UA69480C2 - Optical device and a method for viewing high-temperature objects - Google Patents

Optical device and a method for viewing high-temperature objects Download PDF

Info

Publication number
UA69480C2
UA69480C2 UA2002021612A UA200221612A UA69480C2 UA 69480 C2 UA69480 C2 UA 69480C2 UA 2002021612 A UA2002021612 A UA 2002021612A UA 200221612 A UA200221612 A UA 200221612A UA 69480 C2 UA69480 C2 UA 69480C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
specified
electromagnetic radiation
optical system
radiation
electromagnetic
Prior art date
Application number
UA2002021612A
Other languages
Russian (ru)
Ukrainian (uk)
Inventor
Цій-Шу Чанг
Цин-Шу Чанг
Original Assignee
Оуджі Текнолоджіз, Інк.
Оуджи Технолоджиз, Инк
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US09/630,479 external-priority patent/US6859285B1/en
Application filed by Оуджі Текнолоджіз, Інк., Оуджи Технолоджиз, Инк filed Critical Оуджі Текнолоджіз, Інк.
Publication of UA69480C2 publication Critical patent/UA69480C2/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

An optical system for viewing hot objects (2) is disclosed. The system projects electromagnetic radiation (26) to the part surface and detects the reflected portion. Based on wavelength and/or modulation of the applied illumination, the surface characteristics of the part can be observed (30) without interference from self-emitted radiation.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Цей винахід стосується, загалом, способів і пристроїв для оптичного спостереження за 2 високотемпературними об'єктами, включаючи об'єкти зі значним власним випромінюванням.This invention relates, in general, to methods and devices for optical observation of 2 high-temperature objects, including objects with significant intrinsic radiation.

У ряді галузей промисловості робітники досі здійснюють візуальний контроль незахищеними очима за високотемпературними об'єктами, що світяться. Однак безпосереднє опромінення інфрачервоним (ІЧ) промінням може призвести до фізичних травм у робітників. Відповідно, іноді використовують світлозахисні засоби, які послаблюють це проміння, забезпечуючи тим самим певний захист від дії інфрачервоного проміння. Проте 70 використання світлозахисних засобів часто обмежує рухливість робітників. Наприклад, носіння світлозахисних засобів може обмежити їхню здатність фізично взаємодіяти з іншими об'єктами, які не світяться, такими як інструменти, органи керування тощо.In a number of industries, workers still visually inspect high-temperature, glowing objects with their unprotected eyes. However, direct exposure to infrared (IR) radiation can cause physical injury to workers. Accordingly, sometimes use sunscreens that weaken this ray, thereby providing some protection against the action of infrared rays. However, 70 the use of light protection products often restricts the mobility of workers. For example, wearing light protection may limit their ability to physically interact with other non-luminous objects such as instruments, controls, etc.

Для спостереження і/або контролю за високотемпературними об'єктами також використовуються звичайні оптичні контрольні пристрої. Наприклад, в так званому "пасивному методі" для приймання проміння, 72 обумовленого власним випромінюванням високотемпературних об'єктів, використовується приймач сигналів в поєднанні чи то з ЕПТ (електронно-променевими трубками), чи то з камерами на пристроях із зарядовим зв'язком (ПЗ3), чи то з ІЧ-камерами. Цей підхід аналогічний використанню людського зору, де зазначені приймачі сигналів фактично функціонують як "очі". Проте цей пасивний метод зазнає впливу явища, відомого як "ефект резонаторного випромінювача". Ефект резонаторного випромінювача, постульований Планком в 1900р. і доведений Ейнштейном на початку двадцятого сторіччя, може вводити візуальних спостерігачів в оману щодо істинної природи об'єкта, який спостерігається. А саме, відповідно до цього принципу, увігнуті фрагменти поверхні випромінюючого об'єкта виглядають майже як абсолютно чорні тіла; відповідно, їх можна помилково прийняти за опуклі фрагменти. Крім того, самим об'єктом випромінюється "світло", яке часто несе небажану інформацію. Зображення, отримані за допомогою такого пасивного методу, звичайно є непридатними для с 22 застосування в автоматичних системах візуального спостереження. Го)Conventional optical control devices are also used to monitor and/or control high-temperature objects. For example, in the so-called "passive method" for receiving the beam, 72 caused by the own radiation of high-temperature objects, a signal receiver is used in combination with either CRTs (electron beam tubes) or cameras on charge-coupled devices ( PZ3), or with IR cameras. This approach is analogous to the use of human vision, where said signal receivers actually function as "eyes". However, this passive method is affected by a phenomenon known as the "resonator emitter effect". The effect of the resonator emitter, postulated by Planck in 1900. and proved by Einstein at the beginning of the twentieth century, can mislead visual observers as to the true nature of the observed object. Namely, according to this principle, the concave fragments of the surface of the radiating object look almost like completely black bodies; accordingly, they can be mistaken for convex fragments. In addition, the object itself emits "light", which often carries unwanted information. Images obtained using such a passive method are usually unsuitable for use in automatic visual surveillance systems. Go)

Інший відомий з рівня техніки спосіб, так званий "активний метод", використовує зовнішні джерела світла, які опромінюють високотемпературний об'єкт. Для збирання відбитого проміння, а також проміння, обумовленого власним випромінюванням високотемпературних поверхонь, використовується камера. Ідея цього активного методу полягає в тому, щоб за допомогою дуже сильного зовнішнього випромінювання перевищити за о потужністю власне випромінювання. Іншими словами, відбите проміння є у тому ж спектрі, що й превалююче с проміння, обумовлене власним випромінюванням, але воно є відрізненним за інтенсивністю. Ці зовнішні джерела випромінювання можуть бути виконані з можливістю висвічувати цікавлячу інформацію про поверхню, таку як З контур і заглибини у поверхні. Таке зовнішнє проміння може забезпечуватися різними світловипромінювальними Ге») пристроями, такими як лампи високої потужності або лазери. 325 Однак із цим активним методом пов'язано кілька проблем. По-перше, існує небагато джерел світла, здатних ке, перевищити за потужністю випромінювання об'єкта що має температуру 1350"С. По-друге, власне випромінювання все ж створює незручності: воно погіршує якість сигналу у відбитому промінні. Відношення сигнал/шум (проміння зовнішнього випромінювання/проміння власного випромінювання) звичайно є низьким, « якщо тільки не використовується дуже потужне джерело світла. По-третє, такі зовнішні джерела світла можуть З 70 бути небажаними в робочих приміщеннях, через їх велику потужність. с Для перевищення за потужністю власного випромінювання високотемпературних об'єктів як джерело світла з» використовуються також лазери. Лазери здатні забезпечувати потужність надзвичайно великої густини, яке пригнічує значущість власного випромінювання. Наприклад, для того щоб перевищити за потужністю власне випромінювання зварювальної ванни при зварюванні лазером (температура приблизно 3000"С), яка типово випромінює в спектрі від 230нм до далекого ІЧ-діапазону, використовується мідний лазер (який випромінює зAnother method known from the state of the art, the so-called "active method", uses external light sources that irradiate a high-temperature object. A camera is used to collect the reflected beam, as well as the beam caused by the own radiation of high-temperature surfaces. The idea of this active method is to use very strong external radiation to exceed the power of the own radiation. In other words, the reflected ray is in the same spectrum as the prevailing ray due to its own radiation, but it is different in intensity. These external sources of radiation can be made with the ability to illuminate interesting information about the surface, such as contours and depressions in the surface. Such an external beam can be provided by various light-emitting devices, such as high-power lamps or lasers. 325 However, there are several problems associated with this active method. Firstly, there are few light sources capable of exceeding the radiation power of an object with a temperature of 1350°C. Secondly, the radiation itself still creates inconvenience: it degrades the quality of the signal in the reflected beam. The signal-to-noise ratio ( external radiation beam/self radiation beam) is usually low, "unless a very powerful light source is used. Thirdly, such external light sources may C 70 be undesirable in work rooms, because of their high power. c To exceed the power of the own lasers are also used as a light source for the radiation of high-temperature objects. Lasers are able to provide power of extremely high density, which suppresses the significance of the own radiation. For example, in order to exceed the power of the own radiation of the welding bath during laser welding (temperature of about 3000 "С) , which typically emits in the spectrum from 230 nm to the far IR range, in a copper laser is used (which emits from

Ме довжиною хвилі 55Онм). (се) В іншому відому з рівня техніки рішенні при дуговому зварюванні (температура приблизно 25007), типовий спектр випромінювання -- від 275нм до далекого ІЧ-діапазону, використовуються АІГ-лазери (10бОнм). Однак з шк використанням лазерів пов'язані істотні проблеми. Хоч лазери забезпечують високу густину енергії, ділянки, о 20 які опромінюються лазерними променями, є малими. Отже, при використанні лазерів як джерел випромінювання звичайно має здійснюватись растрове сканування. Крім того, ці потужні лазери дорогі, громіздкі, а їх с застосування пов'язане з різними небезпеками. І, для того щоб працювати з системою, що використовує лазер, користувачі мають бути захищені світлозахисними засобами та іншими захисними засобами.Me with a wavelength of 55 Ohm). (se) In another known state-of-the-art solution for arc welding (temperature approximately 25007), the typical spectrum of radiation is from 275 nm to the far IR range, AIG lasers (10 bOhm) are used. However, there are significant problems associated with the use of lasers. Although lasers provide a high energy density, the areas irradiated by laser beams are small. Therefore, when using lasers as radiation sources, raster scanning should usually be performed. In addition, these powerful lasers are expensive, bulky, and their use is associated with various dangers. And, in order to work with a system that uses a laser, users must be protected by light protection and other protective equipment.

