Пирометр

преобразователи (АЦП), первый И второй элементы ИЛИ, соединенные входами поразрядно с выходами первого и второго АЦП соответственно, группы первых, вторых, третьих и четвертых элементов И, элемент сравнения, соединенный первыми и вторыми входами поразрядно с выходами первого и второго АЦП соответственно, причем группа первых элементов И первыми входами соединена поразрядно с выходами первого АЦП, а вторыми входами - с первым выходом элемента сравнения, группа вторых элементов И первыми входами соединена поразрядно с выходами второго АЦП, а вторыми входами со вторым выходом элемента сравнения, группа третьих элементов И первыми входами соединена поразрядно с выходами первого АЦП, а вторыми входами - со вторым выходом элемента сравнения, группа четвертых элементов И первыми входами соединена поразрядно с выходами второго АЦП, а вторыми входами - с первым выходом элемента сравнения, первый арифметический блок, соединенный поразрядно первыми входами с выходами групп первых и четвертых элементов И, а вторыми входами - поразрядно с вь 1 ходами второй и третьей групп элементов И, группу пятых элементов И, соединенную первыми входами с выходом первого элемента ИЛИ, вторыми входами - с выходом второго элемента ИЛИ, а третьими входами - поразрядно с выходами первого арифметического блока, задатчик коэффициента пропорциональности, второй арифметический блок, соединенный первыми и вторыми входами поразрядно с выходами группы пятых элементов И и задатчика коэффициента пропорциональности соответственно, а выходами - поразрядно с группой первых (информационных) выходов пирометра, третий элемент ИЛИ, соединенный входами поразрядно с выходами второго арифметического блока, формирователь переднего фронта импульса, соединенный входом с выходом третьего элемента ИЛИ, а выходом - со входами управления первого и второго АЦП, и Шестой элемент И, соединенный первым и вторым входами с выходами первого и второго элементов ИЛИ соответственно, а выходом - со вторым выходом пирометра, отличающийся тем, что содержит задатчик значений длин волн принимаемого излучения, коммутатор, соединенный информационными входами с выходами датчика излучения нагретого тела, входами управления - с выходом задатчика значений длин волн принимаемого излучения, а первым и вторым выходами - с информационными входами первого и второго АЦП соответственно,первый элемент задержки, соединенный входом с выходом формирователя переднего фронта импульса, а выходом - с третьим входом управления первого арифметического блока, и второй элемент задержки, соединенный входом с выходом первого элемента задержки, а выходом - с третьим входом управления второго арифметического блока, причем датчик излучения нагретого тела выполнен сотовым из элементов на приборах с зарядовой связью, селективных на разные длины волн и равномерно рассредоточенных по площади датчика, при этом элементы с одноименными длинами волн селекции соединены по выходам параллельно.Изобретение относится к информационно-измерительной и вычислительной технике,а в частности к средствам бесконтактного измерения температуры поверхности нагретых тел, в т.ч. полупроводниковых пластин в технологических установках, изделий из металлов, керамики, пластмасс при их термообработке, расплавов металлов в металлургии, а также отдельных участков тела человека.Известен пирометр 1, содержащий на оптическом входе пирометра поляроид и датчик интенсивности излучения, усилитель постоянного тока и индикатор. Этим пирометром излучение поверхности регистрируют под углом визирования 8 О от нормали к поверхности излучения, в излучении выделяется компонента, поляризованная в плоскости наблюдения, и по интенсивности излучения этой компоненты определяется температура поверхности.Недостатки Известного пирометра - ограниченность функциональных возможностей,т.к. Известный пирометр применим для измерения температур 1000-2000 С, когда отраженное от образца Излучение фона пренебрежимо мало по сравнению с собственным излучением, И невысокие точность И быстродействие за счет влияния субъективного фактора.Известен пирометр 2, содержащий поляроид, с углом поворота в 90 относительно оптической оси, датчик излучения, усилитель И два индикатора. Этот пирометр по измерению отношения двух ортогонально поляризованных компонент излучения поглощающей поверхности под углом 45 к ней с последующим определением соотношения КЧОь) КОь), где КЧОь) И КкОь) - коэффициенты отражения ортогонально поляризованных компонент теплового излучения при углах визирования (1 45 И 1 90 соответственно позволяет определить (рассчитать) температуру поверхности.Недостатки известного пирометра - использование видимого диапазона спектра, в котором анализируемые объекты (например, металлы) непрозрачны И дают достаточно яркое излучение, по сравнению с которым отраженное поверхностью излучение фона пренебрежимо мало, при углах визирования, отличающихся от 45, допускает нарушение приведенного выше соотношения И соответственно оказывается невозможным расчет температуры поверхности, кроме того, из-за субъективного фактора он обеспечивает ограниченную точность измерения в узком диапазоне температур И низкое быстродействие.