РАДИАЦИОННЫЙ СПОСОБ ТОЧЕЧНОГО МИНУТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЛАЗЕРНОСПЕКТРОКОМПЬЮТЕРНЫМ ИЗМЕРИТЕЛЕМ СВЕТОПОТОКОВ И ВЕЛИЧИН, ИХ ИЗМЕНЯЮЩИХ
RADIATION METHOD FOR POINT MINUTE MEASUREMENT OF TEMPERATURE USING LASER-SPECTROMETER-COMPUTER METRE OF LIGHT FLUX AND QUANTITIES CHANGING SAID LIGHT FLUX

Предлагаемое изобретение относится к физике, измерениям спектрального состава световых потоков, к радиационной пирометрии, а именно к точечному минутному измерению температур лазерноспектрокомпьютерными измерителями.
В описании имеются только основные сведения для наглядного быстрого понимания сути, остальные сведения, известные из уровня техники и логично следующие из них и этого описания, могут не упоминаться, но имеются ввиду, а действия выполняются. Если при 1-м использовании слова (словосочетания) не пояснено его значение применительно к описанию, значит, оно известно из уровня техники или понятно из описания (слова в названии пояснены в описании прототипа).
Недостаток 1-го аналога не предназначен для точечного измерения температуры, ибо приемник температуры содержит объектив в виде собирательной линзы, поэтому имеет широкий входной конус, поэтому тензорезисторы нагревает суммарный температурный поток со значительной площади.
В качестве 2-го аналога выбран способ, при котором заранее градуируют по температуре тепловизионную систему, направляют инфракрасную телекамеру настроенной системы на измеряемый объект, получают его температурное поле на экране тепловизора /2/. Этот аналог выполняет его назначение.
Недостаток 2-го аналога не предназначен для точечного измерения температуры, ибо телекамера содержит объектив в виде собирательной линзы, поэтому имеет широкий входной конус, поэтому тепловизор дает площадное изображение температурного поля.
В качестве прототипа выбран радиационный способ точечного минутного измерения температуры, при котором включают, настраивают, градуируют лазерноспектрокомпьютерный измеритель светопотоков (ласкомтель) с программой построения градуировочного графика, для чего помещают градуировочный образец для измеряемой физической величины в черную коробку, вставляют в ее направляющую наконечник, поэтому основа входного конуса отградуированного ласкомтеля оказывается на образце, компьютер высвечивает градуировочную спектрокривую в виде холма и запоминает градуировочный график, начинают измерение, для чего ось входного конуса отградуированного ласкомтеля совмещают с заданной точкой измеряемого объекта, компьютер высвечивает спектрокривую, по градуировочному графику вычисляет и высвечивает численное значение измеряемой величины /3/. Прототип предназначен для измерения концентрации флуоресцентов и выполняет его назначение.
Описание прототипа. Прототип входит в группу изобретений «Лазернолюминесцентный концентратомер, способ его использования (т.е. измерение концентрации флуоресцентов) и способ изготовления светокабельного наконечника (варианты)» /3/, устройство в этой группе изобретений было названо «Лазернолюминесцентный концентратомер», что соответствовало его назначению с точки зрения способа, но не его конструкции, ибо в названии есть не все конструктивные признаки, а название слишком узкое, кроме того, концентратомер не люминесцирует, поэтому здесь он получил более правильное название: «лазерноспектрокомпьютерный измеритель светопотоков и величин, их изменяющих» (сокращенно: «ласкомтель» - образовано из букв полного названия, увеличенных здесь для наглядности: «ЛАзерноСпектроКОМпьютерный измериТЕЛЬ светопотоков и величин, их изменяющих»), ибо в нем есть названия основных отличительных конструктивных признаков и оно наталкивает на возможность гораздо более широкого использования, т.е. измерение других величин, изменяющих потоки, оказалось; что его можно использовать для измерения различных величин, которые изменяют светопотоки, например, температуру, поскольку изменение температуры изменяет спектрокривую рожденного ею температурного потока. Для сокращения времени на понимание заявленного способа приводим описание устройства, которое использовано для измерения температуры, описанное в группе изобретений /3/ под названием «лазернолюминесцентный концентратомер», а здесь получило название «ласкомтель», содержащий лазер заданной частоты, оптически соединенный У-образной кабельной системой со спектрометром с заданной рабочей частотной областью, к которому электрически подключен компьютер. Определение «заданный» (любого рода и падежа) здесь и далее означает, что численное значение определяемого существительного задано заказчиком, разработчиком и другими должностными лицами, но не заявителем, поэтому не является существенным признаком в данной заявке. У-образная кабельная система содержит лазерный кабель с лазерным волокном по оси кабеля, спектрокабель с параллельными его оси спектроволокнами и совмещенный кабель с таким же лазерным волокном по его оси и такими же спектроволокнами вокруг лазерного волокна. Все упомянутые волокна - это