Використання інфрачервоних (ІЧ) датчиків або ІЧ-камер у системі технічного зору, побудованій на 29 застосуванні пасивного методу, також обмежується рядом факторів. По-перше, ІЧ-датчики/камери забезпечуютьThe use of infrared (IR) sensors or IR cameras in a technical vision system built on 29 applications of the passive method is also limited by a number of factors. First, IR sensors/cameras provide

ГФ) значно меншу піксельну роздільну здатність, ніж їх аналоги на пристроях із ПЗ3. По-друге, через його довжину хвилі інфрачервоне випромінювання не можна сфокусувати так само добре, як видиме світло. По-третє, о використання ІЧ-датчиків/камер не вирішує описаних раніше проблем, пов'язаних з опроміненням або ефектом резонаторного випромінювача. 60 Робилися також спроби поєднувати пасивний і активний методи, проте цей підхід не вирішує проблем, обумовлених ефектом резонаторного випромінювача і власним випромінюванням.GF) significantly lower pixel resolution than their counterparts on devices with PZ3. Second, because of its wavelength, infrared radiation cannot be focused as well as visible light. Third, the use of IR sensors/cameras does not solve the previously described problems related to exposure or the effect of the resonator emitter. 60 Attempts were also made to combine passive and active methods, but this approach does not solve the problems caused by the effect of the resonator emitter and its own radiation.

У минулому розв'язання проблем, пов'язаних з свіченням високотемпературних об'єктів, було зосереджено на відмінності між інфрачервоним промінням і видимим світлом. Цей підхід як такий представляється хибним, оскільки високотемпературний об'єкт може випромінювати як у інфрачервоному, так і у видимому спектрі. бо Наприклад, при температурі 12007С сталь випромінює з довжиною хвилі б5Онм; тобто сталь може випромінювати як червоним світлом, так і в інфрачервоній області спектра. Крім того, якщо із прийнятого сигналу не видалити власне випромінювання, завади, обумовлені цим власним випромінюванням, погіршують здатність системи одержувати докладну і точну інформацію про даний високотемпературний об'єкт. З рівня техніки невідомий ефективний засіб для видалення власного випромінювання з прийнятого сигналу від високотемпературного об'єкта. Нарешті, як вважається, жоден із пристроїв, відомих з рівня техніки, не є портативним. Цей факт обмежує корисність таких пристроїв для певних задач. Портативний пристрій був би бажаний для користувачів, яким необхідно дивитися на високотемпературні об'єкти, але яким не треба здійснювати кількісні вимірювання. Зовнішні джерела світла, які використовуються у відомих пристроях, є дуже 7/0 потужними мМабо важкими для того, щоб бути небезпечними і портативними. Підсумовуючи, підходи, що використовувалися до сьогодні, мають обмежену цінність. Цей винахід долає зазначені проблеми.In the past, solving problems related to the glow of high-temperature objects focused on the difference between infrared radiation and visible light. This approach as such appears to be wrong, since a high-temperature object can emit both in the infrared and in the visible spectrum. For example, at a temperature of 12007C, steel emits radiation with a wavelength of 5Onm; that is, steel can emit both red light and in the infrared region of the spectrum. In addition, if the self-radiation is not removed from the received signal, interference caused by this self-radiation impairs the system's ability to obtain detailed and accurate information about this high-temperature object. From the state of the art, an effective means for removing self-radiation from the received signal from a high-temperature object is unknown. Finally, none of the devices known in the prior art are believed to be portable. This fact limits the usefulness of such devices for certain tasks. A portable device would be desirable for users who need to look at high-temperature objects, but who do not need to make quantitative measurements. The external light sources used in known devices are very 7/0 powerful mAbo heavy to be safe and portable. In summary, the approaches used to date are of limited value. This invention overcomes these problems.

Згідно з одним аспектом цього винаходу пропонується оптична система для визначення характеристик поверхні високотемпературного об'єкта. Ця оптична система включає в себе джерело випромінювання, яке спрямовує електромагнітне проміння на високотемпературний об'єкт (прикладене ЕМП). Це прикладене /5 електромагнітне проміння "ударяє" у високотемпературний об'єкт і відбивається в напрямі детектора електромагнітного проміння, разом із електромагнітним промінням, обумовленим власним випромінюванням цього об'єкта, і електромагнітним промінням, обумовленим всім зовнішнім (фоновим) випромінюванням.According to one aspect of the present invention, an optical system is proposed for determining the characteristics of the surface of a high-temperature object. This optical system includes a radiation source that directs an electromagnetic beam to a high-temperature object (applied EMF). This applied /5 electromagnetic beam "hits" a high-temperature object and is reflected in the direction of the electromagnetic beam detector, together with the electromagnetic beam due to the object's own radiation and the electromagnetic beam due to all external (background) radiation.

Щонайменше одна складова цього відбитого прикладеного електромагнітного проміння (яке взаємодіє з поверхнею високотемпературного об'єкта) селективно приймається зазначеним детектором електромагнітного 2о проміння. Згідно з одним аспектом цього винаходу це селективно ідентифіковне відбите електромагнітне проміння включає в себе електромагнітне проміння з довжиною хвилі, яка визначається виходячи з температури даного об'єкта; іншими словами, виходячи з довжини хвилі, воно є відрізненним від превалюючого електромагнітного проміння, обумовленого власним випромінюванням, і електромагнітного проміння, обумовленого фоновим випромінюванням. Таким чином, приймання зазначеного відбитого електромагнітного с г проміння дозволяє одержати зображення високотемпературного об'єкта, яке буде моделлю поверхні цього об'єкта при низькій температурі (нижче за ту, при якій має місце яке-небудь значне власне електромагнітне і) випромінювання).At least one component of this reflected applied electromagnetic beam (which interacts with the surface of a high-temperature object) is selectively received by the indicated electromagnetic 2o beam detector. According to one aspect of the present invention, this selectively identifiable reflected electromagnetic beam includes an electromagnetic beam with a wavelength that is determined based on the temperature of the object; in other words, based on the wavelength, it is distinguishable from the prevailing electromagnetic radiation caused by self-radiation and the electromagnetic radiation caused by background radiation. Thus, the acceptance of the specified reflected electromagnetic radiation allows to obtain an image of a high-temperature object, which will be a model of the surface of this object at a low temperature (lower than that at which there is any significant electromagnetic radiation).

Згідно з іншим аспектом цього винаходу складова відбитого прикладеного електромагнітного проміння, яка ідентифікується зазначеним детектором, має певну характерну ознаку ("підпис"), обумовлену модулюванням о зо прикладеного електромагнітного проміння. У цьому аспекті оптична система, яка пропонується згідно з цим винаходом, додатково включає в себе модулятор електромагнітного проміння. соAccording to another aspect of the present invention, the component of the reflected applied electromagnetic beam, which is identified by the specified detector, has a certain characteristic feature ("signature") due to the modulation of the applied electromagnetic beam. In this aspect, the optical system provided in accordance with the present invention further includes an electromagnetic beam modulator. co

У ще одному своєму аспекті цей винахід втілений в формі ручного (портативного) пристрою. «гIn another aspect, this invention is embodied in the form of a hand-held (portable) device. "Mr

Фіг.1 - схема, що ілюструє цей винахід.Fig. 1 is a diagram illustrating this invention.

Фіг.2 - графік, який зображує довжини хвиль, які використовуються в цьому винаході для відрізняння від ме) з5 власного випромінювання. соFig. 2 is a graph depicting the wavelengths used in the present invention to distinguish from me) c5 intrinsic radiation. co

Фіг.3 - схема, що ілюструє один можливий варіант системи з камерою і інтерференційним фільтром.Fig. 3 is a diagram illustrating one possible version of the system with a camera and an interference filter.

Фіг.4 - ще одна схема, що ілюструє один можливий варіант системи з камерою і інтерференційним фільтром.Fig. 4 is another diagram illustrating one possible version of the system with a camera and an interference filter.

