close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY12525

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.10.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 01J 5/10
G 01N 23/22
ФОТОЭМИССИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕТОГО ТЕЛА
ПРИ БЫСТРОПРОТЕКАЮЩИХ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССАХ
(21) Номер заявки: a 20080382
(22) 2008.03.28
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(72) Авторы: Кузнечик Олег Ольгердович; Минько Дмитрий Вацлавович;
Гафо Юрий Натанович; Голяков
Михаил Владимирович; Белявин
Климентий Евгеньевич (BY)
BY 12525 C1 2009.10.30
BY (11) 12525
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(56) BY a20050749, 2007.
BY 8534 C1, 2006.
UA 77840 C2, 2007.
SU 566148, 1977.
JP 60187832 A, 1985.
EP 475305 A2, 1992.
(57)
Фотоэмиссионное устройство для измерения температуры поверхности нагретого тела
при быстропротекающих тепловых процессах, содержащее диафрагму с механизмом ее
регулировки, основную оптическую систему фокусировки, выполненную с набором оптических нейтральных фильтров и механизмом их переключения, фотоэлектронный умножитель, выполненный с модулятором, основной усилитель, аналого-цифровой преобразователь, выполненный с оперативным запоминающим устройством и контроллером
пересылки данных, выход которого подключен к управляющей электронно-вычислительной машине; формирователь импульсов, выход которого подключен к модулятору;
генератор тактовых импульсов, подключенный ко входу формирователя импульсов; пороговый фотовключатель, выполненный с механизмом регулировки включения по пороговому
BY 12525 C1 2009.10.30
значению температуры потока теплового излучения, отличающееся тем, что к выходу
диафрагмы подключен световод, выход которого подключен к двухвыводному оптическому
разветвителю, к выводам которого подключены входы основной и дополнительной оптических систем фокусировки, причем к выходу основной подключен пороговый фотовключатель, а к выходу дополнительной, выполненной с набором оптических нейтральных и
цветовых фильтров и механизмом их переключения, - вход фотоэлектронного умножителя,
выход которого подключен ко входу переключателя, выходы которого подключены ко входам основного и дополнительного усилителей, выходы которых соответственно подключены ко входам устройств выборки-хранения, одно из которых выполнено с управляющим
входом по фронту импульса электрических сигналов, а другое - по спаду, выходы которых
подключены ко входам аналогового делителя напряжения, выход которого подключен ко
входу аналого-цифрового преобразователя; выход порогового фотовключателя подключен к
управляющему входу генератора тактовых импульсов, выход которого подключен к управляющему входу переключателя и входу первого устройства задержки электрических сигналов, выход которого подключен к управляющим входам устройств выборки-хранения и
входу второго устройства задержки электрических сигналов, выход которого подключен к
управляющему входу аналого-цифрового преобразователя.
Изобретение относится к фотоэмиссионным пирометрам для измерения температуры
быстропротекающих тепловых процессов.
Известен фотоэмиссионный пирометр [1], обеспечивающий с помощью одиночного
импульса с периодом длительности ~ 1 мкс регистрацию температуры, включающий в себя оптическую систему фокусировки, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), снабженный
фотокатодом, модулятором и анодом, электронный усилитель, подключенный к аноду
ФЭУ, формирователь одиночных импульсов, подключенный к модулятору ФЭУ, двухканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), снабженный оперативным запоминающим устройством (ОЗУ). С помощью известного устройства можно автоматически
улавливать в оптическом диапазоне тепловое излучение от нагретых тел, направлять его
на фотокатод и регистрировать в течение одного периода импульса одиночные значения
модулированного (на модуляторе присутствует напряжение одиночного импульса) и немодулированного (на модуляторе напряжение одиночного импульса отсутствует) анодного тока. Затем оператор, обслуживающий известное устройство, производит деления друг
на друга полученных модулированных и немодулированных значений анодного тока и по
результатам деления определяет температуру исследуемого теплового процесса [1]. Недостатками известного устройства, ограничивающими его диапазон измерения и быстродействие фиксации температуры, являются:
отсутствие оптической регулировки потока теплового излучения и его оптической
цветовой фильтрации перед поступлением на вход ФЭУ;
отсутствие автоматического запоминания во времени, а также деления друг на друга
модулированных и немодулированных значений анодного тока по результатам деления
определения, запоминания и отображения временного распределения температуры.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является фотоэмиссионный пирометр [2], содержащий диафрагму с механизмом ее регулировки, основную оптическую систему фокусировки, выполненную с
набором оптических нейтральных фильтров и механизмом их переключения, фотоэлектронный умножитель, выполненный с модулятором, основной усилитель, аналогоцифровой преобразователь, выполненный с оперативным запоминающим устройством и
контроллером пересылки данных, выход которого подключен к управляющей электронновычислительной машине; формирователь импульсов, выход которого подключен к модулятору; генератор тактовых импульсов, подключенный ко входу формирователя импуль2
BY 12525 C1 2009.10.30
сов; пороговый фотовключатель, выполненный с механизмом регулировки включения по
пороговому значению температуры потока теплового излучения.
