СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЯРКОСТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБЪЕКТА
METHOD FOR DETERMINING BRIGHTNESS TEMPERATURE OF AN OBJECT

Изобретение относится к области испытательной и измерительной техники и позволяет бесконтактно производить измерения высоких температур методом яркостной пирометрии.
Известен способ определения яркостной температуры объекта, реализуемый при работе устройства, описанного в патенте «Устройство для экспресс калибровки яркостного пирометра» (пат. RU №171402, МПК G01J 1/08, опубл. 30.05.17), включающий предварительную калибровку видеокамеры (оптического регистратора (ОР)) по температурному эталону, экспресс-калибровку в условиях проведения эксперимента, определение калибровочной зависимости, связывающей яркость изображения температурного эталона (эталонного источника) излучения и его температуру при фиксированных настройках ОР отвечающих за яркость результирующего изображения, сохранение настроек ОР без изменения на последующих этапах регистрации, экспресс-калибровку ОР на месте проведения эксперимента, во время которой калибровочный источник излучения устанавливают на место исследуемого объекта и определяют изменение яркости его изображения относительно калибровки ОР в лабораторных условиях, корректировку калибровочной зависимости ОР, полученной на этапе предварительной калибровки, регистрацию с помощью ОР, по крайней мере, одного изображения исследуемого объекта при проведении эксперимента, определение яркостной температуры исследуемого объекта по его изображению, зарегистрированному в эксперименте, на основе откорректированной калибровочной зависимости.
Экспресс-калибровку проводят до и после проведения эксперимента. В качестве калибратора используют малогабаритный стабилизированный источник излучения с равномерным распределением яркости излучения по поверхности. Калибратор работает на длине волны видеокамеры (яркостного пирометра).
Таким образом учитывают потери во всем оптическом тракте.
Недостатком данного способа является наличие только одной точки, полученной в результате экспресс-калибровки, связывающей яркостную температуру и значение яркости результирующего изображения. К недостатку данного способа так же следует отнести отсутствие подтверждения работы источника экспресс-калибровки с заданной яркостью. Данный способ выбран в качестве прототипа.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является достоверная бесконтактная регистрация яркостной температуры исследуемого объекта в виде температурного поля.
Техническим результатом применения предлагаемого способа является, повышение достоверности и точности экспериметальной информации об яркостной температуре исследуемого объекта.
Технический результат достигается за счет того, что в заявляемом способе определения яркостной температуры объекта, включающем предварительную калибровку оптического регистратора (ОР) в лабораторных условиях по эталонному источнику излучения, включающую определение калибровочной зависимости, связывающей яркость изображения эталонного источника излучения и его температуру при фиксированных настройках ОР, отвечающих за яркость результирующего изображения, сохранение настроек ОР без изменения на последующих этапах регистрации, экспресс-калибровку ОР на месте проведения эксперимента до его проведения, во время которой калибровочный источник излучения устанавливают на место исследуемого объекта и определяют изменение яркости его изображения относительно калибровки ОР в лабораторных условиях, корректировку калибровочной зависимости ОР, полученной на этапе предварительной калибровки, регистрацию с помощью ОР, по крайней мере, одного изображения исследуемого объекта при проведении эксперимента, определение яркостной температуры исследуемого объекта по его изображению, зарегистрированному в эксперименте, на основе откорректированной калибровочной зависимости, в отличие от прототипа, в качестве калибровочного источника излучения используют источник излучения с изменяющейся в процессе его работы яркостной температурой. Кроме того, на этапе экспресс-калибровки в дискретные моменты времени определяют фактическую яркостную температуру калибровочного источника излучения на основе регистрации его излучения с помощью фотодатчика с известной калибровочной зависимостью, определяющей значение уровня напряжения на его выходе от значения яркостной температуры источника излучения. Фотодатчик работает в спектральном диапазоне, соответствующем спектральному диапазону ОР. Фотодатчик устанавливают на фиксированном расстоянии от выходного окна калибровочного источника излучения. Сигнал, вырабатываемый фотодатчиком в момент работы калибровочного источника излучения, регистрируют синхронно с результатами оптической регистрации. Осуществляют измерение уровней напряжения выходного сигнала с фотодатчика в дискретные моменты времени, соответствующие моментам экспонирования кадров ОР. На основе зарегистрированных в дискретные моменты времени изображений калибровочного источника излучения и соответствующих значений фактической яркостной температуры калибровочного источника излучения осуществляют корректировку калибровочной зависимости, полученной на этапе предварительной калибровки.
Калибровочная зависимость фотодатчика, определяющая значение уровня напряжения на его выходе от значения яркостной температуры калибровочного источника излучения, может быть сформирована на основе проведения оптической регистрации калибровочного источника излучения при параметрах регистрации, аналогичных параметрам предварительной калибровки.
Дополнительно, после проведения эксперимента, может быть проведена экспресс-калибровка оптического регистратора на месте проведения эксперимента.
Применение, на этапе экспресс-калибровки ОР, источника излучения с изменяющейся в процессе его работы яркостной температурой, фактическое значение которой, в дискретные моменты времени, соответствующие моментам экспонирования кадров ОР, подтверждается с помощью фотодатчика, работающего в спектральном диапазоне, соответствующем спектральному диапазону ОР, при известной калибровочной зависимости фотодатчика, определяющей значение уровня напряжения на его выходе от значения яркостной температуры источника излучения для фиксированного расстояния от выходного окна калибровочного источника излучения до фотодатчика, позволяет провести уточняющую корректировку калибровочной зависимости ОР, полученной на этапе предварительной калибровки, что повышает достоверность и точность определения яркостной температуры по результатам видеорегистрации исследуемого процесса.
Определение калибровочной зависимости фотодатчика, связывающей значение уровня напряжения на его выходе со значением яркостной температуры калибровочного источника излучения, путем проведения оптической регистрации калибровочного источника излучения при параметрах регистрации, аналогичных параметрам предварительной калибровки, позволяет применять неоткалиброванные фотодатчики, что повышает универсальность способа определения яркостной температуры.
Выполнение, после проведения эксперимента, дополнительной экспресс-калибровки оптического регистратора на месте проведения эксперимента позволяет минимизировать влияние изменений в оптическом тракте происходящих во время проведения эксперимента, что повышает точность определения яркостной температуры.
Заявляемый способ поясняется фигурами. На фиг. 1 приведена схема проведения предварительной калибровки ОР. На фиг. 2 приведена схема проведения экспресс-калибровки ОР.
На фигурах изображены: 1 - эталонный источник излучения; 2 - ОР, 3 - калибровочный источник излучения; 4 - фотодатчик; 5 - регистратор электрических сигналов (осциллограф); Z-расстоянием между ОР и источником излучения; l-расстоянии от выходного окна калибровочного источника излучения до фотодатчика (фиксированное).
Определение яркостной температуры осуществляют следующим образом.
В лабораторных условиях осуществляют предварительную калибровку ОР 2. В качестве ОР 2 используют цифровую фото- или видеокамеру, работающую в узком спектральном диапазоне. Калибровку осуществляют путем получения изображения эталонного источника излучения 1 при его различной температуре. В качестве эталонного источника излучения 1 используют излучатель в виде модели абсолютно черного тела или лампу накаливания температурную. Регистрацию осуществляют при фиксированных настройках ОР, отвечающих за яркость результирующего изображения. Данные параметры оптического регистратора на последующих этапах не изменяются. Таким образом, результатом проведения предварительной калибровки является калибровочная кривая, определяющая зависимость яркости изображения эталонного источника излучения 1 от его температуры.