Фіг.5 - ще одна схема, що ілюструє один можливий варіант системи з камерою і інтерференційним фільтром.Fig. 5 is another diagram illustrating one possible version of the system with a camera and an interference filter.

Фіг.6 - графік, який ілюструє обирання бажаної довжини хвилі. «Fig. 6 is a graph illustrating the selection of the desired wavelength. "

Фіг.7 - графік, який ілюструє використання обмежуючого фільтра в цьому винаході. з с Фіг.8 - графік, який ілюструє використання частотної модуляції потужності в цьому винаході. . Фіг.9 - графік, який ілюструє використання частотної механічної модуляції в цьому винаході. и?» Фіг.10 - портативний пристрій відповідно до цього винаходу.Figure 7 is a graph illustrating the use of a limiting filter in the present invention. Figure 8 is a graph illustrating the use of power frequency modulation in the present invention. . Fig.9 is a graph illustrating the use of frequency mechanical modulation in the present invention. and?" Fig. 10 is a portable device according to the present invention.

Фіг.11 - схема варіанту здійснення цього винаходу з двома камерами.Fig. 11 is a diagram of an embodiment of the present invention with two cameras.

Звернемося до фіг.1 креслень, де зображений один з варіантів здійснення цього винаходу; на ній показана б ціль або об'єкт 20, який має власне електромагнітне випромінювання 22. Об'єкт 20 зазвичай включатиме в себе певну деталь, наприклад, деталь із вуглецевої сталі, деталь із титанового сплаву, скляну або керамічну се) деталь. Як відомо, в ряді виробничих процесів ці деталі нагріваються до температур понад 900"С. Відомо також, ї5» що при таких високих температурах ці деталі випромінюють істотне проміння, яке заважає розглядати нагріту деталь (тобто спектр превалюючого власного електромагнітного випромінювання). со На тій же фіг.1 показане джерело світла 24, яке спрямовує електромагнітне проміння 26 на поверхню об'єкта о 20. Проміння 26 є зазначеним прикладеним промінням. Певна складова прикладеного проміння 26 відбивається деталлю 20; вона зображена на фіг.1 як відбите проміння 28. Слід зазначити, що певна частка проміння 22, обумовленого власним випромінюванням (позначена позицією 22) і певне проміння фонового випромінювання дв (Не показане) йде тим самим шляхом, що й відбите проміння 28, разом з ним.Let's turn to Fig. 1 of the drawings, which shows one of the variants of the implementation of the present invention; it would show a target or object 20 that has its own electromagnetic radiation 22. The object 20 would typically include some part, for example, a carbon steel part, a titanium alloy part, a glass or ceramic part. As is known, in a number of production processes, these parts are heated to temperatures above 900°C. It is also known that at such high temperatures, these parts emit significant radiation, which makes it difficult to view the heated part (that is, the spectrum of the prevailing own electromagnetic radiation). 1 shows a light source 24, which directs an electromagnetic beam 26 to the surface of the object at 20. The beam 26 is the specified applied beam. A certain component of the applied beam 26 is reflected by the detail 20; it is shown in Fig. 1 as a reflected beam 28. Trace note that a certain fraction of the beam 22 due to self-radiation (denoted by position 22) and a certain beam of background radiation dv (Not shown) follows the same path as the reflected beam 28, together with it.

Відбите проміння 28 (і проміння 22" власного випромінювання) попадає на детектор або датчик 30. Як буде (Ф) пояснено докладніше нижче, відрізняючи відбите проміння 28 від проміння 22" власного випромінювання (або ка будь-якої іншої "завади", такої як проміння фонового випромінювання), детектор ЗО може бачити об'єкт 20, як якби цей об'єкт був холодним (практично не мав власного випромінювання). во У Цьому варіанті здійснення цього винаходу довжину хвилі відбитого проміння 28 обирають такою, щоб детектор З0 міг відрізнити її від довжини хвилі проміння 22 превалюючого власного випромінювання. Кажучи більш конкретно і з посиланням на фіг.2, згідно з цим винаходом пропонується обвідна довжин хвиль відрізненного прикладеного проміння як функція температури об'єкта 20. Відповідно, детектор 30 розпізнає або виявляє відбите проміння 28, довжина хвилі якого знаходиться нижче за цю криву. Максимальна довжина хвилі 65 відбитого проміння 28, що їй віддається перевага, відрізненна від зазначеного проміння власного випромінювання (що залежить від температури), наведена в таблиці 1:The reflected beam 28 (and the self-radiation beam 22) hits the detector or sensor 30. As (F) will be explained in more detail below, distinguishing the reflected beam 28 from the self-radiation beam 22 (or any other "interference" such as rays of background radiation), the ZO detector can see object 20 as if this object were cold (practically had no radiation of its own). In this embodiment of the present invention, the wavelength of the reflected beam 28 is chosen so that the detector Z0 can distinguish it from the wavelength of the beam 22 of the prevailing self-radiation. More specifically and with reference to FIG. 2, the present invention provides a contoured wavelength of the distinguishable applied beam as a function of the temperature of the object 20. Accordingly, the detector 30 recognizes or detects the reflected beam 28, the wavelength of which is below this curve. The preferred maximum wavelength 65 of the reflected beam 28, different from the specified self-radiation beam (which depends on temperature), is given in Table 1:

й о івand about iv

Наведені вище довжини хвиль отримані виходячи з допущення про те, що об'єкт 20 є чорним тілом-випромінювачем; вони будуть придатні для всіх застосувань, тому що спектральна інтенсивність 2о Випромінювання, що випромінюється реальною поверхнею при певній температурі і має певну конкретну довжину хвилі, завжди буде менше спектральної інтенсивності випромінювання, що випромінюється чорним тілом при такій самій температурі і довжині хвилі. У одному з варіантів здійснення цього винаходу процес вибору довжини хвилі лю прикладеного проміння (стрілка 26) можна визначити більш точно таким чином (див.The above wavelengths are obtained based on the assumption that object 20 is a black body emitter; they will be suitable for all applications because the spectral intensity 2o of the radiation emitted by a real surface at a given temperature and having a certain specific wavelength will always be less than the spectral intensity of the radiation emitted by a black body at the same temperature and wavelength. In one of the variants of the implementation of the present invention, the process of selecting the wavelength of the applied beam (arrow 26) can be determined more precisely as follows (see

О?івік (1985) Неаї Тгапзгег - А Вавіс Арргоасі, МсОгам-НІЇ)): с 1. Визначають максимальну температуру об'єкта, Т. 2. Визначають випромінювальну здатність об'єкта, «(Т, матеріал), яка є функцією температури і матеріалу о об'єкта.O?ivik (1985) Neai Tgapzgeg - A Vavis Arrgoasi, MsOgam-NII)): c 1. Determine the maximum temperature of the object, T. 2. Determine the emissivity of the object, "(T, material), which is a function temperature and material about the object.

З. Одержують спектр проміння власного випромінювання, виходячи з функції випромінювання чорного тіла: «в) зо пн левдт со х в кт -1 « і випромінювальної здатності матеріалу «(Т), де: Ф ло - пі"C. The spectrum of the self-radiation beam is obtained, based on the black body radiation function: "c) z pn levdt so x v kt -1 " and the emissivity of the material "(T), where: F lo - pi"

Зо с - швидкість світла іс), п: стала ПланкаZo c is the speed of light and is), n: Planck's constant

Х є довжина хвиліX is the wavelength

К - стала Больцмана « є випромінювальна здатність - функція температури; отримується емпірично. с 70 Отже, маємо спектр випромінювання як: 8 з» КОХ, Т, матеріал)-є(Т, матеріал)д (х, Т) (2)K - Boltzmann's constant " is the emissivity - a function of temperature; is obtained empirically. c 70 So, we have the radiation spectrum as:

Якщо матеріал відомий, рівняння (2) можна звести доIf the material is known, equation (2) can be reduced to

Ге») В(х, Тутє(ПОКх, т) (3) о В загальному вигляді графічно залежність К(Х, Т) можна представити так, як це зроблено на фіг.б, т» суцільними лініями. Для ще більшої визначеності «(Т) можна, як правило, вважати сталою величиною. бо о 4. За допомогою К(Х, Т) можна знайти критичну довжину хвилі Хсуої При якій значення К(Хоуоют Г) Є дуже малим в порівнянні з інтенсивністю сигналу зовнішнього опромінюючого проміння п(лду). Відзначимо, «2 ЩО ду Звичайно є меншою ніж сої з8-лбаю) у о 99 КО ди-ов о де: о по) - інтенсивність зовнішнього опромінюючого проміння при довжині хвилі у. во Хдж 7 Довжина хвилі, яка використовується для зовнішнього опромінення. у т відношення сигнал/шум для даних інтенсивності зовнішнього опромінюючого проміння і проміння власного випромінювання. уд - певне граничне відношення сигнал/шум, яке задовольнить даному застосуванню. п70) як правило залежить від пристрою зовнішнього опромінення. Наприклад, як вказувалося вище, у 65 галоїдної лампи (ХХ) подібна показаній на фіг.б.Ge") V(x, Tutje(POKx, t) (3) o In general, the dependence of K(X, Т) can be represented graphically as it is done in Fig. b, t" with solid lines. For even greater certainty " (T) can, as a rule, be considered a constant value, because o 4. With the help of K(X, T), it is possible to find the critical wavelength of Hsuoi At which the value of K(Houoyut G) is very small compared to the signal intensity of the external irradiating beam p (ldu). Let's note, "2 SCHO du is usually smaller than soi z8-lbayu) u o 99 KO di-ov o where: o po) - the intensity of the external irradiating beam at the wavelength u. в Хж 7 The wavelength used for external irradiation. in t signal/noise ratio for the intensity data of the external irradiating beam and the beam of self-radiation. ud is a certain threshold signal-to-noise ratio that will satisfy the given application. p70) usually depends on the external irradiation device. For example, as indicated above, in 65 a halogen lamp (XX) similar to that shown in fig.b.