Известный фотоэмиссионный пирометр [2] позволяет в оптическом диапазоне регулировать величину поступающего на фотокатод теплового потока, образуемого поверхностью нагретого тела, при подаче на модулятор электрических импульсов заданной
частоты автоматически регистрировать и запоминать значения модулированного и немодулированного анодного тока, а также автоматически делить эти значения друг на друга и
по результату деления определять, запоминать и отображать временное распределение
температуры. Однако диапазон измерения температуры и быстродействие известного фотоэмиссионного пирометра [2] ограничиваются отсутствием в конструкции набора оптических цветовых фильтров и скоростью протекания следующих процессов:
запоминания цифровых значений модулированного и немодулированного анодного
тока ФЭУ в ОЗУ АЦП;
пересылки контроллером АЦП из ОЗУ в УЭВМ цифровых значений модулированного
и немодулированного анодного тока ФЭУ;
деления друг на друга цифровых значений модулированного и немодулированного
анодного тока ФЭУ, определения, запоминания и отображения временного распределения
температуры.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в расширении диапазона измерения температуры и повышении быстродействия фиксации ее
временного распределения за счет устранения вышеизложенных недостатков. Для этого в
заявляемом решении предлагается ввести в конструкцию фотоэмиссионного устройства:
дополнительную оптическую систему фокусировки, снабженную набором оптических
нейтральных и цветовых фильтров, с помощью которых расширяется диапазон измерения
температуры;
дополнительный усилитель, переключатель, два устройства выборки и хранения
(УВХ), два устройства задержки электрических сигналов (УЗЭС) и делитель аналогового
напряжения, с помощью которых не только выполняется деление значений модулированного и немодулированного анодного тока ФЭУ, но исключается выполнение аналогичной
операции деления в УЭВМ, а вместе с ней и ряда промежуточных операций, таких как
оцифровка аналоговых сигналов модулированного и немодулированного тока ФЭУ, промежуточное запоминание этих значений в ОЗУ АЦП и их пересылка в УЭВМ.
Технический результат достигается тем, что в заявляемом фотоэмиссионном устройстве для измерения температуры поверхности нагретого тела при быстропротекающих
высокотемпературных процессах к выходу диафрагмы подключен световод, выход которого подключен к двухвыводному оптическому разветвителю, к выводам которого подключены входы основной и дополнительной оптических систем фокусировки, причем к
выходу основной подключен пороговый фотовключатель, а к выходу дополнительной,
выполненной с набором оптических нейтральных и цветовых фильтров и механизмом их
переключения, - вход фотоэлектронного умножителя, выход которого подключен ко входу переключателя, выходы которого подключены ко входам основного и дополнительного
усилителей, выходы которых соответственно подключены ко входам устройств выборкихранения, одно из которых выполнено с управляющим входом по фронту импульса электрических сигналов, а другое - по спаду, выходы которых подключены ко входам аналогового делителя напряжения, выход которого подключен ко входу аналого-цифрового
преобразователя; выход порогового фотовключателя подключен к управляющему входу
генератора тактовых импульсов, выход которого подключен к управляющему входу переключателя и входу первого устройства задержки электрических сигналов, выход которого
подключен к управляющим входам устройств выборки-хранения и входу второго устройства задержки электрических сигналов, выход которого подключен к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя.
3
BY 12525 C1 2009.10.30
На фигуре представлена блок-схема заявляемого фотоэмиссионного устройства.
Заявляемый фотоэмиссионный пирометр содержит следующие конструктивные элементы:
1 - диафрагма с механизмом ее регулировки;
2 - световод;
3 - двухвыводной оптический разветвитель;
4 - дополнительная оптическая система фокусировки, снабженная набором оптических нейтральных и цветовых фильтров и механизмом их переключения;
5 - основная оптическая система фокусировки, снабженная набором оптических нейтральных фильтров и механизмом их переключения;
6 - пороговый фотовключатель;
7 - ГТИ;
8 - ФЭУ;
9 - формирователь импульсов;
10 - переключатель;
11, 12 - основной и дополнительный усилители;
13, 17 - устройства задержки электрических сигналов;
14 - УВХ с управляющим входом по спаду импульса электрического сигнала;
15 - УВХ с управляющим входом по фронту импульса электрического сигнала;
16 - аналоговый делитель напряжения;
18 - АЦП;
19 - УЭВМ.
