SU473906A1 - Инфракрасный радиометр - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области измерительной техники и предназначено дл  измерени  тепловых контрастов в естественных и лабораторных услови х по их собственному ИК-излучению.

Радиометр может найти широкое применение в различных област х техники, в частности , при вы влении перегретых участков псчей дл  обжига цемента, сравнении излучени  отдельных деталей, узлов электроппых схем н элементов схем с аналогичными, наход щимис  в допустимом тепловом режиме; при вы влении трасс трубопроводов и мест napynieни  их герметичности по тепловому контрасту с окружающей поверхностью Земли.

Известны инфракрасные радиолгетры, состо щие из зеркального объектива, выполненного по схеме Кассегрена, зеркального модул тора , дополнительного зеркала, источника опорного излучени , оптического фильтра фотоприемника и регистрирующего усилител .

Измерение контрастной силы излучени  объекта такими радиометрами производитс  по следующей схеме:

Определ ют силу излучени  фона без объекта /ф .

Определ ют силу излучени  при наличии в поле зрени  объекта

Ф Т об э

где /об- силз. излучени  объекта;

/ф- сила излучени  фона, не заэкранированного объектом.

Искома  величина равна разности измереренных значений, т. е.

А/(/ф+/„о)-/ф(1)

Однако такой радиометр при измерении

тепловых контрастов не обеспечивает нолучени  достоверных результатов при изменении угла вертикального визировани  при корректировке наводки или вследствие качки при установке аппаратуры на подвижном носителе, например корабле.

Действительпо, при любом изменении угла визировани  будут измен тьс  соотнощени  воздушной и водной (или земной) частей фона (фиг. 1). Следовательно, различными будут и величины фоновых излучений /ф н

/ф, вход щие в конечное выражение (1), измер емые в различные моменты времени.

Возникающа  при этом погрещность измерений может быть весьма значительной, так как даже при установке радиометра на гиростабилизированной платформе пестабильность визировани  достигает ±6 т. д.., что на днстанцни 5 км дает вертикальное смещение пол  зрени  до ±30 м.

Конструкци  радиометра не обеспечивает

автокомпенсацию фонового излучени  при измеиеыии его величины. Поэтому при высокой чувствите.тьности радиометра и «гор чем фоне регистрирующий усилитель будет перегружен фоновым сигналом.

Радиометр имеет заметную погрешность в диапазоне 8-14 мкм, обусловленную изменением окружаюш,их температур. Оптическа  схема радиометра «Оптитерм не  вл етс  симметричной по измер емому и опорному лучистым потокам.

Поэтому к измер емому потоку добавл етс  собственное излучение объектива, которое зависит от его температуры и неизбежно мен етс  в натурных услови х.

Радиометр не регистри рует непосредственно контраст тепловых потоков от измер емых объектов. Дл  определени  теплового контраста необходимо провести по крайней мере два измерени , осуществл емые не одновременно, что .может привести к дополнительной погрешности при исследовапии быстромен ющихс  тепловых процессов.

Дл  повышени  точности измерений и регистрации теплового контраста между двум  участками поверхности в процессе одного измерени  в предлагаемое устройство введен дополнительный фотоприемпик, и оба фотоприемника симметрично с.мещены в фокальной плоскости относительно главной оптической оси и помещены в цилиндрический модул тор , ось вращени  которого параллельна фокальной плоскости и оси си.мметрии чувствительных площадок фотоприемников, проход щей через их цеитры.

Кроме того, в иредлагаемо.м устройстве цилиндрический модул тор может быть снабжен двум  одинаковыми продольными выреза .ми, расположенными симметрично относительно оси вращени  модул тора так, что продольна  сторона выреза, совпадающа  с образующей цилипдра, параллельна оси симметрии чувствительных площадок фотоприемников , проход щей через их центры.

На фиг. 2 - показана схема описываемого ИК-радиометра; на фиг. 3 - ход лучей.

Радиометр состоит из зеркального объектива 1, двух фотоприемников 2, 3, расположенных в фокальной плоскости, оптического фильтра 4, цилиндрического модул тора 5, приводимого во вращение двигателем 6, и регистрирующего усилител  7.

Фотоприемники смещены относительно главной оптической оси на равные рассто ни . Поэтому радиометр имеет два пол  зрени  (а-а и б-б на фиг. 3), разнесенных на некоторый угол а. Величину смещени  определ ют из услови , чтобы на дистанции измерени  объект не попадал одновременно в оба пол  зрени .

Цилиндрический модул тор, как показано на фиг. 2, имеет два симметричных пр моугольных выреза. Оба фотоприемника и оптический фильтр помещены внутри модул тора , причем ось вращени  модул тора параллельна оси креплени  фотоприемников и фокальной плоскости.

Устройство работает следующим образом. При вращении цилиндрический модул тор синхронно перекрывает пол  зрени  фотоприемников , и на них попадает либо одинаковое излучение внутренних стенок модул тора , либо лучистые потоки, сфокусированные объективом. Так как перекрытие полей зрени  фотоприемииков ироисходит одновременно и в одинаковом направлении, то в каждый момепт времени лучистые потоки от воздушной и водной (земной) частей фона, объектива , модул тора и фильтра равны, и при достаточно однородном фоне на выходе фотоприемников разностный сигнал отсутствует.

При по влении в одно.м из полей зрени  измер емого объекта или участка поверхности с отличающейс  температурой по вл етс  разностный сигнал, который усиливаетс  и

регистрируетс . Пзмерени  воз.можны и при не полностью идентичных фонах в пол х зрени  прибора. Необходимо лишь, чтобы сигнал от объекта и фонового небаланса не превысил предельно возможную регистрируе.мую

величину.

Таким образо.м, на показани  радиометра не вли ет изменение угла визировани , так как оба пол  зрени  отклон ютс  одновре .менно. Следовательно, одновременно будет

измен тьс  и соотношение воздушной и водиой (земной) частей фона и прп примененном способе модул ции лучистых потоков баланс не нарушитс .

Ввиду полной симметрии схемы обеспечиваетс  автокомпенсаци  собственных излучеиий объектива, фильтра и модул тора, что исключает погрешности, св занные с нестабильностью их температуры.

Радиометр регистрирует непосредственно

тепловой контраст. Вследствие автокомпенсации фоновых излучений отсчет измер емой величины производитс  от уровн , близкого к нулевому, что позвол ет уменьшить требуемый динамический диапазон. Измерение контраста можно производить независимо от абсолютного уровн  фонового излучени , т. е. как на «гор чем, так и «холодном фоне.

Предмет изобретени 

Claims (2)

1. Инфракрасный радиометр, состо щий из зеркального объектива, фотоприемника с оптическим фильтром, модул тора и регистрирующего усилител , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений

и регистрации теплового контраста между двум  участками новерхности в процессе одного измерени , в устройство введен дополнительный фотоприемник, и оба фотоприе.мника симметрично смещены в фокальной плоскости относительно главной оптической оси и помещены в цилиндрический модул тор, ось вращени  которого параллельна фокальпой плоскости и оси сим.метрии чувствительных площадок фотоприемников, проход щей через их центры.

2. Радиометр по п. 1, отличающийс  тем, что цилиндрический модул тор снабжен двум  одинаковыми продольными вырезами, расположенными симметрично относительно оси

вращени  модул тора так, что продольна  сторона выреза, совпадающа  с образующей цилиндра, параллельна осп симметрии чувствительных площадок фотоприемников, проход п;ей через пх центры.

о

,Т

up,