Яркостная пирометрия основана на измерении абсолютной мощности излучения на определенной длине волны излучения и. следовательно, результат измерения зависит от потери света во всем оптическом тракте. В оптический тракт входят все элементы схемы регистрации, находящиеся на пути излучения от исследуемого объекта (на фиг. не показан) до приемной матрицы ОР 2. С целью учета данных факторов, влияющих на достоверность экспериментальных данных, на месте проведения эксперимента осуществляют экспресс-калибровку ОР.
Экспресс-калибровку ОР проводят до проведения эксперимента, во время которой калибровочный источник излучения 3 устанавливают на место исследуемого объекта и определяют изменение яркости его изображения относительно калибровки ОР в лабораторных условиях. В качестве калибровочного источника излучения 3 используют источник излучения с изменяющейся в процессе его работы яркостной температурой, что обеспечивает получение более чем одной точки для корректного уточнения калибровочной зависимости ОР, полученной на этапе предварительной калибровки.
Фактическую яркостную температуру калибровочного источника излучения 3 определяют на основе данных, зарегистрированных с помощью фотодатчика 4 и регистратора 5. Фотодатчик 4 работает в спектральном диапазоне, соответствующем спектральному диапазону ОР. Фотодатчик устанавливают на фиксированном расстоянии l от источника излучения 3. для которого известна калибровочная зависимость, определяющая значение уровня напряжения на выходе фотодатчика 4 от значения яркостной температуры источника излучения 3. Применение регистратора 5. который фиксирует напряжение с выхода фотодатчика 4 и периодический сигнал с выхода ОР 2, соответствующий моментам экспонирования кадра, обеспечивает определение фактической яркостной температуры источника излучения 3 в моменты экспонирования каждого кадра регистрации. Приведенная совокупность операций обеспечивает повышение достоверности и точности определения яркостной температуры по результатам видеорегистрации.
Следующим этапом является проведение оптической регистрации исследуемого процесса, результатом которой является, по крайней мере, одно изображение. Значение яркости отдельных фрагментов изображения (пикселов) переводится в соответствующее значение яркостной температуры с помощью откорректированной калибровочной кривой ОР.
В случае, когда калибровочная зависимость фотодатчика 4, связывающая значение уровня напряжения на его выходе со значением яркостной температуры источника излучения, не известна, она может быть определена в лабораторных условиях после проведения этапа предварительной калибровки ОР 2. Вместо эталонного источника излучения 1 устанавливают калибровочный источник излучения 3 в комплексе с фотодатчиком 4. расположенным на фиксированном расстоянии l от калибровочного источника излучения. На этапе калибровки фотодатчика 4. по результатам регистрации ОР 2 определяют фактическую яркостную температуру калибровочного источника излучения 3 и соответствующее данному моменту напряжение с выхода фотодатчика. Синхронизацию по времени осуществляют с помощью регистратора 5. В результате выполнения приведенных операций формируют калибровочную зависимость фотодатчика. Определение калибровочной зависимости фотодатчика, связывающей значение уровня напряжения на его выходе со значением яркостной температуры калибровочного источника излучения, путем проведения оптической регистрации калибровочного источника излучения при параметрах регистрации, аналогичных параметрам предварительной калибровки, позволяет применять неоткалиброванные фотодатчики, что повышает универсальность способа определения яркостной температуры.
В случае, когда во время проведения эксперимента происходит изменение параметров оптического тракта схемы оптической регистрации, влияющих на яркость результирующего изображения, после проведения эксперимента осуществляют дополнительную экспресс-калибровку ОР 2, во время которой калибровочный источник излучения 3 устанавливают на место исследуемого обьекта и определяют изменение яркости его изображения относительно калибровки ОР 2 в лабораторных условиях. Выполнение, после проведения эксперимента, дополнительной экспресс-калибровки оптического регистратора па месте проведения эксперимента позволяет минимизировать влияние изменений в оптическом тракте, происходящих во время проведения эксперимента, что повышает точность определения яркостной температуры.
Таким образом обеспечивают повышение достоверности и точности экспериментальной информации об яркостной температуре исследуемого объекта.