SU991192A1 - Устройство дл исследовани температурных полей - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к термометрии и может быть использовано дл  исследовани  тегдпературных полей на поверхности различных объектов,-в частности радиоэлектронных плат, с целью обнаружени  областей максимального перегрева, оптшдазации конструкции изделий с точки зрени  теплового режима их работы и т.д.

Известно устройство дл  исследовани  температурных полей, содержащее источник б влого света (лампу накали-. Ёани , конденсор, обеспечиванадий параллельный пучок белого света, и термочувствительный элемент, выполненный на основе оптически неоднородной смеси веществ с близкими показател г .ш прелоютени  и различными температурныни коэффициентаг-и показателей преломление 1.

Однако такое устройство не обеспечивает высокой точности измерени  текшературы ввиду плохой контрастности цветовой картины.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  устройство дл  исследовани  температурных полей, содержащее источник белого света, конденсор, диафрагму, установленную перед матовым экраном.

и TiepMO 4y ветви тельный элемент, выполнейныи в виде прозрачной кюветы, , заполненной оптически неоднородной смесью компонентов с близкими пока:3ател ми преломлени  и различными тe mepaтypны.ш коэффициентами показател  11ореломпени  t

В таком устройстве изготовление терьючувствительного элемента натгш10 киваетс  на проблему получени  тонких стекл нных пластин либо- полимерных пленок, выполн ющих функции ограничительных стенок термочувствительного элементна, предохран ющих его от

15 загр знени  и т.д. и отличающихс  высокой степенью плоскостности. Последнее трудно реализовать на практике при размерах платы более 15x15 мм. В результате из-за неплоСкостности

20 термочувствительных элементов изображение полезного светового сигнала в фокальной плоскости от;- различных термочувствительных элементов различно в зависимости от их индивидуальных

25 особенностей. Это усложн ет отделение полезного, светового сигнала от рассе нной световой компоненты методом диафрагмировани  и приводит к снижению точности измерени  температурно30 го пол . Более этого, дискретный характер визуализации изотерм, определнел-ый конечным числом используемых светофильтров также снижает точность ис;следовани  температурного пол . Целью изобретени   вл етй  повышение точности измерени  теьшературы .. Поставленна  цель достигаетс  тем,что в устройство дл  измерени  Температурных полей, содержащее источник белого света, конденсор, диафрагму , установленную перед матовым экраном, и термочувствительный элемент, выполненный в виде прозрачной кюветы, заполненной оптичес ки неоднородной смесью компонентов с близкими показател ми преломле ни  и различными теглпературными коэффициентами показател  преломлени  введены непрозрачный трафарет, нанесенный на отражающую поверхность зер кала, установленного за конденсором с возможностью перемещени  перед диафрагмой , и выполненный -вместе с диафрагмой с набором отверстий, спёк троразлагающий элемент, установленный в апертуре, источника света че . рез дополнительный конденсор с возможностью фиксируемого углового пово рота, система щелевых диафрагм и поворотных зеркал, расположенных между спектроразлагающим элементом и матовым экраном, . Кроме того, отверсти  непрозрачного трафарета и диафрагмы выполнены -в-форме эллипсов и пр моугольников с различным соотношением осей и сторон i Причем зеркало и диафрагма укреплены на пластинах из ферромагнитного материала, установленных на непоДвиж ных магнитах свозможностью скольжени  по их поверхности. На фиг. 1 приведена схема устройства дл  исследовани  температурных полей; на фиг. 2 - поверхность непрозрачного трафарета с набором от;верстий; на фиг. 3 - поверхность диафрагмы . Устройство содержит источник бел го света (лампа накаливани  ) 1, лин зы 2 и 3, рбразую1дае конденсор дл  формировани  параллельного пучка света, диафрагму 4, экран 5, матиро ванный со стороны наблюдател , терм чувствительный ;элемент, выполненный в виде прозрачной кюветы б с зеркал ныг4 покрытием 7 на ее основании, за полненной оптически неоднородной смесью компонентов с близкими пока зател ми преломлени  и различными температурными коэффициентами показател  преломлени , непрозрачньй тр фарет 8, нанесенный на отражак цую поверхность зеркала 9, спектроразла -гающий элемент (дифракционнгш решет ка) 10, освещаемый от источника света 1 через дополнительный конденсор (линзу ) .11, щелевые диафрагмы 12 и 13, поворотные зеркала 14 и 15. Непрозрачный трафарет 8 и диафрагма 4 выполнены с набором отззерстий 16 и 17 в форме эллипсов и пр моугольников с различным соотношением осей и сторон. Диафрагма 4 в Простейшем варианте выполнена из материала с ферромагнитными свойствами и установлена на поверхности магнитов 18, закрепленных на державке 19, и удерживаетс  силами магнитного прит жени , что обеспечивает также возможность ее поворота и перемещени  путем скольжени  по поверхности магнитов с фиксацией ее в любом нужном положении . Зеркало 9 с нанесённым на его поверхность непрозрачным трафаретом 8 укреплено На пластине 20, выполненной из ферромагнитного материала. Пластина 20 прижата силами магнитного прит жени  JK магнитам 21, за репленным на поверхности пластины 22, также выполненной из материала с ферромагнитными свойствами. Пластину 20 можно перемещать в нужное положение путем скольжени  по поверхности маггитов 21, при этом силами м агнитного Прит жени  ее положение фиксируетс . Пластина 22 установлена с возможностью углового noBOipoTa в двух взаимно перпендикул рных направлени х. Положение ее выбираетс  таким, чтобы све товой пучок, прсйиёдший сквозь термочувствительный элемент, отразившись от зеркала 9, попал на экран 5. Дополнительный конденсор 11 обеспечивает параллельность части пучка белого света от источника 1, направл емого через щелевую диафрагму 12 на спектроразлагающий элемент 10, закрепленный на пластине 23, обеспечивающей возможностьуглового поворота дифракционной решетки с помощью винта 24. Поворотные зеркала 14 и 15 направл ют световой пучок, отраженный дифракционной решеткой 10, в направлении экрана 5 сквозь щелевую диафрагму 13, ограничивающую спектральную ишрину пучка света. Зеркало 15 установлено так, что направл ет световой пучок от спектро- разлагающего элемента 10 в область своей тени на экране 5 от основного светового потока, формирующего на экране визуализированную картину исследуемого температурного пол . Изменение спектрального состава света в пучке от спектроразлагающего элемента 10 обеспечиваетс  его угловым поворотом относительно системы зер .кал 14 и 15 и щелевой диафрагмы 13. Спектральный состав света, направл емого на экран 5, определ етс  по углу