В диапазоне температур поверхности биологических И технических объектов 0650 С,которые используются в медицине И в технологических установках осаждения И эпитаксии, видимые диапазоны излучений неприменимы из-за недостаточной яркости излучения, а в среднем инфракрасном диапазоне излучение фона (конструкции оборУдования,стенок реактора), отраженное поверхностью объекта, сопоставимо с собственным излучением объекта И вносит существенную погрешность в Измерения.Известен И пирометр 3, содержащий расположенные на оси оптического входа оптический фильтр, модулятор излучения, датчик интенсивности излучения, источник эталонного излучения, усилитель, детектор переменной составляющей сигнала с выхода усилителя. Этим пирометром, по результатам приема излучения объекта оптической системой, спектральной фильтрации этого излучения И модуляции, включающей последовательную коммутацию на датчик, с заданной частотой, двух потоков излучения, от объекта И эталонного источника, преобразования в электрический сигнал, его усиления И вь 1 деления в этом сигнале переменной составляющей, пропорциональной разности коммутируемых сигналов, по величине (интенсивности) этого сигнала И известным характеристикам эталонного излучения, оператор определяет условную температуру объекта, а истинная температура находится по известной калибровочной зависимости с учетом независимо измеренной температуры стенок реактора или конструктивных элементов технологического оборудования.Недостатками известного пирометра, являются невозможность измерения температурь 1 тел в диапазоне десятков С И необходимость применения эталонного Источника теплового излучения, что существенно увеличивает аппаратурную избыточность пирометра,повышает его габаритно-весовые И энергетический показатели, усложняет эксплуатацию,снижает точность И быстродействие пирометра.Известен пирометр 4, содержащий вход (канал из прозрачного в рабочем спектральном диапазоне материала) оптической связи объекта с пирометром, полосовой фильтр,поляризатор, объектив, диафрагму, датчик (детектор) теплового излучения модулятор, детектор, усилитель, детектор переменной составляющей И индикатор (блок регистрации), в нем полосовой фильтр И датчик расположены на оси оптического входа. Этот пирометр использует прием теплового излучения объекта, спектральную фильтрацию, его модуляцию, детектирование, усиление на частоте модуляции, выделение переменной состав ВУ 9672 С 1 200741830ляющей, регистрацию излучения под углом от нормали К поверхности излучения, равным главному углу падения луча, и выделение в детектируемом сигнале разности ортогонально поляризованных компонент излучения, по которой определяется температура поверхности объекта.Недостатки известного пирометра - необходимость модуляции излучения и выделения переменной составляющей детектирования, значительная алгоритмическая сложность определения температуры и, как результат, значительная аппаратурная избыточность, низкая надежность в работе и значительная эксплуатационная сложность. Кроме того, известный пирометр обладает общим недостатком, состоящим в критичности к углам визирования,расстоянию от объекта до приемника излучений, неприменимостью для измерения температуры в щироком, от сотен до десятков тысяч градусов по Цельсию, диапазоне температур, низкими точностью и быстродействием.Известен, как более близкий к предмету изобретения, пирометр 5, содержащий вход,из прозрачного в рабочем спектральном диапазоне материала, оптической связи, два датчика излучения нагретого тела, на оси со входом, причем датчики обеспечены селективными на двух разных длинах волн свойствами, первый и второй аналого-цифровые преобразователи (АЦП), соединенные информационными входами с выходами первого и второго датчиков соответственно, первый и второй элементы ИЛИ, соединенные входами поразрядно с выходами первого и второго АЦП соответственно, группы первых, вторых,третьих и четвертых элементов И, элемент сравнения, причем группа первых элементов И первыми входами соединена с выходами первого АЦП, а вторыми входами с первым вь 1 ходом элемента сравнения, группа вторых элементов И первыми входами соединена поразрядно с выходами второго АЦП, а вторыми входами с третьим выходом элемента сравнения, группа третьих элементов И первыми входами соединена поразрядно с вь 1 ходами первого АЦП, а вторыми входами с третьим выходом элемента сравнения, и группа четвертых элементов И первыми входами соединена поразрядно с выходами второго АЦП, а вторыми входами с первым выходом элемента сравнения, первый арифметический блок, соединенный поразрядно первыми входами с выходами групп первых и четвертых элементов И, а вторыми входами поразрядно с выходами второй и третьей групп элементов И, группа пятых элементов И, соединенных первыми входами с выходом первого элемента ИЛИ, вторыми входами с выходом второго элемента ИЛИ, а третьими входами поразрядно с выходами первого арифметического блока, задатчик коэффициента пропорциональности, второй арифметический блок, соединенный первыми и вторыми входами поразрядно с выходами группы пятых элементов И и задатчика соответственно, а вь 1 ходами поразрядно с группой первых (информационных) выходов пирометра, третий элемент ИЛИ, соединенный входами поразрядно с выходами второго арифметического блока,формирователь переднего фронта импульса, соединенный входом с выходом третьего элемента ИЛИ, а выходом со входами управления первого и второго АЦП, и Шестой элемент И, соединенный первым и вторым входами с выходами первого и второго элементов ИЛИ, а выходом со вторым выходом пирометра.Достоинства известного пирометра - обеспечение возможности измерения температурь 1 при нефиксированных углах визирования и расстояниях между объектом, температура поверхности которого измеряется, и датчиками пирометра, повыщение точности, исключение субъективизма в результатах измерения и снижение инерционности.Недостатки известного пирометра состоят в ограниченности функциональных возможностей, что обусловлено приемом излучений на двух фиксированных длинах волн, за счет чего ограничивается диапазон измеряемых температур и снижается точность измерения температуры.Сказанное вытекает из анализа зависимости лучеиспускательной способности тел на разных длинах волн при различных значениях температуры (см. фиг. 4), т.к. сокращениеЗНЗЧСНИЯ азности ДЛИН ВОЛНВСДСТ К ОСТ ла наклона ОС, а ЭТО ВВДСТ К ПОВЫШСНИЮ 1точности измерения температуры Т и К смешению области применения пирометра в длинноволновую (при ос 9 О) часть спектра излучения, т.е. с уходом в низкотемпературную область измеряемых Т, или коротковолновую (при ос 9 О) часть спектра излучения,т.е. с уходом в высокотемпературную область измеряемых Т.Для обеспечения высокой точности измеряемых Т требуется минимизировать значения Ж 1-Жд, а для расширения измеряемых значений Т варьировать значениями Ж, и Ж-, т.е. смешать в заданном направлении эти величины.Тогда задача изобретения состоит в расширении функциональных возможностей за счет повышения точности измерения температуры поверхности тел в широком диапазоне ее значений (от единиц до десятков тысяч С или К). Поставленная задача достигается минимизацией значений Ж-Жд, т.е. сближением значений Ж и Ж-, и варьированием значений Ж и Ж, для смешения значений Ж и Ж в заданном направлении.Технический результат достигается тем, что в пирометр, содержаший вход, из прозрачного в рабочем спектральном диапазоне материала, оптической связи, датчик излучений нагретого тела, установленный на оси со входом, первый и второй аналого-цифровые преобразователи (АЦП), первый и второй элементы ИЛИ, соединенные входами поразрядно с выходами первого и второго АЦП соответственно, группы первых, вторых, третьих и четвертых элементов И, элемент сравнения, при этом группа первых элементов И первыми входами поразрядно соединена с выходами первого АЦП, а вторыми входами - с первым выходом элемента сравнения, группа вторых элементов И первыми входами соединена поразрядно с выходами второго АЦП, а вторыми входами - со вторым выходом элемента сравнения, группа третьих элементов И первыми входами соединена поразрядно с выходами первого АЦП, а вторыми входами - со вторым выходом элемента сравнения, и группа четвертых элементов И первыми входами соединена поразрядно с выходами второго АЦП, а вторыми входами - с первым выходом элемента сравнения, первый арифметический блок, соединенный поразрядно первыми входами с выходами групп первых и четвертых элементов И, а вторыми входами - поразрядно с выходами второй и третьей групп элементов И, группа пятых элементов И, соединенных первыми входами с выходом первого элемента ИЛИ, вторыми входами - с выходом второго элемента ИЛИ, а третьими входами - поразрядно с выходами первого арифметического блока, второй задатчик, задатчик коэффициента пропорциональности, второй арифметический блок, соединенный первыми и вторыми входами поразрядно с выходами группы пятых элементов И и задатчика коэффициента пропорциональности соответственно, а выходами - поразрядно с группой первых, информационных, выходов пирометра, третий элемент ИЛИ, соединенный входами поразрядно с выходами второго арифметического блока, формирователь переднего фронта импульса, соединенный входом с выходом третьего элемента ИЛИ, а выходом со входами управления первого и второго АЦП, и шестой элемент И, соединенный первым и вторым входами с выходами первого и второго элементов ИЛИ, а выходом- со вторым выходом пирометра, введены первый задатчик, задатчик значений длин волн принимаемых излучений, коммутатор, соединенный входами управления с выходами первого задатчика, задатчика значений длин волн принимаемых излучений, информационнь 1 ми входами - с выходами датчика излучений нагретого тела, а выходами - со вторыми входами обоих АЦП соответственно, первый элемент задержки, соединенный входом с выходом формирователя импульсов, а выходом - с третьим входом, входом управления,первого арифметического блока, и второй элемент задержки, соединенный входом с вь 1 ходом первого элемента задержки, а выходом - с третьим входом, со входом управления,второго арифметического блока, причем датчик излучений нагретого тела выполнен групповым с элементами на приборах с зарядовой связью (ПЗС), сотовым в плане, со способностью к селекции излучений ряда длин волн, равномерно рассредоточенными по площади датчика.