Відповідно, максимальною прийнятною довжиною хвилі для спрямовуваного (відбитого) електромагнітного проміння є така, при якій чорне тіло випромінює зі спектральною густиною енергетичної яскравості, яка становить 5х107Вт/(смОнм) (потужність (у ватах) на одиницю площі на одиницю довжини хвилі) при максимальній температурі високотемпературного об'єкта що за ним спостерігають. Таким чином, | в приведеному вище рівнянні (1) стає рівним 5х10 "Вт/см? (5Вт/м2). Розв'язуючи рівняння по А, для випадку, коли Т дорівнює максимальній температурі об'єкта, що за ним спостерігають, можна визначити максимальну допустиму довжину хвилі для даного об'єкта, яку можна відрізнити від власного випромінювання об'єкта.Accordingly, the maximum acceptable wavelength for a directed (reflected) electromagnetic beam is the one at which a blackbody emits with a spectral density of energy brightness that is 5x107W/(cmOhm) (power (in watts) per unit area per unit wavelength) at the maximum the temperature of the high-temperature object being observed. Thus, | in the above equation (1) becomes equal to 5x10 "W/cm? (5W/m2). Solving the equation according to A, for the case when T is equal to the maximum temperature of the object being observed, it is possible to determine the maximum permissible length wave for a given object, which can be distinguished from the object's own radiation.

Звичайно, вибір Ада повинен задовольняти спектру чутливості датчика-детектора ЗО. Наприклад, ПЗЗ є чутливим у діапазоні, показаним на фіг.б6. Ху має бути довжиною хвилі, яку датчик ЗО здатний виявити. Показана 70 на фіг.6 962 підходить для застосування при температурі аж до 150070.Of course, the choice of Ada must satisfy the spectrum of sensitivity of the sensor-detector ZO. For example, the CCD is sensitive in the range shown in Fig. b6. Hu must be the wavelength that the ZO sensor is able to detect. Shown 70 in Fig. 6 962 is suitable for use at temperatures up to 150070.

Джерело 24 випромінювання може приймати ряд форм, але воно повинне бути здатним генерувати проміння з потрібною виявною довжиною хвилі. Іншими словами, якщо для того, щоб відрізнити відбите проміння 28 від проміння 22" власного випромінювання об'єкта, потрібна довжина хвилі б45нм або менше, то джерело 24 випромінювання повинне генерувати електромагнітне проміння з довжиною хвилі б645нм або менше. Одним 75 прийнятним джерелом 24 випромінювання є галоїдна лампа, яка випромінює електромагнітне проміння здебільшого з довжинами хвилі 435нм, 55Онм і 575нм. Іншими джерелами 24 випромінювання, що їм віддається перевага, є люмінесцентні лампи і ксенонові лампи.The radiation source 24 can take a number of forms, but it must be capable of generating a beam of the desired detectable wavelength. In other words, if in order to distinguish the reflected beam 28 from the beam 22" of the object's own radiation, a wavelength of b45nm or less is required, then the radiation source 24 must generate an electromagnetic beam with a wavelength of b645nm or less. One 75 acceptable source of radiation 24 is a halogen lamp that emits electromagnetic radiation mostly at wavelengths of 435nm, 55nm and 575nm.Other preferred sources of radiation are fluorescent lamps and xenon lamps.

У випадку лазерного опромінювача, з огляду на когерентну природу лазерного проміння потрібно встановити потрібну довжину хвилі лазера відповідно до наведеної вище таблиці 1.In the case of a laser illuminator, due to the coherent nature of the laser beam, the desired laser wavelength should be set according to Table 1 above.

Лазер також може використовуватися як точкове джерело випромінювання. Детектор ЗО може використовуватися для приймання інформації, що відповідає точці, опроміненої лазером. При підключенні до спрямовувального механізму, такого як система дзеркал, лазери можуть використовуватися для створення зображення методом растрового сканування. Завдяки використанню певної оптики, такої як розширювач пучка, лазери в цьому винаході можуть також використовуватися як зональні джерела випромінювання, якщо ці зони с відносно малі. оThe laser can also be used as a point source of radiation. The ZO detector can be used to receive information corresponding to a point irradiated by a laser. When connected to a guidance mechanism such as a mirror system, lasers can be used to produce a raster-scanned image. Due to the use of certain optics, such as a beam expander, the lasers of the present invention can also be used as zone sources of radiation, if these zones are relatively small. at

З певною оптикою лазери можуть також використовуватися для структурного опромінення (дугові лінії, прямі лінії, одиночні лінії або серії ліній). Це структурне опромінення може використовуватися для визначення контурів високотемпературних об'єктів відповідно до цього винаходу. Для серій точок, ліній або зон можуть використовуватися декілька лазерів. (ав)With certain optics, lasers can also be used for structural irradiation (arc lines, straight lines, single lines or series of lines). This structural irradiation can be used to determine the contours of high-temperature objects according to the present invention. Multiple lasers can be used for a series of points, lines, or zones. (av)

Звичайно ж, інтенсивність електромагнітного проміння, що прикладається джерелом 24 випромінювання (і відстані між джерелом 24, об'єктом 22 і детектором 30) повинні бути такі, щоб на детектор 30 надходив сигнал 09 достатньої інтенсивності. «ІOf course, the intensity of the electromagnetic radiation applied by the radiation source 24 (and the distances between the source 24, the object 22 and the detector 30) must be such that the signal 09 of sufficient intensity arrives at the detector 30. "AND

Фахівцям буде ясно, що цей винахід може бути застосований з використанням інших методів опромінення, такими як фронтальне опромінення, опромінення методом яскравого поля або темного поля, і заднє опромінення Ф (просвітнє опромінення). Опромінення може бути колімованим або розсіяним, монохроматичним або (Се) кольоровим, структурним і неструктурним. Можуть застосовуватися схеми, які комбінують різні різновиди опромінення.It will be clear to those skilled in the art that the present invention can be practiced using other irradiation methods, such as frontal irradiation, bright field or dark field irradiation, and back irradiation F (transparent irradiation). Irradiation can be collimated or scattered, monochromatic or (Ce) colored, structural and non-structural. Schemes that combine different types of exposure can be used.

Можливою є також система, в якій детектор ЗО сприймає декілька довжин хвиль відбитого проміння 28, якщо « тільки всі обрані довжини хвиль задовольняють зазначеним критеріям.A system in which the ZO detector perceives several wavelengths of the reflected beam 28 is also possible, if only all selected wavelengths satisfy the specified criteria.

Фахівцям буде також ясно, що в поєднанні з реалізованими відповідно до цього винаходу конструкціями - с можуть використовуватися додаткові оптичні засоби, такі як (але не лише такі) лінзи, дзеркала, оптичні а волокна, розсіювачі, коліматори, конденсори, призми, бороскопи, ендоскопи і світловоди. Ці оптичні засоби ,» можуть використовуватися разом із пристроєм опромінення (джерелом опромінюючого випромінювання і модулятором) для спрямовування проміння на опромінюваний(і) високотемпературний(ії) об'єкт(и) з опроміненням множини точок, або з опроміненням множини об'єктів, або у будь-якій іншій опромінювальній (о) конструкції. Ці оптичні засоби можуть також використовуватися разом із приймачами сигналів, для приймання со променевих сигналів від високотемпературного(их) об'єкта(ів), наприклад, із метою подолання просторових обмежень або змінювання кута спостереження. г» Звернемося тепер до детектора 30; перевага віддається детектору, представленому датчиком на ПЗ33. бо 50 Датчик на ПЗЗ звичайно чутливий до довжин хвиль від Збонм до 100Онм. Деякі сучасні датчики зображення, такі як ІС на вдосконалених "блакитних" ПЗЗ, чутливі до довжин хвиль від 175нм до 100Онм. «2 Звісно ж, детектор 30 має бути здатний виявляти відбите проміння 25 потрібної довжини хвилі. У варіанті, якому віддається перевага, інтерференційний фільтр 32 блокує практично все електромагнітне проміння, обумовлене власним випромінюванням об'єкта (і відбите електромагнітне проміння, довжина хвилі якого не відповідає зазначеній потрібній довжині хвилі).It will also be clear to those skilled in the art that in combination with the structures implemented in accordance with the present invention, additional optical means can be used, such as (but not limited to) lenses, mirrors, optical fibers, diffusers, collimators, condensers, prisms, borescopes, endoscopes and light guides. These optical means "can be used together with an irradiation device (a source of irradiating radiation and a modulator) to direct the beam to the irradiated high-temperature object(s) with irradiation of a plurality of points, or with irradiation of a plurality of objects, or in any other irradiating (o) structure. These optical means can also be used in conjunction with signal receivers to receive co-beam signals from high-temperature object(s), for example, to overcome spatial limitations or change the viewing angle. d» Let us now turn to detector 30; preference is given to the detector represented by the sensor on PZ33. because 50 The CCD sensor is usually sensitive to wavelengths from Zbonm to 100 Ohm. Some modern image sensors, such as ICs on advanced "blue" CCDs, are sensitive to wavelengths between 175nm and 100Ohm. 2 Of course, the detector 30 must be able to detect the reflected beam 25 of the desired wavelength. In the preferred embodiment, the interference filter 32 blocks virtually all electromagnetic radiation caused by the object's own radiation (and reflected electromagnetic radiation whose wavelength does not correspond to the specified desired wavelength).

Інтерференційний фільтр 32 може бути розташований перед об'єктивом 34 детектора, як найкраще показаноThe interference filter 32 may be positioned in front of the detector lens 34 as best shown

ІФ) на фіг.3, або між об'єктивом 34 і датчиком зображення 36, як показано на фіг.4. Він може також включати в іме) себе декілька інтерференційних фільтрів 38, розташованих перед пікселями 40 датчика зображення, як показано на фіг.5. Фахівцям також ясно, що показана на фіг.5 конструкція може бути модифікована, так щоб полегшити 60 використання декількох довжин хвиль опромінювального промшня. У цьому випадку перед пікселями 40 будуть розташовані різні інтерференційні фільтри 38, деякі з яких працюватимуть на одній довжині хвилі, а деякі - на іншій. У такій конструкції різні пікселі будуть чутливими до сигналів на різних довжинах хвиль. Можна скласти певну групу пікселів, таку як 2х3 або ЗХ1, в якій всі пікселі будуть споряджені різними інтерференційними фільтрами. Цей розподіл є подібним розподілу в ІС на кольоровому ПЗ3. Можна також мати один тип 65 інтерференційного фільтра в одній зоні датчика зображення, і інший - в іншій зоні.IF) in Fig. 3, or between the lens 34 and the image sensor 36, as shown in Fig. 4. It may also include several interference filters 38 located in front of the pixels 40 of the image sensor, as shown in Fig.5. It is also clear to those skilled in the art that the design shown in FIG. 5 can be modified to facilitate the use of multiple wavelengths of the irradiating beam. In this case, different interference filters 38 will be located in front of the pixels 40, some of which will work at one wavelength, and some at another. In such a design, different pixels will be sensitive to signals at different wavelengths. You can make a certain group of pixels, such as 2x3 or ХХ1, in which all pixels will be equipped with different interference filters. This distribution is similar to the distribution in IS on color PZ3. It is also possible to have one type of interference filter 65 in one area of the image sensor and another in another area.

Можна також полегшити використання декількох довжин хвиль, застосовуючи у камері декілька датчиків зображення, із розташуванням різних інтерференційних фільтрів перед різними датчиками зображення. Для спрямовування оптичного проміння до всіх зазначених датчиків зображення використовується призма. Ця конструкція подібна до конструкції З-кристальної кольорової камери на основі ПЗ3.It is also possible to facilitate the use of multiple wavelengths by using multiple image sensors in the camera, with different interference filters placed in front of the different image sensors. A prism is used to direct the optical beam to all the specified image sensors. This design is similar to the design of the Z-crystal color camera based on PZ3.

Фахівцям буде також зрозумілим застосування в цьому випадку замість інтерференційних фільтрів обмежуючих фільтрів. Критична довжина хвилі кривої пропускання обмежуючого фільтра має відповідати бажаній довжині хвилі. Цей підхід ілюструє фіг.7. У такій схемі може використовуватися одна бажана довжина хвилі або декілька довжин хвиль. У разі декількох довжин хвиль сигнали, які транспортуються на всіх обраних довжинах хвиль, будуть розглядатися як комбінований сигнал. 70 Спотворення зображення високотемпературного об'єкта походять з різних джерел. Описаний вище підхід вирішує проблему спотворюючих впливів ІЧ-світіння і резонаторних випромінювачів. Інша задача полягає в тому, щоб творче вирішити проблему спотворення, пов'язаного з "міражем", ефектом оптичного мерехтіння, викликаного локалізованими неоднорідностями густини повітря. Це явище нерідко спостерігають водії транспортних засобів в жаркий літній день. Здається, що поверхня дороги "пливе" і "вихляє". Цей ефект 7/5 "Міражу" перешкоджає зняттю точних вимірів із високотемпературних об'єктів при формуванні їх зображень.Specialists will also understand the use of limiting filters instead of interference filters in this case. The critical wavelength of the transmission curve of the limiting filter must correspond to the desired wavelength. This approach is illustrated in Fig. 7. A single desired wavelength or multiple wavelengths may be used in such a scheme. In the case of multiple wavelengths, signals that are transported on all selected wavelengths will be treated as a combined signal. 70 Distortions of the image of a high-temperature object come from various sources. The approach described above solves the problem of the distorting effects of IR light and resonator emitters. Another task is to creatively solve the problem of distortion associated with "mirage", the effect of optical flickering caused by localized inhomogeneities of air density. This phenomenon is often observed by drivers of vehicles on a hot summer day. It seems that the road surface is "floating" and "swaying". This 7/5 Mirage effect prevents accurate measurements from high-temperature objects when forming their images.

Згідно з цим винаходом керований повітряний потік 43 навколо високотемпературного об'єкта 20 зменшує температурний градієнт навколо цього високотемпературного об'єкта для усунення спотворення, зумовленого неоднорідною густиною повітря. Повітряний потік 43 нагрівається до такої певної заздалегідь обраної температури, щоб не спричиняти негативного впливу на розподіл температури цього високотемпературного об'єкта. Щоб уникнути локалізованої неоднорідності густини повітря швидкість цього повітряного потоку повинна бути більшою ніж приблизно 0,01м/с.According to the present invention, the controlled air flow 43 around the high-temperature object 20 reduces the temperature gradient around this high-temperature object to eliminate the distortion caused by the non-uniform air density. The air stream 43 is heated to such a certain pre-selected temperature as not to cause a negative effect on the temperature distribution of this high-temperature object. To avoid localized inhomogeneity of air density, the velocity of this air flow must be greater than approximately 0.01 m/s.

У ще одному варіанті здійснення цього винаходу, який також ілюструється фіг.1 креслень, для накладення ідентифіковного "відбитка" на прикладене проміння 26 застосовується модулятор 42 сигналу. Іншими словами, в цьому варіанті здійснення винаходу електромагнітне проміння від джерела 24 має певну ідентифіковну сч ов характерну ознаку (іншу, ніж просто довжина хвилі), або "підпису що уможливлює відрізняння відбитого електромагнітного проміння 28 від власного електромагнітного проміння 227, обумовленого власним і) випромінюванням об'єкта.In another embodiment of the present invention, which is also illustrated in Fig. 1 of the drawings, a signal modulator 42 is used to impose an identifying "print" on the applied beam 26. In other words, in this variant of the implementation of the invention, the electromagnetic beam from the source 24 has a certain identifying characteristic feature (other than just the wavelength), or "signature" that makes it possible to distinguish the reflected electromagnetic beam 28 from the own electromagnetic beam 227, due to its own i) radiation object