поворота лифракционной решетки 10, фиксируемого по шкале, которой снабжен винт 24.

Устройство работает следунвдим образом.

На исследуемый объект., например радиоэлектронную плату 25 с размещенными на ней радиокомпонентами, устанавливают кювету с оптически неоднородной смесью компонентов зерка но отражающим слоем 7 книзу. При этом должен &1ть обеспечен хороший тепловой контакт между кюветой. 6 и исследуемым объектом. После установлени  теплового равнов&си  включают осветитель (лампу накаливани  1 ). Параллельный пучок белого света, сформированный конденсорной линзой 2 проход  сквозь кювету 6 двукратно, отразившись от зеркального покрыти  7 на её основании, измен ет свой спектральный состав. В зависимости от температуры каждого участка термочувствительного элемента, он беспреп тственно пропускает свет той дрпсины волны, дл .которой совпадают показатели i преломлени  компонентов , оптически неоднородной смеси и рассеивает весь остальной свет в пределах широкого телесного угла.В результате соответственно распределению температур на объекте сквозь разные участки термочувствительного эп&лвнта по закона геометрической оптики пройдет свет разного спектрального состава. Этот свет несет полезную информа1: ю о температурном поле Объекта. Пройд  териючувствител ный элемент, свет фокусируетс  линзами 2 и 3 (последн   компенсирует аберрации первой ) Фокальной :плоскости конденсора. Световой пучок, рассе нный термочуаствительн1Я 1 элементом также фокусируетс  конденсором, однако в других точках фокальной ;Плос ;кости конденсора. При этом, если бы. термочувствительный элемент отличалс  идеальной плоскостностью, то изображение п элёэного светового сигнала в фокальной плоскости конден- . .сора точно соответствовало по форме и размерам телу нгисала 1.

г-

Зеркало 9 устанавливают а фокальной плоскости конденсора так, чтобы полезный световой .сигнал был сфокусирован на таком зеркальном участке (17 либо 16), который по форме и размерам совпадает с изо бражением его в фокальной плоскости. Это,легко выполнить с учетом индивидуальных особенностей термочувствлстельного элемента благодар  щ остоте перемещени  зеркала 9 путем скольжени  по поверх .ности магнитов 21 и наличию широкого р да участков зеркгшьной поверхности разной формы. Груба  подстройка при наладке осуществл етс  соответствующим угловым поворотом пластины 22. Последн   фиксируетс  так, чтобы свет, отраженный зеркалом 9, падал. на экран 5. При этом полезный световой сигнал отдел етс  от рассе нного потока света к направл етс - на экран. Однако часть рассе нного, света, отразившись от различных зеркальных участков 3epKcUia 9 также может попасть на экран 5. Дл  исключени 

0 этого полезный световой сигнал проходит черезг диафрагму 4. Последн   также содержит р д отверстий различных по форме и размеру и бла тодгмр  простоте перемещени  ее в плсюкости скольжени  также позвол ет ; легко

5 подобрать нужный по форме и размерам зрачок с учетом индивидугшьных особенностей термочувствительного элемента . На практике дл  1рафарета и диафрагмы можно ограничитьс  набором

0 фигур в а липсюв с соотношением осей1:1; ltl,$; 1:2; 1:3; 1:4 при малой оси эллицса, равной 3 и 5 мм, и набором фигур в форме пр моугольника с соотношением сторон 1:1;

5 1:1,5; 1:2; 1:3 и 1:4 меньшей стороне пр моугсшьника, равней 1 и 2 мм, и квадратом 20x20 юн да  грубой наводки. Указанные размеры позвол ют эффективно использовать ре0 альные термочу&стш1ТельШ ге элe 4eнты при неш1О жоствостн не более 0,2 мм дл  шкэдади 60x60 мм.