световолокна полного внутреннего отражения с рабочими частотными областями, соответствующими лазеру или спектрометру. Лазерный кабель присоединен к лазерному разъему совместителя лазерного волокна и спектроволокон в совмещенном кабеле, в прототипе он назван «у-образный соединитель», однако это название не соответствует его назначению и конструкции, ибо он не соединяет лазерное волокно с спектроволокнами, а обеспечивает их совмещение в совмещенном кабеле, поэтому он здесь назван «совместитель». Спектрокабель присоединен к спектроразъему этого совместителя, а совмещенный кабель - к совмещенному разъему. На свободном рабочем конце совмещенного кабеля герметично закреплен цилиндрический трубчатый кабельный наконечник (далее кратко: «наконечник») с кольцевым торцем, параллельно выступающим перед торцем совмещенного кабеля и имеющим 3 опорных выступа для правильного упирания в измеряемый объект (далее кратко: «объект»). «Правильное упирание» означает, что наконечник, упертый пальцами измеряющего в грань объекта своими опорными выступами, неподвижен, оптические оси пучка и его отражения совпадают, перечисленные условия существенно уменьшают погрешности, а заданный зазор между торцами световолокон и объектом (благодаря выступанию торца наконечника перед торцем кабеля) предотвращает загрязнение торцев этих волокон, даже при опускании торца наконечника в жидкость благодаря оставшемуся в упомянутом зазоре воздуху, что также существенно уменьшает погрешности. При упирании в мягкие поверхности, например, в кожу, она прогибается, образуется лунка, по всему краю которой прижат кольцевой торец наконечника, что предотвращает почти полностью попадание в спектроторцы помеховых потоков, вызывающих погрешности. Снижение погрешностей благодаря наконечнику обеспечивает существенно преимущество способа-прототипа, далее оно не повторяется, но имеется ввиду во всей заявке, хотя при измерении температуры эти условия не всегда обязательны, например, перпендикулярность отражающей поверхности к оси лазерного пучка.
Принцип действия любого ласкомтеля: лазерный пучок выходит из лазерного волокна совмещенного кабеля в виде почти не расходящегося пучка и создает освещенное пространство в виде усеченного выходного конуса ласкомтеля (далее кратко: «выходной конус»), его усеченная вершина совпадает с торцем волокна, а основание (далее правильнее: «основа») находится, например, на грани измеряемого объекта, перпендикулярной оси пучка, это - прямой круглый выходной конус, он обеспечивает наилучшие условия измерения по способу-прототипу. Но перед каждым спектроторцем на рабочем торце совмещенного кабеля по принципу взаимности всегда существует такой же узкий усеченный входной конус ласкомтеля (далее кратко: «входной конус»), ибо хотя на спектроторец могут падать потоки из полусферы, но пройти по волокну в спектрометр смогут только лучи, имеющие направления, очень близкие к перпендикуляру к спектроторцу, т.е. образующие входной конус. Входной конус тоже узкий, при упирании наконечника в грань образца его длина менее 1 мм, поэтому диаметр его основы меньше 1 мм, поэтому «точечный» означает «равный основе входного конуса». Для измерения концентрации необходимо, чтобы возможно большая часть отраженного пучка вошла в спектроволокно, а для этого отражающая грань должна быть перпендикулярна оси выходного конуса, причем основы выходного и входного конусов должны иметь совпадающие плоские сегменты (а конусы - боковые совпадающие конусные, т.е. объемные, сегменты), отсюда следует, что основа выходного конуса («зайчик» при включенном лазере) показывает, из какой точки (с какого направления) попадают в спектрометр лучи температурного потока, причем при измерении температуры входной конус может быть не прямой, т.е. его основа не обязательно должна быть перпендикулярна оптической оси лазерного пучка, ибо тепловой поток излучается изотропно. Поскольку в прототипе спектрографик с суммарной спектрокривой от измеряемой величины (концентрации флуоресцента) и от помех, в том числе от температурных потоков высвечивается в момент направления наконечника на измеряемый объект (а от помех - даже раньше), измерения осуществляются в течение не более минуты, поэтому способ назван «минутным». Компьютер по наследству уже содержит программы для осуществления измерений по прототипу, а именно, для математической обработки сигналов из спектрометра и высвечивания спектрографиков потоков, попавших в спектрометр, для выполнения градуировочных графиков для величин, подлежащих измерению, для высвечивания промежуточных и окончательных значений измеренных величии, предусмотрены также комплектующие средства для повышения его измерительных возможностей: измеритель мощности лазерного пучка, набор прозрачных нелюминесцирующих пробных носителей, шкатулка с набором настроечных образцов, наборы темных коробок для предотвращения попадания в спектрометр помеховых потоков при градуировании, а также другие дополнительные средства, указанные в описании прототипа.