Цей варіант реалізації схематично показаний також на фіг.8. У цьому варіанті потужність, яка подається на джерело 24 випромінювання, модулюється за допомогою частотного модулятора 44. Цей ЧМ-"підпис" буде о зо характерним для випромінюваного проміння 46, що генерується джерелом 24. Це проміння згодом спрямовується на поверхню високотемпературного об'єкта 20. Відбитий сигнал 48 приймається детектором 30 і со демодулюється частотним демодулятором 50 (з використанням блоку опрацювання сигналів), виходячи з «Е відповідної заздалегідь заданої частоти модуляції, позбавляючись від немодульованого проміння 52, тобто обумовленого власним випромінюванням об'єкта. Опрацювання демодульованого сигналу може виконуватися Ме з5 апаратними або програмними засобами, або поєднанням того й іншого. Зазначена частотна модуляція може со бути певною послідовністю частот, так що прикладене (спрямоване на об'єкт) проміння набуватиме характеру періодичного прямокутного коливання, або може бути динамічною модуляцією, яка зумовлює певне синусоїдальне коливання змінної частоти і може бути виявлена і демодульована як відбите проміння.This variant of implementation is also schematically shown in Fig. 8. In this embodiment, the power applied to the radiation source 24 is modulated by a frequency modulator 44. This FM "signature" will be characteristic of the radiated beam 46 generated by the source 24. This beam is subsequently directed to the surface of the high-temperature object 20 The reflected signal 48 is received by the detector 30 and is demodulated by the frequency demodulator 50 (using the signal processing unit), based on the corresponding preset modulation frequency, getting rid of the unmodulated beam 52, i.e. caused by the object's own radiation. Processing of the demodulated signal can be performed by hardware or software, or a combination of both. The specified frequency modulation can be a certain sequence of frequencies, so that the applied (directed at the object) beam will acquire the character of a periodic rectangular oscillation, or it can be a dynamic modulation that causes a certain sinusoidal oscillation of a variable frequency and can be detected and demodulated as a reflected beam.

Модуляція може бути також реалізована механічно, за допомогою затвору з механічним приводом для « одержання "пульсуючого" опромінюючого проміння, як зображено на фіг.9, або як синусоїдальне коливання з с інтенсивності проміння. . Пристрої, в яких втілені зазначені варіанти здійснення цього винаходу, можуть бути пересувними, частково и?» або повністю. В одному випадку, пересувним є приймач сигналів, тоді як опромінювальний пристрій і високотемпературний об'єкт залишаються стаціонарними. В іншому випадку пересувними є і приймач сигналів, і опромінювальний пристрій, а високотемпературний об'єкт є стаціонарним. Можна також переміщувати б високотемпературний об'єкт, в той час як приймач сигналів і опромінювальний пристрій будуть стаціонарними або пересувними. Можна також застосовувати два приймача сигналів або два опромінювальних пристрої в одній і, системі, причому один пристрій буде пересувним, а інший - стаціонарним. їх У ще одному варіанті здійснення цей винахід реалізований у формі ручного (портативного) пристрою 58. 5ор Звернемося до фіг.10 креслень, де показана портативна камера 60, яка має проекційне джерело 62 проміння і со інтерференційний фільтр 64. Камера 60, яка може бути цифровою або аналоговою, використовується як о зазначений приймач сигналів. Інтерференційний фільтр 64 (переважно на довжину хвилі 435нм) розташований перед об'єктивом. Зовнішнє проекційне джерело 62 проміння генерує прикладене проміння і випромінює зі значною інтенсивністю (в цьому прикладі -- з довжиною хвилі 435нм). Джерело 62 проміння може бути прикріплене до поверхні камери 60 або може бути виконане у вигляді окремого блоку, з метою забезпечення кількох кутів опромінення. Камера 6О може використовувати магнітну стрічку, ОЗП або будь-який інший (Ф, придатний пристрій для зберігання даних, або вона може використовуватися просто як відображувальний ка монітор. Видеосигнал може експортуватися в телевізор, монітор або ПК. Портативний пристрій 58 може працювати від батарей або джерела змінного струму. Цей пристрій може використовуватися для спостереження бор за високотемпературними процесами або об'єктами відповідно до цього винаходу, тобто шляхом спрямовування бажаного проміння на високотемпературний об'єкт і просмотра зображення (після того, як буде відфільтроване проміння, обумовлене власним випромінюванням цього об'єкта) за допомогою камери.The modulation can also be implemented mechanically, using a shutter with a mechanical drive to obtain a "pulsating" irradiating beam, as shown in Fig. 9, or as a sinusoidal oscillation with the intensity of the beam. . The devices, in which the specified variants of the present invention are embodied, can be mobile, partly and or completely. In one case, the signal receiver is mobile, while the irradiating device and the high-temperature object remain stationary. Otherwise, both the signal receiver and the irradiating device are mobile, and the high-temperature object is stationary. It would also be possible to move the high-temperature object, while the signal receiver and the irradiating device will be stationary or mobile. It is also possible to use two signal receivers or two irradiating devices in one system, and one device will be mobile, and the other - stationary. In another embodiment, this invention is implemented in the form of a hand-held (portable) device 58. Let us turn to Fig. 10 of the drawings, where a portable camera 60 is shown, which has a beam projection source 62 and an interference filter 64. The camera 60, which can be digital or analog, is used as a specified signal receiver. An interference filter 64 (mainly for a wavelength of 435 nm) is located in front of the lens. The external projection source 62 of the beam generates the applied beam and emits with a significant intensity (in this example, with a wavelength of 435 nm). The source 62 of the beam can be attached to the surface of the camera 60 or can be made in the form of a separate block, in order to provide several angles of irradiation. The camera 60 may use magnetic tape, RAM, or any other suitable storage device, or it may be used simply as a display monitor. The video signal may be exported to a television, monitor, or PC. The portable device 58 may be powered by batteries or source of alternating current. This device can be used to observe high-temperature processes or objects in accordance with the present invention, that is, by directing the desired beam at the high-temperature object and viewing the image (after the beam due to the self-emission of this object has been filtered object) using the camera.

У ще одній реалізації в одній системі можуть бути використані кілька приймачів сигналів, таких як камери, які забезпечують спостереження за високотемпературним об'єктом з кількох точок спостереження. Використання 65 Кількох камер може сприяти формуванню стереозображення, яке дає тривимірне зображення високотемпературного об'єкта. Декілька камер можуть також застосовуватися для використання декількох значень довжини хвиль - тоді кожна камера буде демодулювати сигнал, що транспортується на одній довжині хвилі.In yet another implementation, several signal receivers, such as cameras, can be used in the same system, which provide observation of a high-temperature object from several observation points. Using 65 Multiple cameras can contribute to the formation of a stereo image, which gives a three-dimensional image of a high-temperature object. Multiple cameras can also be used to use multiple wavelength values - then each camera will demodulate a signal carried on the same wavelength.

У ще одному варіанті здійснення, графічно представленому на фіг.11, цей винахід може застосовуватися для Ззахищання осіб, які повинні взаємодіяти з високотемпературними об'єктами. Кажучи більш конкретно, в цій системі для захоплення одного і того ж поля огляду використовуються дві камери, 70 і 72, одна з яких фіксує нормальне зображення 74, яке може бути кольоровим або чорно-білим, а інша фіксує зображення 76 з застосуванням даного винаходу, використовуючи розщеплювач 77 пучка і інтерференційний фільтр 79. На нормальному зображенні 74 високотемпературний об'єкт 78 світиться. Об'єкт 78, що світиться, може бути 70 ідентифікований за допомогою відповідного пристрою, такого як (але не виключно!) портативний процесор 82 для опрацювання сигналів. Після ідентифікування високотемпературного об'єкта 78 нормальні зображення цього об'єкта, що світиться, можуть бути замінені їх кімнатно-температурними аналогами (вирізаними з 76 і вставленими в 74). Це синтезоване зображення буде демонструватися тим, кому необхідно бачити все в цьому полі огляду. Дисплеєм 80 може бути монітор, телевізор або будь-який інший пристрій відображення, включаючи відображувальні окуляри. Для ідентифікування високотемпературних об'єктів на зазначеному синтезованому зображенні ці високотемпературні об'єкти можуть супроводжуватися якою-небудь позначкою, такою як (але не виключно) червоний миготливий контур.In another embodiment, graphically presented in Fig. 11, this invention can be used for the protection of persons who must interact with high-temperature objects. More specifically, this system uses two cameras, 70 and 72, to capture the same field of view, one capturing a normal image 74, which may be color or black and white, and the other capturing an image 76 using the present invention. using a beam splitter 77 and an interference filter 79. In a normal image 74, a high-temperature object 78 glows. The glowing object 78 can be 70 identified using a suitable device, such as (but not limited to!) a portable processor 82 for processing signals. After identifying the high-temperature object 78, the normal images of this glowing object can be replaced by their room-temperature counterparts (cut from 76 and inserted into 74). This synthesized image will be displayed to those who need to see everything in this field of view. The display 80 can be a monitor, television, or any other display device, including reflective glasses. To identify high-temperature objects in said synthesized image, these high-temperature objects may be accompanied by some marking, such as (but not limited to) a red flashing outline.

ПрикладExample

Як приклад одного з варіантів здійснення цього винаходу можна привести такий: 1. Зовнішнім джерелом опромінення є галоїдна лампа. Галоїдна лампа випромінює на трьох основних довжинах хвиль: 435нм, 55Онм і 575нм. Проміння з довжиною хвилі 435нм є самим ефективним в цьому варіанті, оскільки воно є найвіддаленішим від проміння, обумовленого власним випромінюванням високотемпературного об'єкта. Щоб власне випромінювання високотемпературного об'єкта перекривало довжину хвилі 435нм, його температура повинна бути 18007"С або вище, припускаючи, що цей високотемпературний об'єкт близький за с своїми характеристиками до чорного тіла. 2. Проміння зовнішнього джерела випромінювання спрямовується на зазначений високотемпературний об'єкт і) і взаємодіє з поверхнею цього високотемпературного об'єкта. Відбите проміння галоїдної лампи (із всіма трьома окремими довжинами хвиль), проміння, обумовлене власним випромінюванням високотемпературного об'єкта, і будь-яке інше наявне проміння змішуються разом. о зо 3. Згодом це змішане проміння пропускається крізь інтерференційний фільтр із робочою довжиною хвилі 435нм. Тобто тільки проміння з довжиною хвилі 435нм може пройти через цей фільтр. Будь-яке інше проміння со буде затримане. Цей інтерференційний фільтр може бути розташований перед об'єктивом або перед датчиком «Е зображення. 4. Лише проміння із заздалегідь обраною довжиною хвилі, в цьому випадку - 435нм, може досягнути датчика (22) зображення. со 5. Зазначений високотемпературний об'єкт буде сприйматися датчиком зображення, скажемо, ІС на ПЗ3, як якби його температура була кімнатною. 6. Згодом демодульований сигнал від проміння з довжиною хвилі 435нм перетворюється в електронний сигнал. « 7. Цей електронний сигнал може бути опрацьований ЦП, записаний на певний носій, відображений на пт) с моніторі для спостереження людиною або підданий будь-якій іншій формі опрацювання. .As an example of one of the variants of the implementation of the present invention, the following can be given: 1. The external source of irradiation is a halogen lamp. A halogen lamp emits at three main wavelengths: 435 nm, 55 nm and 575 nm. The beam with a wavelength of 435 nm is the most effective in this option, since it is the most distant from the beam caused by the high-temperature object's own radiation. In order for the proper radiation of a high-temperature object to overlap the wavelength of 435 nm, its temperature must be 18007"C or higher, assuming that this high-temperature object is close in its characteristics to a black body. 2. The rays of an external radiation source are directed to the indicated high-temperature object "object i) and interacts with the surface of this high-temperature object. The reflected light from the halogen lamp (with all three separate wavelengths), the radiation due to the high-temperature object's own radiation, and any other radiation present are mixed together. о зо 3 .This mixed beam is then passed through an interference filter with an operating wavelength of 435nm. That is, only a beam with a wavelength of 435nm can pass through this filter. Any other beam will be retained. This interference filter can be located in front of the lens or in front of the sensor "E image. 4. Just a beam with a pre-selected wavelength, in this one case - 435nm, can reach the image sensor (22). so 5. The specified high-temperature object will be perceived by the image sensor, say, IS on PZ3, as if its temperature were room temperature. 6. Subsequently, the demodulated signal from a beam with a wavelength of 435 nm is converted into an electronic signal. 7. This electronic signal may be processed by a CPU, recorded on a specific medium, displayed on a monitor for human observation, or subjected to any other form of processing. .

Фо з і га ле (Се) ге 2 7 со 50 28. Ай рф-УН с Зо че ДУ евFo z i ha le (Se) ge 2 7 so 50 28. Ai rf-UN s Zo che DU ev

ФІГ. 1FIG. 1

Ф) іме) 60 б5 я воо 8 04 или і воочи и и : очи и у ит» що Й я ра р Кк й й а Зо а ко й Тй млн щ 20 о контролю веткнковтрх обехтів р, рі 7 зF) name) 60 b5 i voo 8 04 or i voochi i i: ochi i u it" that Y i ra r Kk i i a Zo a ko i Ty mln sh 20 o control of vetknkovtrh obehtiv r, ri 7 z

Шк Ка я мий ,! ра 7 ре р4 р й й о л1о0а ОО ЗО 0Shk Ka i miy,! ra 7 re r4 r y y o l1o0a OO ZO 0

Темігратува (С)Temigratuwa (C)

Фіг2 9 4Fig. 294

ФІГ. 3 6 ой с 7 о)FIG. 3 6 oi with 7 o)

ФІГ. 4 о йо | ій « -0 в о 7 Ге) й « ю я ФІГ. 5 7 с . "» . п й КО) при 15002С п ло ЦІ і і укаши аFIG. 4 o yo | iy « -0 v o 7 Ge) y « yu i FIG. 5 7 s. "» . p and KO) at 15002С p lo TSI and and ukashi a

Ф ! НЕ у, Чутливість ПЗЗ (Се) т ПО і Ме ВО) при 1000 пі х їх й / ЩІ Мн тн 0) при 500С бе 0 доб пт Вобпт болт с ФІГ. 6F! NO y, Sensitivity of PZZ (Se) t PO and Me VO) at 1000 pi x ih y / SHCI Mn tn 0) at 500C be 0 dob pt Vobpt bolt with FIG. 6

МУ пMU p

І 44 КО) при 150022And 44 KO) at 150022

Ф) Рівснь й обмежуючого ПАС. ко фільтра ГИ Ме оч щи Ні т. Тутливість ПЗЗF) The level of the limiting PAS. of the HY filter

А Ш Як КО) при 10006С 60 г и у м лет йА Ш How КО) at 10006С 60 g and in m let y

І ч і х КО.) при 50092 400 пт ВООпт 12О0пт 65I ch i x KO.) at 50092 400 pt VOOpt 12O0pt 65

24 46 в) о жан | Й24 46 c) o Zhan | AND

МОДУЛЯТОРMODULATOR

4444

ЧАСТОТНИЙ -еЕFREQUENCY -eE

ДЕМОДУЛЯ ТОР ДЕТЕКТОР ІDEMODULE TOR DETECTOR I

У го що і й 7 ФІГ. 8In what and 7 FIG. 8

Ів| ОБЕРТОВИЙ в оптичний Го ій «др ЗАТВОР ; «3 г» а йо Ге) -- - УIv| ROTARY in optical Goi "dr SHUTTER ; "3 g" a yo Ge) -- - U

ЧАСТОТНИЙ ДЕТЕКТОР | «Пт ----ННFREQUENCY DETECTOR | "Fri ----NN

ДЕМОДУЛЯТОР УDEMODULATOR U

, с бе. 58 о, with be. 58 o

Фіг. ло в /д не шва ЩОFig. lo v /d not a seam WHAT

ЧВА | «в) 65 ШК с-е во (ее) « ги (о)CHVA | «c) 65 ShK s-e vo (ee) « gy (o)

ЗОВНІШНІЙ ПРОЕКТОРEXTERNAL PROJECTOR

З5 «1-4 СПРЯМОВАНЕ ПРОМІННЯ (Се)C5 "1-4 DIRECTED BEAM (Se)

РОЗЩЕПЛЮВАЧ ПУЧКА 26 шк г - «ФІ прин « 74 28 ж Й ЗBEAM SPLITTER 26 shk g - "FI prin " 74 28 z Y Z

ІНТЕРФЕРЕНЦІЙ-INTERFERENCE-

ДИСПЛЕЙ й-т 1 НИЙ ФІЛЬТР с 8о. І ВИСОКОТЕМПЕ- ч РАТУРНИЙ - КАМЕРА 2 ОоБєКТ и ПРОЦЕСОР ДЛЯDISPLAY y-t 1 ND FILTER s 8o. AND HIGH TEMPERATURE - CAMERA 2 OOBJECT and PROCESSOR FOR

ОПРАЦЮВАННЯ ПРОМІННЯBEAM PROCESSING

СИГНАЛІВ Бння зв ФІГ.11 нюВАШНЯ г а (о) се)SIGNALS OF BNIA ZV.

Claims (19)

Формула винаходу ЧК» , Я й й со 1. Оптична система для формування зображення поверхні певного об'єкта, що має певний характерний оз превалюючий спектр власного електромагнітного випромінювання, який залежить від температури, яка включає в себе: джерело електромагнітного випромінювання для спрямовування електромагнітного проміння на зазначений об'єкт; детектор електромагнітного проміння, який селективно виявляє певну спектральну складову Зазначеного спрямованого електромагнітного проміння, яка відбивається поверхнею зазначеного об'єкта і спрямовується до зазначеного детектора електромагнітного випромінювання; причому зазначена відбита (Ф) складова спрямованого електромагнітного випромінювання має довжину хвилі, яка відрізняється від довжини ГІ хвилі, що відповідає зазначеному превалюючому спектру власного електромагнітного випромінювання, так що ця відбита складова може бути відрізненою від зазначеного власного електромагнітного випромінювання, бо Виходячи з довжини хвилі.Formula of the invention ChK" , I and i so 1. An optical system for forming an image of the surface of a certain object, which has a certain characteristic and prevailing spectrum of its own electromagnetic radiation, which depends on the temperature, which includes: a source of electromagnetic radiation for directing an electromagnetic beam to the specified object; an electromagnetic radiation detector that selectively detects a certain spectral component of the Specified directed electromagnetic radiation, which is reflected by the surface of the specified object and is directed to the specified electromagnetic radiation detector; and the specified reflected (F) component of directed electromagnetic radiation has a wavelength that differs from the wavelength of the GI wave, which corresponds to the specified prevailing spectrum of own electromagnetic radiation, so that this reflected component can be distinguished from the specified own electromagnetic radiation, because Based on the wavelength. 2. Оптична система за п. 1, яка включає в себе пристрій відеозапису.2. Optical system according to claim 1, which includes a video recording device. З. Оптична система за п. 1, в якій зазначений детектор електромагнітного проміння є пристроєм із зарядовим зв'язком.C. The optical system of claim 1, wherein said electromagnetic radiation detector is a charge-coupled device. 4. Оптична система за п. 1, в якій зазначене джерело електромагнітного випромінювання вибирається із б5 Групи, яка складається з галоїдних ламп, люмінесцентних ламп і ксенонових ламп.4. The optical system according to claim 1, in which the specified source of electromagnetic radiation is selected from b5 of the Group, which consists of halogen lamps, fluorescent lamps and xenon lamps. 5. Оптична система за п. 1, в якій зазначеним джерелом електромагнітного випромінювання є лазер.5. The optical system according to claim 1, in which the specified source of electromagnetic radiation is a laser. 6. Оптична система за п. 5, в якій зазначений лазер здійснює зональне опромінення.6. The optical system according to claim 5, in which the specified laser performs zonal irradiation. 7. Оптична система за п. 5, яка додатково включає в себе комплект дзеркал для спрямовування проміння від зазначеного джерела електромагнітного випромінювання.7. Optical system according to claim 5, which additionally includes a set of mirrors for directing the beam from the indicated source of electromagnetic radiation. 8. Оптична система за п. 5, в якій зазначений лазер здійснює структуроване опромінення.8. The optical system according to claim 5, in which the specified laser performs structured irradiation. 9. Оптична система за п. 1, в якій зазначений детектор виявляє певну множину довжин хвиль відбитого електромагнітного проміння.9. The optical system according to claim 1, in which the specified detector detects a certain set of wavelengths of the reflected electromagnetic beam. 10. Оптична система за п. 3, в якій зазначений пристрій із зарядовим зв'язком є чутливим до довжин хвиль в діапазоні 175-1000 нм. 70 10. The optical system according to claim 3, in which the specified charge-coupled device is sensitive to wavelengths in the range of 175-1000 nm. 70 11. Оптична система за п. 1, яка додатково включає в себе інтерференційний фільтр, що застосовується разом із зазначеним детектором електромагнітного проміння.11. The optical system according to claim 1, which additionally includes an interference filter used together with the specified electromagnetic radiation detector. 12. Оптична система за п. 11, в якій зазначений інтерференційний фільтр не пропускає практично все електромагнітне проміння, обумовлене власним випромінюванням.12. The optical system according to claim 11, in which the said interference filter does not pass almost all the electromagnetic radiation caused by its own radiation. 13. Оптична система за п. 1, яка додатково включає в себе обмежуючий фільтр, що застосовується разом із /5 зазначеним детектором електромагнітного проміння.13. Optical system according to claim 1, which additionally includes a limiting filter used together with /5 specified electromagnetic beam detector. 14. Оптична система за п. 1, яка додатково включає в себе регулятор повітряного потоку, який забезпечує подання повітря до зазначеного об'єкта для усунення спотворення, зумовленого неоднорідністю густини повітря.14. The optical system according to claim 1, which additionally includes an air flow regulator, which provides air supply to the specified object to eliminate distortion caused by non-uniformity of air density. 15. Оптична система за п. 1, яка додатково включає в себе частотний модулятор, що застосовується разом із зазначеним джерелом електромагнітного випромінювання, для модулювання частоти зазначеного спрямовуваного електромагнітного проміння, і яка додатково включає в себе демодулятор, що застосовується разом із зазначеним детектором електромагнітного проміння.15. The optical system according to claim 1, which additionally includes a frequency modulator used in conjunction with said source of electromagnetic radiation to modulate the frequency of said directed electromagnetic beam, and which further includes a demodulator used in conjunction with said detector of electromagnetic radiation. 16. Оптична система за п. 1, яка додатково включає в себе засіб для одержання "пульсуючого" спрямовуваного електромагнітного проміння.16. The optical system according to claim 1, which additionally includes means for obtaining a "pulsating" directed electromagnetic beam. 17. Оптична система за п. 1, в якій зазначене джерело електромагнітного випромінювання являє собою певну сч Множину джерел електромагнітного випромінювання.17. The optical system according to claim 1, in which the specified source of electromagnetic radiation is a certain set of sources of electromagnetic radiation. 18. Оптична система за п. 1, в якій зазначений детектор електромагнітного проміння являє собою певну і) множину детекторів електромагнітного проміння.18. The optical system according to claim 1, in which the specified electromagnetic radiation detector is a certain i) set of electromagnetic radiation detectors. 19. Оптична система для формування зображення поверхні певного високотемпературного об'єкта, що має певний характерний превалюючий спектр власного електромагнітного випромінювання, яка включає в себе: о зо Відеокамеру; інтерференційний фільтр, що застосовується разом із зазначеною відеокамерою, який не пропускає практично все проміння з зазначеного спектра власного електромагнітного випромінювання; і со прикріплене до зазначеної камери джерело світла. «г Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних ме) мікросхем", 2004, М 9, 15.09.2004. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і «о науки України.19. An optical system for forming an image of the surface of a certain high-temperature object, which has a certain characteristic prevailing spectrum of its own electromagnetic radiation, which includes: Video camera; an interference filter used together with the specified video camera, which does not pass almost all rays from the specified spectrum of its own electromagnetic radiation; and a light source attached to the specified camera. Official Bulletin "Industrial Property". Book 1 "Inventions, useful models, topographies of integrated me) microcircuits", 2004, M 9, 15.09.2004. State Department of Intellectual Property of the Ministry of Education and Science of Ukraine. - . и? (о) се) щ» (ее) (42) іме) 60 б5- and? (o) se) sh" (ee) (42) ime) 60 b5
UA2002021612A 1999-08-31 2000-08-23 Optical device and a method for viewing high-temperature objects UA69480C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15156599A 1999-08-31 1999-08-31
US09/630,479 US6859285B1 (en) 1999-08-31 2000-08-02 Optical observation device and method for observing articles at elevated temperatures
PCT/US2000/023139 WO2001017264A1 (en) 1999-08-31 2000-08-23 Optical observation device and method for observing articles at elevated temperatures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA69480C2 true UA69480C2 (en) 2004-09-15

Family

ID=74192323

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UA2002021612A UA69480C2 (en) 1999-08-31 2000-08-23 Optical device and a method for viewing high-temperature objects

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA69480C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6859285B1 (en) Optical observation device and method for observing articles at elevated temperatures
KR100796178B1 (en) Illumination and imaging devices and methods
US7339685B2 (en) Method and apparatus for electronically generating an outline indicating the size of an energy zone imaged onto the IR detector of a radiometer
US20070103552A1 (en) Systems and methods for disabling recording features of cameras
US6122045A (en) Apparatus and method for viewing and inspecting a circumferential surface area of an object
JP2003237467A (en) Night vision system for vehicle
CN104599431A (en) Particle detector, system and method
JP3700778B2 (en) Infrared imaging device
UA69480C2 (en) Optical device and a method for viewing high-temperature objects
US4794452A (en) Through flame optical viewing
BRPI0721391A2 (en) artificial contrast enhancement system for image viewing
JPS62500369A (en) Welding work monitoring device
JP2000134611A (en) Trespasser monitoring device
US6373561B2 (en) Device and method for detecting depth and color information of an object to be surveyed
JP2000246440A (en) Remote monitoring device for welding state
CN105983795B (en) A kind of method that can observe welding pool and weldment surface simultaneously
US4967091A (en) Reflective picture generator
JP2000019112A5 (en)
JP2006106388A (en) Photographing range projecting display apparatus and electronic apparatus
JP3322606B2 (en) Plate width and meandering detection method and device
RU2133485C1 (en) Process detecting means of optical and opticoelectronic type
JP3529797B2 (en) Video surveillance equipment
JP2011182235A (en) Monitoring apparatus and monitoring system
WO2020217980A1 (en) Display device, display device control method, and control program
KR20210022275A (en) Device for Protection of illegally Taking a Photograph