmutsningar när de fyra strålkällorna (dvs. föremålet, nedsmutsande ämen, fönstret och referenskällan) var och en ,, . ..._....»..._. ah@rs2o71s7-2 10 15 20 25 30 35 40 är av sama emissionsförmåga eller är var och en en svart strålkropp men en acceptabel kompensationsnivå kan uppnås även när dessa förhållanden inte är för handen. vad beträffar termiska gradienter i kroppen med in- fraröd strålning överförande material så är det mycket önsk- värt att ingen temperaturgradient förefinnes mellan första och andra delarna av kroppen, vilket kan uppnås genom att välja en lämpligt stor kapacitet av temperaturvariations- medel, men gradienterna genom dessa delars tjocklek påver- kar inte anordningens funktion. Lämpligt är att materialkrop- pen utgöres av germanium, men skilda andra kända material som överför infraröd strålning kan användas och medlen för att bestäma temperaturen hos kroppen kan vara i form av en termisk avkännare insatt däri, t.ex. en motståndstråd av platina.

En utföringsform av föreliggande uppfinning kommr nu att beskrivas i exemplifierande syfte med hänvisning till bifogade ritningsfigurer.

Figur 1 visar därvid schematiskt en anordning enligt föreliggande uppfinning och figur 2 visar en modifierad form av en detalj härtill.

Funktionen för utföringsformen förstås bäst om detek- torn 1 betraktas såsom strålningskälla snarare än strålninge- mottagare såsom det i själva verket förhåller sig. Detektorn är placerad vid fokus för en första konkav spegel 2, som parallellt reflekterar strålningen och en andra konkav spe- gel 3 formar en verklig bild av detektorn nära utsidan av en kropp eller ett block av material 4, vars temperatur skall kontrolleras medelst ett Peltier-effektorgan 6. Vinkelytan innehållande föremålet 12 under undersökningen bestämmes medelst vinkelkonen alstrad av den konkava spegeln 3, När spegeln 2 vrides kring sin rotationsaxel 9 avböjes bilden av detektorn från högra halvan 4A av kroppen 4 och som ver- kar som ett fönster till vänstra halvan 43 av kroppen 4, vilken har behandlats vid 5 genom beläggning för att göra den ogenomskinlig och med hög emissionsförmåga så att den fungerar såsom en temperaturreferens.

Den svängande spegelns 2 yta är placerad väsentligen vid fokus för spegeln 3, så att strålningskonen från detek- torn so träffar på kroppen 4 rör sig på ett telecentriskt uføí ~. <å<.a.:»~.,5-._ <4 1 _ .- ^- v 5 0¿Ul10/“Z sätt (dvs. utan förändring av konvinkelnl när spegeln 2 .É svlnger. Svängningen för spegeln 2 förorsakar sedan detek- torn 1 att alstra en differential uteffektsignal, vars amp- litud är beroende av temperaturskillnaden mellan referensen 5 S och föremålet. Denna signal ledes in i en elektronisk ser- s vodrivning 10 tillsammans med en fassignal från en vinkel- Ä avkännare 11 vid den svängande spegeln 2, varvid den senare signalen behövs för att bestäma betydelsen av differential- signalen. Drivningen 10 styr sedan Peltier-organet 6 till 10' dess noll uppnås i detektorns differentialuteffektsignal.

Referensens temperatur avläses sedan från en sensor (ej vi- sad) förenad med kroppen 4. sensorn kan vara vilken som helst av kända sådana organ (t.ex. termoelement, termistor) som f, ',,-; _, w a» _, -.~ .-r kan kalibreras korrekt. För att undvika temperaturgradien- 15 ter skall fönstret ha hög termisk ledningsförmåga och ger- manium är förmodligen det bästa valet för de flesta appli- kationer.

Man inser att om temperaturen för föremålet skulle under undersökningen snabbt förändras kommer termiska tids- 20 konstanten för den kontrollerade kroppen 4 att vara sådan att servosystemet omöjligen kan upprätthålla en nolldiffe- rentialsignal för någon tid under och efter förändringen.

För många applikationer skulle detta inte betyda något, men om signalnivân från detektorn mätes, ger den en indikation 25 för temperaturfelet och kan användas för att korrigera mät- ningen. Denna korrektionssignal är proportionell mot detek- g- torns känslighet och kroppens 4 transmittans, men emedan i f de flesta applikationer korrektionen skulle vara liten, skulle felen i korrektionssignalen ha liten effekt på upp- 30 skattad temperatur för föremålet under undersökningen.