Прототип способа используется для измерения концентрации флуоресцентов и фосфоресцентов ласкомтелями с заводскими названиями «Спектролюкс МБ» (микробиологический) и «Спектролюкс БТ» (биотехнологический) и другими.
Недостаток прототипа способа - не предназначен для измерения температуры.
Технический результат предполагаемого изобретения способа - устранение указанного недостатка, т.е. возможность измерения температуры.
Этот технический результат достигается тем, что
(п.1) в радиационном способе точечного минутного измерения температуры, при котором включают, настраивают, градуируют лазерноспектрокомпьютерный измеритель светопотоков (ласкомтель) с программой построения градуировочного графика, для чего помещают градуировочный образец для измеряемой физической величины в черную коробку, вставляют в ее направляющую наконечник, поэтому основа входного конуса отградуированного ласкомтеля оказывается на образце, компьютер высвечивает градуировочную спектрокривую в виде холма и запоминает градуировочный график, начинают измерение, для чего ось входного конуса отградуированного ласкомтеля совмещают с заданной точкой измеряемого объекта, компьютер высвечивает спектрокривую, по градуировочному графику вычисляет и высвечивает численное значение измеряемой величины,
согласно предлагаемому изобретению,
заранее снабжают ласкомтель спектрометром, имеющим в заданной температурной области чувствительность, достаточную для измерений температуры с заданной точностью, снабжают компьютер программой автоматического измерения температуры, градуируют ласкомтель по температуре нагретого образца, для этого выключают лазер, нагревают образец в темной коробке до верхней границы заданной измерительной области, измеряя его температуру стандартным способом, высвечивают на компьютере крутой склон температурного холма и проекцию его вершины на оси абсцисс, присваивают им значение измеренной температуры и вводят в память компьютера, по мере охлаждения образца повторяют эти действия через заданные температурные промежутки до нижней границы заданной измерительной области, электронный температурный градуировочный график построен в виде семейства градуировочных склонов и температурной шкалы на оси абсцисс, начинают измерение температуры, для этого совмещают заданный участок входного конуса ласкомтеля с заданной точкой при выключенном лазере, компьютер высвечивает спектрокривую в виде крутого склона температурного холма и проекцию его вершины на оси абсцисс на электронном температурном градуировочном графике, по положению высвеченной спектрокривой относительно соседних градуировочных склонов и проекции вершины холма на оси абсцисс компьютера вычисляет и высвечивает измеренную температуру;
2) кроме того, совмещают на глазок геометрическую ось наконечника с заданной точкой на объекте, основа входного конуса ласкомтеля совмещается с заданной точкой, компьютер вычисляет и высвечивает измеренную температуру в заданной точке;
(3) далее, вводят наконечник через отверстие в пустой сосуд, вручную совмещают геометрическую ось наконечника с точкой на внутренней стороне сосуда, верхняя часть входного конуса ласкомтеля совмещается с упомянутой точкой, компьютер вычисляет и высвечивает измеренную температуру в заданной точке;
(4) кроме того, вводят наконечник в организм, совмещают геометрическую ось наконечника с заданной точкой организма, верхняя часть входного конуса ласкомтеля совмещается с заданной точкой, компьютер вычисляет и высвечивает измеренную температуру в заданной точке;
(5) далее, вводят в организм наконечник с температурной памятью формы, выжидают до принятия им запомненной формы, верхняя часть входного конуса ласкомтеля совмещается с заданной точкой, компьютер вычисляет и высвечивает измеренную температуру в заданной точке;
(6) кроме того, наводят известную визирную трубку по ее прицельным средствам на заданную точку на объекте, вставляют в трубку наконечник, основа входного конуса ласкомтеля совмещается с заданной точкой, компьютер вычисляет и высвечивает измеренную температуру в заданной точке;
(7) далее, к известному оптическому устройству, наводимому по горизонтали и вертикали, прикрепляют наконечник при параллельности их оптических осей, наводят оптическую ось устройства на заданную точку, основа входного конуса ласкомтеля совмещается с заданной точкой, компьютер вычисляет и высвечивает измеренную температуру в заданной точке;