Конструктивные элементы заявляемого фотоэмиссионного устройства соединены между собой следующим образом (фигура):
выход диафрагмы 1 соединен с входом световода 2;
выход световода 2 соединен с входом двухвыводного оптического разветвителя 3;
выводы двухвыводного оптического разветвителя 3 соединены с входами оптических
систем фокусировки 4 и 5;
выход оптической системы фокусировки 4 соединен с входом ФЭУ 8;
выход оптической системы фокусировки 5 соединен с входом порогового фотовключателя 6;
выход порогового фотовключателя 6 соединен с управляющим входом ГТИ 7;
выход ГТИ 7 соединен с входами формирователя импульсов 9, устройства задержки
электрических сигналов 13 и управляющим входом переключателя 10;
выход устройства задержки электрических сигналов 13 соединен с входом устройства
задержки 16 и управляющим входом УВХ 14;
выход устройства задержки 16 соединен с управляющим входом АЦП 17;
выход формирователя импульсов 9 соединен с модулятором ФЭУ 8;
выход ФЭУ 8 соединен с входами электронного переключателя 10;
выходы переключателя 10 соединены с входами усилителей 11 и 12;
выход усилителя 12 соединен с входом УВХ 14;
выходы УВХ 14 и усилителя 11 соединены с входами аналогового делителя напряжения 15;
выход аналогового делителя 15 соединен с входом АЦП 17;
выход АЦП 17 соединен с входом УЭВМ 18.
Заявляемое фотоэмиссионное устройство работает следующим образом:
1. Закрывается вход диафрагмы 1, и производится включение электрического питания
фотоэмиссионного пирометра. При таком включении пороговый фотовключатель 6 блокирует работу ГТИ 7, на выходе которого устанавливается постоянный сигнал низкого
уровня, поступающий на входы формирователя импульсов 9, переключателя 10 и УЗЭС
13. С выхода УЗЭС 13 сигнал низкого уровня поступает на управляющие входы УВХ 14,
15 и АЦП 18. Наличие сигнала низкого уровня на управляющих входах УВХ 14, 15 и АЦП
18 блокирует работу этих устройств.
4
BY 12525 C1 2009.10.30
2. С помощью механизма регулировки на пороговом фотовключателе 6 устанавливается минимальное значение температуры теплового излучения, превысив которую, происходит его включение.
3. С помощью механизма регулировки на диафрагме 1 и механизмов переключения
оптических фильтров в оптических системах фокусировки 4 и 5 устанавливаются требуемая величина потока теплового излучения и шкала измеряемой температуры.
4. После выполнения операций 1-3 тепловой поток через диафрагму 1, световод 2, оптический разветвитель 3, оптические системы фокусировки 4 и 5 поступает на входы порогового фотовключателя 6 и ФЭУ 8.
5. Если температура теплового потока превысит установленное на пороговом фотовключателе 6 значение температуры, то происходит включение ГТИ 7.
6. Если происходит включение ГТИ 7, то тактовые импульсы с его выхода поступают на
входы формирователя импульсов 9, УЗЭС 13 и управляющий вход переключателя 10. В этом
случае в течение одного периода между тактовыми импульсами происходит следующее:
на вход формирователя импульсов 9 поступают тактовые импульсы с частотой, равной тактовой частоте импульсов ГТИ 7, что приводит к появлению модулированного тока
с выхода ФЭУ 8, при этом фронт, продолжительность и спад тактового импульса ГТИ 7
практически совпадают с фронтом, продолжительностью и спадом модулированного сигнала ФЭУ 8;
переключатель 10 начинает осуществлять противофазное переключение входов усилителей 11 и 12 с общего или нулевого провода на выход ФЭУ 8 с тактовой частотой ГТИ 7;
из-за различия в переключениях по фронту или спаду электрических сигналов с ГТИ 7
возникает противофазное переключение УВХ 14 и 15 с временной задержкой, установленной УЗЭС 13 таким образом, что в пределах, не превышающих один полупериод тактовой таковой частоты, на одном из выходов УВХ формируются уровни только
модулированного сигнала, а на другом - только немодулированного сигналов, поступающих с выхода ФЭУ 8;
на выходе аналогового делителя напряжения 16 с частотой ГТИ 7 и временной задержкой, установленной УЗЭС 13, начинают появляться сигналы, напряжение которых
является результатом деления модулированного и немодулированного сигналов ФЭУ 8;
с выхода УЗЭС 17 в течение времени, после которого произошел спад электрического
импульса, поступающего с выхода УЗЭС 13, происходит включение АЦП 18, на вход которого поступает сигнал с выхода аналогового делителя напряжения 16;
результаты преобразования в АЦП 18 напряжения сигнала с выхода аналогового делителя 16 в цифровой код поступают в ЭВМ 19, в которой происходит фиксация, отображение и запоминание временного распределения температуры теплового излучения.
7. Операция 6 длится до тех пор, пока выполняется условие 5 или пока не произойдет
выключение заявляемого фотоэмиссионного устройства.
Таким образом, по сравнению с известным [2] фотоэмиссионным пирометром, заявляемое фотоэмиссионное устройство позволяет расширить диапазон измерения температуры и повысить быстродействие фиксации ее временного распределения.
Источники информации:
1. Каспаров К.Н., Белозеров А.В. Измерение температуры быстропротекающих процессов // Измерительная техника. - 2002. - № 12. - С. 37.
2. Фотоэмиссионный пирометр для измерения температуры поверхности нагретого тела. № а 20050749 от 21.07.2005 // Официальный бюллетень № 2(55), Минск, 2007. - С. 21.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
247 Кб
Теги
by12525, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа