СКАНИРУЮЩИЙ ПИРОМЕТР

Полезная модель относится к устройствам пирометрии и может быть использована для дистанционного измерения температуры различных объектов с неизвестным коэффициентом излучения в различных отраслях промышленности, например точном машино- и приборостроении, металлургии, в строительстве, сельском хозяйстве, при энергоаудите зданий, а также при проведении научных исследований.
Известен пирометр истинной температуры (Патент РФ №2219504, МПК G01J 5/00, 2002 г.), содержащий объектив, диск обтюратора, который включает N спектральных фильтров, приемник излучения, усилитель, устройство управления и вычисления, электронный коммутатор между приемником излучения и усилителем. Спектральные фильтры диска обтюратора подбираются таким образом, что левая длина волны начала каждого последующего фильтра, начиная со второго, совпадает с правой длиной волны конца предыдущего, а спектральный диапазон одного из фильтров охватывает диапазоны всех остальных фильтров. Обтюратор также снабжен датчиком синхронизации, подключенным к устройству управления и вычисления.
Устройство позволяет производить дистанционное измерение истинной температуры различных объектов с неизвестными коэффициентами излучения по их собственному излучению.
Недостатками данного устройства является наличие сложной оптико-электронной системы и низкая скорость замера истинной температуры объекта в связи с механическим переключением фильтров при измерении и многократным измерением исследуемой области.
Известен сканирующий пирометр (Патент РФ №1111559, МПК G01J 5/14, 1995 г.), содержащий корпус с соосно установленными в нем объективом и многоэлементным фотоприемником излучения, выходы которого подключены через коммутатор к запоминающему устройству, блок обработки изображения и блок синхронизации. При этом в схему дополнительно введен второй коммутатор, второе запоминающее устройство и блок сравнения, вход второго запоминающего устройства через второй коммутатор подключен к выходу многоэлементного фотоприемника излучения, выходы обоих запоминающих устройств подключены к входам блока сравнения, а выход последнего подключен к входу блока обработки изображения. Выходы блока синхронизации подключены к управляющим входам коммутаторов и блока сравнения, а к его входу подключен один из выходов блока обработки изображения, причем многоэлементный фотоприемник излучения, в свою очередь, установлен с возможностью поворота вокруг оптической оси синхронно в соответствии с работой коммутаторов.
Данное устройство позволяет определять наличие окисных пленок на поверхности расплава металла за счет обеспечения автоматической фиксации изображения поверхности при различных угловых положениях относительно оптической оси многоэлементного фотоприемника излучения, при сравнении которых делается автоматически (независимо от субъективных способностей человека) вывод о наличии пленок с температурой, отличающейся от температуры расплава.
Недостатком данного устройства является возможность измерения температуры только по одной линейной координате, а метод измерения не позволяет получить точное значение истинной температуры расплава и определить наличие пленки в случае наличия пленки во всех измеренных точках или на всей поверхности расплава.
Наиболее близким техническим решением является пирометр (Патент №35433, МПК G01J 5/10, 5/48 2004 г.), содержащий оптико-электронный блок измерения температуры, жестко связанный с ним блок подсветки траектории сканирования, блок отображения информации, видеокамеру и мини-ЭВМ, причем выход оптико-электронного блока измерения температуры соединен с первым входом мини-ЭВМ, второй вход которой соединен с выходом видеокамеры, а выход мини-ЭВМ соединен с входом блока отображения информации. При этом блок подсветки траектории сканирования выполнен в виде лазера непрерывного или модулированного по амплитуде излучения, а длина волны излучения лазера расположена вне спектральной области измерения температуры.
Данное устройство позволяет производить бесконтактное измерение температуры с возможностью получения информации о температурном профиле на экране блока отображения информации с привязкой его к координатам контролируемого объекта.
Однако данное устройство не имеет возможности определения коэффициента излучения измеряемой поверхности и получения информации о типе материала, а также о расстоянии до объекта. Кроме того, устройство не позволяет проводить измерения в автоматическом режиме, а оператор не всегда может правильно определить степень необходимой дискретизации и количество измерений, необходимых для получения температурного профиля всего объекта. Все это снижает точность измерения температуры.
При этом устройство не позволяет получать трехмерные картины изменения температуры по всей площади измеряемого объекта. Наличие системы зеркал снижает уровень чувствительности прибора вследствие потерь из-за отражения сигнала и тем самым снижается скорость и чувствительность при измерении температуры объекта.
Технический результат полезной модели заключается в повышении точности и чувствительности при измерении температуры.
Указанный технический результат достигается тем, что сканирующий пирометр, содержащий оптико-электронный блок измерения температуры, жестко связанный с ним источник света, блок отображения информации, видеокамеру и мини-ЭВМ, причем выходы оптико-электронного блока измерения температуры и видеокамеры соединены с входами мини-ЭВМ, а выход мини-ЭВМ соединен с входом блока отображения информации, причем пирометр дополнительно оснащен лазерным дальномером и датчиком цвета, при этом выход мини-ЭВМ соединен с входами источника света и датчика цвета, а выходы датчика цвета и лазерного дальномера соединены с входами мини-ЭВМ, а оптико-электронный блок измерения температуры, лазерный дальномер, источник света, датчик цвета и видеокамера жестко установлены на подвижной платформе с возможностью поворота в горизонтальном и вертикальном направлениях с помощью системы позиционирования платформы, вход которой соединен с выходом мини-ЭВМ.
Отличиями заявляемого сканирующего пирометра является его конструктивное исполнение, при котором он снабжен лазерным дальномером, позволяющим определять расстояние до исследуемого объекта и датчиком цвета с источником света, которые необходимы для определения типа поверхности. Обработанная центральным блоком управления информация от этих устройств позволяет осуществлять корректировку коэффициента излучения измеряемой поверхности в интерактивном режиме, а отсутствие дихроматического зеркала позволяет повысить чувствительность и точность изменения температуры, а также сократить время измерения. При этом подвижная платформа, на которой установлены измерительные и регистрирующие устройства, выполнена с возможностью поворота в вертикальном и горизонтальном направлениях с помощью системы позиционирования платформы. Это позволяет производить измерения температуры по всей площади измеряемого объекта.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется блок схемой сканирующего пирометра, которая представлена на фиг. 1.
Сканирующий пирометр состоит из оптико-электронного блока измерения температуры 1, источника света 2, датчика цвета 3, лазерного дальномера 4, видеокамеры 5, установленных на подвижной платформе 6, связанной с системой позиционирования платформы 7. Входы мини-ЭВМ 8 (персональный компьютер или микропроцессор) связаны с выходами оптико-электронного блока измерения температуры 1, датчика цвета 3, лазерного дальномера 4 и видеокамеры 5, а выходы мини-ЭВМ 8 связаны с входами источника света 2, датчика цвета 3, системы позиционирования платформы 7 и блока отображения информации 9 об измеряемом объекте 10.
Сканирующий пирометр работает следующим образом.
Система позиционирования платформы 7, привод которой выполнен в виде двух двигателей, имеет две степени свободы по двум сферическим направлениям (вертикальному и горизонтальному), что позволяет обеспечить наведение подвижной платформы 6 в любую точку по всей площади измеряемого объекта 10. Согласованную работу подвижной платформы 6 с расположенными на ней элементами 1-5 при измерении обеспечивает мини-ЭВМ 8. На основе показаний лазерного дальномера 4 определяется расстояние до измеряемого объекта 10. Эти данные передаются на вход мини-ЭВМ 8, которая вычисляет оптимальный шаг угла поворота подвижной платформы 6. При этом учитывается диаметр пятна измерения. Источник света 2 и датчик цвета 3 получают сигнал от мини-ЭВМ 8, при этом источник света 2 подсвечивает поверхность измеряемого объекта 10 с необходимой интенсивностью, а датчик цвета 3 определяет цвет поверхности объекта 10 и передает эту информацию на мини-ЭВМ 8, которая определяет тип поверхности измеряемого объекта 10. Это позволяет осуществлять подстройку коэффициента излучения поверхности измеряемого объекта 10 в интерактивном режиме, что повышает точность измерения температуры, которое осуществляется оптико-электронным блоком 1. Результаты передаются на вход мини-ЭВМ 8, которая выводит на блок отображения информации 9 данные о расстоянии до объекта 10, его типе, измеренной температуре, а также видеоизображение, получаемое от видеокамеры 5. Возможен вариант исполнения полезной модели без видеокамеры 5, тогда мини-ЭВМ 8 может быть выполнена в виде микроконтроллера, а информация о температуре, типе и расстоянии до измеряемого объекта 10 передается на дисплей микроконтроллера, который является блоком отображения информации 9.
Использование предлагаемого устройства по сравнению с имеющимися обеспечивает повышение точности измерения температуры объекта за счет определения коэффициента излучения измеряемой поверхности в интерактивном режиме и корректировки режима работы оптико-электронного блока измерения температуры. При этом установка этого блока совместно с видеокамерой, источником света, датчиком цвета и лазерным дальномером на подвижной платформе, выполненной с возможностью поворота в двух направлениях с помощью системы позиционирования платформы, связанной с мини-ЭВМ, позволяет получать трехмерные картины распределения температуры по всей площади измеряемого объекта.