(8) кроме того, наводят ось оптического устройства на заданные точки, компьютер непрерывно высвечивает заменяющиеся спектрокривые и измеренные значения температуры, по этим данным изображают температурное поле объекта;
(9) далее, после измерения температуры измеряют концентрацию флуоресцента в той же точке;
(10) кроме того, в радиационном способе точечного минутного измерения температуры, при котором включают, настраивают, градуируют лазерноспектрокомпьютерный измеритель светопотоков (ласкомтель) с программой построения градуировочного графика, для чего помещают градуировочный образец для измеряемой физической величины в черную коробку, вставляют в ее направляющую наконечник, поэтому основа входного конуса отградуированного ласкомтеля оказывается на образце, компьютер высвечивает градуировочную спектрокривую в виде холма и запоминает градуировочный график, начинают измерение, для чего ось входного конуса отградуированного ласкомтеля совмещают с заданной точкой измеряемого объекта, компьютер высвечивает спектрокривую, по градуировочному графику вычисляет и высвечивает численное значение измеряемой величины,
согласно предлагаемому изобретению,
заранее снабжают ласкомтель спектрометром, имеющим в заданной температурной области чувствительность, достаточную для измерений температуры с заданной точностью, снабжают компьютер программой автоматического измерения температуры, градуируют ласкомтель по температуре нагретого образца, для этого выключают лазер, нагревают образец в темной коробке до верхней границы заданной измерительной области, измеряя его температуру стандартным способом, высвечивают на компьютере крутой склон температурного холма и проекцию его вершины на оси абсцисс, присваивают им значение измеренной температуры и вводят в память компьютера, по мере охлаждения образца повторяют эти действия через заданные температурные промежутки до нижней границы заданной измерительной области, электронный температурный градуировочный график построен в виде семейства градуировочных склонов и температурной шкалы на оси абсцисс, начинают измерение температуры, для этого совмещают заданный участок входного конуса с заданной точкой при выключенном лазере, включают лазер, совмещают зайчик от лазерного пучка с заданной точкой на объекте, компьютер вычисляет и высвечивает спектрокривую в виде крутого склона температурного холма и проекцию его вершины на оси абсцисс на электронном температурном градуировочном графике, по положению высвеченной спектрокривой относительно соседних градуировочных склонов и проекции вершины холма на оси абсцисс компьютер вычисляет и высвечивает измеренную температуру;
(11) кроме того, при выключенном лазере совмещают на глазок геометрическую ось наконечника с заданной точкой на объекте, основа входного конуса ласкомтеля совмещается с заданной точкой, включают лазер, совмещают зайчик с заданной точкой, компьютер вычисляет и высвечивает измеренную температуру в заданной точке;
(12) вводят наконечник через отверстие в пустой сосуд, с возможностью видеть его внутреннюю поверхность, вручную совмещают геометрическую ось наконечника с заданной точкой на внутренней поверхности, основа входного конуса ласкомтеля совмещается с заданной точкой, включают лазер, совмещают зайчик с заданной точкой, компьютер вычисляет и высвечивает измеренную температуру в заданной точке.
(13) наводят известную визирную трубку по ее прицельным средствам на заданную точку на объекте, вставляют в трубку наконечник при выключенном лазере, основа входного конуса ласкомтеля совмещается с заданной точкой, включают лазер, совмещают зайчик с заданной точкой, компьютер вычисляет и высвечивает измеренную температуру в заданной точке;
(14) далее, к известному оптическому средству, наводимому по горизонтали и вертикали, прикрепляют наконечник при выключенном лазере при параллельности геометрической оси наконечника к оптической оси устройства, наводят оптическую ось устройства на заданную точку, основа входного конуса ласкомтеля совмещается с заданной точкой, включают лазер, совмещают зайчик с заданной точкой, компьютер вычисляет и высвечивает измеренную температуру в заданной точке.
(15) кроме того, после включения лазера совмещают зайчик с заданными точками, компьютер непрерывно высвечивает заменяющиеся спектрокривые и измеренные значения температуры, по этим данным изображают температурное поле объекта;
(16) наконец, после измерения температуры измеряют концентрацию флуоресцента в той же точке.