Föreliggande uppfinning år på intet sätt begränsad till utföringsformen enligt figur 1. Detektorn 1 kan t.ex. avbildas medelst en lins eller linser snarare än speglar och den periodiska avböjningen av detektorbilden kan utfö- 35 ras medelst rotation eller translation av en reflekterande komponent eller en brytande komponent, eller till och med\~"§ medelst translation för detektorn sjalv eller öppningsbe- gränsningen 7. Även om apparaten som visas är ett "betraktande" in- Å 40 s-rument, som mäter medeltenperaturen för en relativt stor_ ÉI .w ,~§,;_íf,f.,=_.-_;;.r.~_ .k ' ïfl. = .of », ' V ö2U/1b7"2 10 15 area, kan samma princip vara tillämplig för ett avsökande instrument. I senare fallet skulle ingångspupillen för syste- met vara placerad på fönstret och den termiska referensen skulle bestå av ett enissionsmönster på fönstret. Denna referens skulle installas till dess medeldetektorsignalen anordnad över hela avsökningen är noll, varvid felsignaler från skilda delar av det avsökta fältet ger ett mått på av- vikelsen från medeltemperaturen. Detta fel skulle naturligt- vis påverkas av fönsternedsmutsning, men medeltemperaturen skulle bli korrekt känd.

Figur 2 visar en modifierad form av kroppen 6 i stör- re detalj. I detta fall är höljet 8 försett med en öppning 16 i vilken är insatt kroppen 4 omgiven av termisk isolering 17. Kroppen 4 är termiskt bunden till ett par Peltier-effekt- organ 6A, 68 medelst kopparledare 17A, 173. Temperaturrefe- rensen 5 är bildad av en svart beläggning eller ett svart skikt på utsidan av kroppen 4 som är gjord av germanium.

Claims (6)

UA-Ulldl l- 7 PATENTKRAV

1. Anordning för att mäta temperaturen hos ett föremål>"” från den infraröda strålningen som föremålet avger, k ä n - n e t e c k n a d av kombinationen: ett hölje (8) med en öppning för mottagning av infra- röd strålning från föremålet, en kropp (4) av infraröda strålar överförande material fäst vid höljet (8) vid öppningen, vilken kropp (4) har en ej övertäckt första del (4A) som är öppen för att mottaga infra- röd strålning från föremålet (12) och en övertäckt andra del (4B) som är förhindrad att mottaga infraröd strålning från fö- remålet (12), '3 medel (6) för att variera temperaturen för kroppen (4), varigenom den infraröda strålningen avgiven därifrån varieras, en detexcør (1) för infraröd stråminq och medel (2, 3) för att observera föremålet (12) genom nämnda första del av kroppen (4A) för att styra infraröd-strålningen mot detektorn (1) alternativt från den första (4A) till den andra (48) delen av kroppen (4), servordrivning (10) förenad mellan detektorns uteffekt och medlet (6) för temperaturvarieringen för att driva krop- pens (4) temperatur till dess detektorn (1) alstrar en noll- differentialuteffektsignal, och medel för att bestämma temperaturen för kroppen (4) som ett mått för temperaturen hos föremålet (12) när detektorns differentialuteffektsignal är noll.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att kroppen (4) och en beläggning (5) som begränsar den täckta andra delen (48) därav har väsentligen samma karakteristika för emissionsförmågan.

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a d av att det temperaturvarierande medlet (6) har tillräck- ligt termisk kapacitet för att ingen termisk gradient skall förefinnas mellan den första delen av kroppen (4A) och andra delen av kroppen (48). »a2o11s7-2 8

4. Anordning enligt något av föregående krav, k I n - n e t 0 c k n a d av att den infraröda detektorn (1) är känslig enbart för strålning i orådet 8-14 pm.

5. Anordning enligt något av föregående krav, k 8 n - n e t e c k n a d av att nämnda medel (2, 3) för att väx- lande styra strålningen mot detektorn (1) innefattar en svängbar del (2) och att en vinkellägesavkännare (11) är' anordnad där, vars uteffekt avlämnas till nämnda servodriv- medel (10) för att bestämma betydelsen för vilken som helst icke-nolldifferentialsignal ålstrad av detektorn (1).

6. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n - n e t e c k n a d av att detektorn (1) och kroppen (4) är placerade vid konjugata fokallägen för nämnda medel (2, 3) för växlande styrning av strålningen.