Далее полезный световой поток попадает ija экран 5 и дает на нем ви5 эуальное изображеш е температурнохю пол  объекта, где каждому соответствует определеннгш теьШература . Часть светового потока лшишы накаливани  1 преобразуетс  конден0 сором 11 в параллельный пучок, из которого с помощью целевой даафрагмы 12 выдел етс  узкий света, падающий на спектроразлагакщийэлемент 10, функции lopTopbro-выполн ет

5 дифракционна  решетка Последн   разлагает белый свет в спектр, который , отразившись от эеркала 14, проходит сквозь 11(елевую диафрагму 13, выдел ющую узкий участок спект0 ра. Причем вариаци  спекзрального состава света и пучке, проьюдщ : сквозь диафрагму 13, осуществл етс  угловым поворот(4 спектрЪразлагакюе го элемента 1о. Последнее реализует .с  с п(.ющью винта 24, снабженного

5 шкалой и действующего как рычаг на пластину 23, к которой прикреплен спектроразлагающий элемент 10.

С помощью зеркала 15 свет опреде0 ленного спектрального- сосгава направл етс  на экран 5 и дает на нем световую метку в области тени зеркала 13, что предохран ет его от смещени  с полезным световым сигнгшом. Путем углового поворота спектрораз5

лагающего элемента 10 с помощью винта 24 подбирают метку, совпадающую по цвету с исследуемы. участком визуализированной картины температурного пол , По градуироэочной характеристике , сй зывающей угловой поворот дифракционной решетки с длиной волны света, выдел емого ею, определ ют последнюю. Затем по градуировочной характеристике термочувствительного элемента, св зывающей длину волны свободно проиедшего сквозь него света с теглпературой, определ юттемпературу соответствующего участка исследуемого объекта.

Метод сравнени  по цвету позвол ет исследовать температурные пол , с высокой точностью благодар  высокой точности идентификации цветов, наблюдаеглых одновременно на совмещенных пол х зрени . Минимально заметна  разница цветоразличи  в длинах воли при сравнении глазом монохроматических цветов в пределах видимой о бласти спектра не превышает 3 нм, что обеспечивает в предлагаемом устройстве точность измерени  температуры не ниже 0,3 К термочувствительных элементов размером до 100x100 глм ординарного качества.

Claims (4)

1. Формула изобретени  1. Устройство дл  исследовани  температурных полей, содержащее источник белого света, конденсор, диафрагму , установленную перед матовы :экраном, и термочувствительный элеМент , выполненный в виде прозрачной кюветы, заполненной оптически неоднородной смесью компонентов с близктт показател ми преломлени  и различными температурными коэффициент§ми показател  преломлени , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени  тe mepaтypы, в него введены непрозрачный трафарет, нанесенный на отражающую поверхность зеркала, установленного за конденсором с возможностью перемещени  перед диафрагмой, и выполненный вместе с диафрагмой с набором отверстий, спектроразлагающий элемент, установленный в апертуре источника, света через дополнительный конденсор с возможностью фиксируемого углового поворота, система щелевых диафрагм и поворотных зеркёш, расположенных между спектроразлагаи цим элементом и матовым экраном .

   .
2. 2. Устройство по п.1, о т л и чающеес  тем, что отверсти  в непрозрачном трафарете и диафрагме

   выполнены в форме эллипсов и пр моугольников .с различным соотношением осей и сторон.

   3.Устройство по пп. 1 и 2, о т личающее с  тем, что зеркало и диафрагма укреплены на пластинах из ферромагнитного материала, установленных на магнитах с возможностью скольжени  по их поверхности.
3. 4.Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ е е с   тем, что диафрагма выполнена из ферромагнитного материала и установлена непосредственно на магнитах с возможностью скольжени  по их поверхности.
4. Источники информации,

   прин тые во внимание при экспертизе

   1.Авторское свидетельство СССР № 253408, кл. G 01 К 11/12, 1968.

   2.Авторское свидетельство СССР 711362, кл. G 01 К 11/12, 1977

   (прототип). (

   KStTK.,

   Avyyt ;)

   a-/j

   Фиг.1

   f6

   1°Й

   /7