Пояснение п-та 1 формулы. Измерение температуры основано на высвечивании спектрокривой от температурного потока от измеряемого объекта, всегда имеющего температуру, эта спектрокривая (температурный холм) имеет форму, зависящую от температуры объекта. Это наглядно представлено на рис.7 (/4/, с.32) для абсолютно черного тела в виде плавной кривой с одним максимумом, с одним крутым склоном, причем с повышением температуры вершина закономерно перемещается влево (в сторону меньшей длины волны) и вверх, это явление позволяет измерять температуру заявленным способом. Серые тела имеют принципиально такие же кривые с меньшими ординатами, а селективные тела имеют кривые с несколькими максимумами (/4/, с.39, рис.9).
Далее «крутой склон» означает склон, направленный при данной системе координат в сторону оси ординат, т.е. в сторону уменьшения длины волны, т.е. левый склон вершины холма, а для селективных тел - левый склон вершины, принятой в качестве отсчетной, например, имеющей наибольшую высоту. Поскольку рабочая частотная область спектрометра обычно меньше всего спектра существования температурных потоков, выбирают спектрометр с такой рабочей частотой, в которой находятся крутые склоны и вершины температурного холма в заданной температурной области. Компьютер снабжают программой автоматического измерения температуры. Общая подготовка к измерению (включение и настраивание ласкомтеля) выполняется, как в прототипе, поэтому здесь не описана, но следует отметить: включенный ласкомтель высвечивает спектрокривую в момент попадания в спектрометр светового потока в частотной рабочей области ласкомтеля, но это не измерение, ибо это может быть помеховый поток, т.е. поток от случайного, не измеряемого источника, кроме того, измерение может начаться только после градуирования ласкомтеля, если работает программа автоматического измерения температуры. Градуирование ласкомтеля для измерения температуры имеет отличия, поэтому оно здесь описано. Для этого строят электронный температурный градуировочный график классическим образом: градуировочный образец, имеющий такие же оптические характеристики, как и измеряемый объект, помещают в черную коробку (/3/, фиг.2), предотвращающую попадание в спектрометр потоков из внешней среды, находящихся в рабочей частотной области спектрометра, которые могут нагреть образец, изменить форму температурного холма, поэтому могут быть причинами погрешностей. Нагревают образец в темной коробке до верхней границы заданной измерительной области, измеряя его температуру стандартным способом. Выключают лазер для предотвращения нагрева образца и возбуждения люминесцетных потоков, вставляют наконечник в направляющую темной коробки, основа входного конуса оказывается на образце, компьютер высвечивает крутой склон температурного холма и проекцию его вершины на оси абсцисс. Градуировочному склону присваивают значение измеренной температуры и вводят в память компьютера, проекции вершины холма на оси абсцисс присваивают такое же значение. По мере охлаждения образца повторяют эти действия через заданные температурные промежутки до нижней границы заданной измерительной области, этим электронный температурный градуировочный график построен в виде семейства градуировочных склонов и температурной шкалы на оси абсцисс. Или по полученным значениям составляют таблицу зависимости температуры от длины волны вершины температурного холма, по этой таблице строят обычный график зависимости температуры от длины волны. Отградуированный ласкомтель при включенной программе автоматического измерения температуры при попадании в спектрометр светового потока в рабочей частотной области спектрометра постоянно высвечивает спектрокривую, также, как при измерении концентрации, в которую могут попасть потоки от неизмеряемых источников, которые являются причинами погрешностей. Для уменьшения погрешностей при измерении концентрации измерения выполняют в темных помещениях. При измерениях температуры существуют такие же причины погрешностей, поэтому измерения следует выполнять в темных помещениях, а если это не возможно, например, при измерении мест плохой теплоизоляции зданий, то в конце безлунной ночи (когда все предметы охладились) при выключенном освещении и других источниках погрешностей. И в этих условиях ласкомтель будет высвечивать измеренную температуру, но, может быть, от случайно попавшихся во входной конус точек, поэтому измеряющий должен следить, от какой точки высвечено значение температуры, чтобы не сделать ошибку.
Начинают измерение температуры, для этого при выключенном лазере направляют геометрическую ось наконечника на заданную точку, т.е. совмещают заданный участок входного конуса, например, основу, с заданной точкой (принимают, что с погрешностью, пренебрежимой при определенных условиях), компьютер высвечивает спектрокривую в виде крутого склона температурного холма и проекцию его вершины на оси абсцисс на электронном температурном градуировочном графике, по положению высвеченной спектрокривой относительно соседних градуировочных склонов и проекции вершины холма на оси абсцисс, компьютер, снабженный программой автоматического измерения температуры, вычисляет и высвечивает измеренную температуру. Или определяют температуру по составленной таблице зависимости температуры от длины волны вершины температурного холма, или определяют температуру по обычному начерченному графику зависимости температуры от длины волны вершины холма.
Первыми были разработаны ласкомтели для измерения концентрации микробов по концентрации в них флуоресцентов, холмы которых находятся в области 600…850 нм, поэтому были выбраны спектрометры с этой рабочей областью, но в этой области находятся вершины температурных холмов для очень высоких температур (Приложение 2, рис.10), следовательно, температурная чувствительность ласкомтелей для этих температур человека мала, однако и в медучреждениях могут пригодиться существующие ласкомтели, например, «Спектролюкс», ибо в этих учреждениях есть нагревательные устройства, а электрические устройства опасны уменьшением сопротивления между проводами кабеля, поэтому в этих местах будущих коротких замыканий проходит больший ток, кабель в этих местах нагревается, угрожая коротким замыканием, места перегрева можно обнаружить ласкомтелем. Но в этом пункте предусмотрено снабжение ласкомтеля спектрометром с такой рабочей областью, в которой его чувствительность достаточна для измерения температур в заданной области, в том числе, температур человека и т.д. В случае необходимости возможно построение обычных градуировочных графиков вручную на бумаге по данным, высвечиваемым компьютером, и измерение температур по данным компьютера и начерченного градуировочного графика.
Для быстрого получения приблизительных данных о температуре ласкомтель по команде измеряющего высвечивает спектрографик температурных потоков с осью ординат, на которой нанесены 100 делений равной длины, т.е. градуированной в «произвольных градусах температуры» [°П], а ось абсцисс градуирована в длинах воли в заданной температурной области. В спектрометр почти всегда попадают температурные потоки, при достаточной чувствительности спектрометра на этом спектрографике высвечиваются температурные спектрокривые. Проекцию верхней точки спектрокривой в данный момент принимают за измеренное значение температуры в той точке (при условиях градуирования), в которую направлен наконечник, например, за 50°П, что, разумеется, не значит, что ее температура меньше 100°П в 2 раза, но понятно, что она значительно ниже верхнего предела. После множества таких измерений в сходных условиях в их значениях разобраться затруднительно, тогда одно значение принимают за отсчетное, делят на него остальные значения [°П] и получают «относительные значения» [°От], которые распределяет в ряд сам компьютер по заданному параметру. Это может быть полезно при диагностике заболеваний, если измерить температуры точек различных частей тела, в том числе, по радиусам относительно центра области повышенной температуры или симметричных относительно плоскости симметрии тела.
Пояснение п-та 2 формулы. Измерение температуры при направлении оси наконечника на глазок. Направляют геометрическую ось наконечника без излучения лазерного пучка (он был выключен перед градуировкой) вручную, т.е. с погрешностью на заданную точку объекта, следовательно, основа входного конуса ласкомтеля совместится с заданной точкой с некоторой погрешностью, компьютер благодаря программе автоматического измерения температуры вычислит и высветит температуру, по крайней мере, близкую к температуре заданной точки.
Пояснение п-та 3. Измерения температур на внутренней стенке сосуда («сосуд» - обобщающий термин), для наглядности примем в качестве сосуда вертикальную цилиндрическую бочку с отверстием в центре ее верхней плоской стенки, если диаметр отверстия позволяет ввести в него руку с наконечником, то торец наконечника упирают в точку на внутренней поверхности сосуда по ощущениям руки, при этом верхняя часть конуса совместилась с упомянутой точкой, компьютер, как описано, вычислит и высветит измеренную температуру. Если отверстие такое узкое, что в него можно ввести только наконечник, используют изогнутые наконечники, описанные в /3/, их концы выполнены прямыми на такой длине с учетом полных внутренних отражений в лазерном и спектроторцах, что выходной и входные конусы с таким наконечником не отличаются размерами от конусов прямого наконечника в п.1 формулы, т.е. оси выходного и входных конусов принимаются параллельными, и конусы имеют совпадающие конические сегменты (без этих условий концентратомер по /3/ не может измерять концентрацию). Для этих условий вводят в отверстие наконечник нужной длины, изогнутый, например, по дуге 90°, без излучения лазерного пучка (он был выключен перед градуировкой), упирают торец наконечника во внутреннюю сторону цилиндрической стенки, т.е. совмещают верхнюю часть входного конуса с одной из точек внутренней поверхности сосуда, если возможно наблюдать за торцем наконечника, причем вовсе не обязательно всеми тремя опорными выступами, ибо температурный поток от нагретой поверхности распространяется изотропно, поэтому его часть обязательно попадет во входной конус, компьютер, как описано, вычислит и высветит измеренную температуру.
Пояснение п-та 4. Измерение температур в полости организма. Вводят в организм наконечник (без излучения лазерного пучка, он был выключен перед градуировкой), например, в естественную полость или в прокол при хирургической операции и т.д., наконечник может быть изогнут по заданной форме, чтобы его торец можно было совместить с заданной точкой организма, при этом ось входного конуса приблизительно совмещается с заданной точкой, т.е. верхняя часть входного конуса совмещается с заданной точкой, компьютер вычисляет и высвечивает измеренную температуру, как описано.
Пояснение п-та 5. Вводят в организм наконечник с температурной памятью формы (без излучения лазерного пучка, он был выключен перед градуировкой), которому придали форму, удобную для введения в организм, например, прямую, выжидают до принятия им запомненной формы под действием температуры тела, торец по расчету совместился с заданной точкой организма, при этом верхняя часть входного конуса приблизительно совмещается с заданной точкой, компьютер вычисляет и высвечивает измеренную температуру этой точки, как описано.
Пояснение п-та 6. Для более точного наведения оси входного конуса на удаленную или недоступную точку наводят известную визирную трубку, установленную, например, на треноге, по ее прицельным средствам на заданную точку, вставляют в нее наконечник (скрепляют наконечник с трубкой при параллельности их геометрических осей) при выключенном лазере, при этом ось и основа входного конуса точнее совмещается с заданной точкой, компьютер вычисляет и высвечивает измеренную температуру недосягаемой точки.
Пояснение п-та 7. Для более точного наведения оси входного конуса на удаленную или недоступную точку прикрепляют наконечник ласкомтеля при выключенном лазере к оптическому устройству, например, теодолиту так, чтобы геометрическая ось наконечника (принимаем, и оси входного и выходного конуса) была параллельна оптической оси теодолита. Наводят оптическую ось теодолита на заданную точку, при этом ось входного конуса отклоняется от заданной точки настолько, насколько ось входного конуса отстоит от оси теодолита (принимаем, что они параллельны). Компьютер вычисляет и высвечивает измеренную температуру недосягаемой точки.
Пояснение п-та. 8. Для изображения температурного поля на недоступной поверхности, например, стенке мартеновской печи или дома, выключают лазер, скрепляют наконечник с оптическим наводным устройством, например, теодолитом, при параллельности оси входного конуса с осью теодолита, наводят ось теодолита на заданные точки, компьютер непрерывно вычисляет и высвечивает спектральную кривую и измеренные значения температуры, по этим данным изображают температурное поле объекта, заметив резкое изменение температуры, например, граничное или неразрешенное значение температуры, например, на стене мартеновской печи, предупреждают об аварийной опасности: о скором прогаре стены, при осмотре стены дома - о местах плохой термоизоляции.
Пояснение п-та 9. Поскольку в конструкцию прототипа не были внесены изменения, ласкомтель сохранил способность измерять концентрацию люминесцентов, поэтому после (или перед) измерений температуры описанными способами измеряют концентрацию люминесцентов способами, описанными в прототипе, применительно к новым условиям, если нужно.
Пояснение п.10. Если известно, что лазерный пучок не может повредить объект или вызвать погрешности при изменениях, то, соблюдая требования лазерной безопасности, например, не ослепляя лазерным пучком, можно измерять температуру при включенном лазере, если пик (отражение лазерного пучка) не искажает форму температурного холма. В этих условиях выполняют описанное в пояснении к п-ту 1 с самого начала, включая градуировку, изменения в последовательности описанных действий начинаются после слов «начинают измерение» в отличительной части, а именно: предотвращают случайное облучение лазерным пучком объектов, не подлежащих измерению, для этого наводят приблизительно геометрическую ось наконечника при выключенном лазере (или надев на наконечник непроницаемую или слабо проницаемую крышку) на заданную точку, заданный участок входного конуса ласкомтеля совмещается приблизительно с заданной точкой, включают лазер, совмещают облученное лазерным пучком место (зайчик) с заданной точкой, следя за зайчиком зрительно или с помощью, например, известного прибора ночного видения, компьютер вычисляет и высвечивает измеренную температуру недосягаемой точки.
Последующие пункты формулы отличаются от пунктов после п-та 1 тем, что измеряют при совмещении зайчика с заданной точкой, поэтому далее пояснения сокращены.
Пояснение п-та 11. Измерение температуры при направлении оси наконечника на глазок. Направляют геометрическую ось наконечника без излучения лазерного пучка (он был выключен перед градуировкой) вручную, т.е. с погрешностью, на заданную точку объекта, следовательно, основа входного конуса ласкомтеля совместится с заданной точкой с некоторой погрешностью, включают лазер, совмещают зайчик с заданной точкой, теперь высвеченное значение температуры точно соответствует точке, на которой находится зайчик, ее можно отметить, например, краской.
Пояснение п-та 12. Измерения температур на внутренней стенке сосуда отличаются от п-та 3 тем, что наконечник не упирают в поверхность, а совмещают зайчик (если сосуд позволяет видеть зайчик) с заданной точкой, компьютер высвечивает измеренную температуру.
Пояснение п-та 13. Для более точного наведения оси входного конуса на удаленную или недоступную точку наводят известную визирную трубку, установленную, например, на треноге, по ее прицельным средствам на заданную точку (обеспечивая компьютерную безопасность), вставляют в трубку наконечник при выключенном лазере, включают лазер, наведением трубки совмещают зайчик с заданной точкой, компьютер вычисляет и высвечивает измеренную температуру недосягаемой точки.
Пояснение п-та 14. Для более точного наведения оси входного конуса на удаленную или недоступную точку прикрепляют наконечник ласкомтеля при выключенном лазере к оптическому устройству, например, теодолиту так, чтобы геометрическая ось наконечника (принимаем, и оси выходного и входного тоже) была параллельна оптической оси теодолита, наводят оптическую ось теодолита на заданную точку с описанной ранее погрешностью, включают лазер, средствами наведения теодолита совмещают зайчик, отмечают измеренную температуру недосягаемой точки.
Пояснение п-та. 15. Для изображения температурного поля на недоступной поверхности, например, стенке мартеновской печи или дома, выключают лазер, скрепляют наконечник с оптическим наводным устройством, например, теодолитом, при параллельности оси входного конуса с осью теодолита, наводят ось теодолита на заданные точки, компьютер непрерывно вычисляет и высвечивает спектральную кривую и измеренные значения температуры, по этим данным изображают температурное поле объекта, заметив резкое изменение температуры, например, граничное или неразрешенное значение температуры, например, на стене мартеновской печи, предупреждают об аварийной опасности: о скором прогаре стены, при осмотре стены дома о местах плохой термоизоляции.
Пояснение п-та 16. Поскольку в конструкцию прототипа не были внесены изменения, после (или перед) измерения температуры можно измерять концентрацию люминесцента по способу прототипа после измерения температуры в тех же или других точках, если условия окажутся подходящими.
Преимущества предлагаемого изобретения:
1. Появление новых возможностей измерения температур ласкомтелями, в том числе, для диагностики в медицине.
2. Возможность точечного минутного измерения повышенных температур для различных технических задач уже производимыми ласкомтелями «Спектролюкс» (и другими), ибо их рабочие области находятся там, где находятся холмы высокотемпературных потоков.
3. Возможность разработки ласкомтелей с чувствительностью, достаточной для измерения температуры и в более низкотемпературных областях.
4. Возможность точного определения координат (линейных и угловых) точки, температура которой измеряется, по зайчику лазера.
5. Возможность зрительного наведения наконечника на заданную точку по зайчику лазера.
6. Возможность почти одновременного измерения температуры и концентрации флуоресцентов.
Источники информации
1. Смыслов И.И. и др. «Приемник излучения». А.С. №1835910, МКИ G01J 5/20, 29.01.90 г.
2. Евтихиев Н.Н. и др. «Установка для термодиагностики». Пат. РФ №2047850, МКИ G01J 5/00, 1994-95 г.
3. Александров М.Т. и др. «Лазернолюминесцентный концентратомер, способ его использования и способ изготовления светокабелыюго наконечника (варианты)». Пат. РФ №2358032, МКИ G01N 21/62 (2006.01), 2005-07, (прототип).
4. Марголин И.А. и Румянцев Н.П. «Основы инфракрасной техники», М.: Воениздат Минобороны СССР, 1955 г. (пояснительный материал).