close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY12550

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 20080384
(22) 2008.03.28
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(72) Авторы: Кузнечик Олег Ольгердович; Минько Дмитрий Вацлавович;
Быков Руслан Павлович; Хроленок
Валерий Васильевич; Белявин Климентий Евгеньевич (BY)
BY 12550 C1 2009.10.30
BY (11) 12550
(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, выполненную с набором оптических нейтральных фильтров и механизмом
их переключения, основной фотоэлектронный умножитель, выполненный с фотокатодом,
модулятором и анодом; подключенный к аноду основной усилитель, аналого-цифровой
преобразователь, выполненный с генератором тактовых импульсов, оперативным запоминающим устройством и контроллером пересылки данных, выход которого подключен к
управляющей электронно-вычислительной машине; подключенный к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя пороговый фотовключатель, выполненный с механизмом регулировки включения по пороговому значению температуры потока
теплового излучения, отличающееся тем, что к выходу диафрагмы подключен световод,
выход которого подключен к трехвыводному оптическому разветвителю, к выводам которого подключены входы основной и двух дополнительных оптических систем фокусировки,
BY 12550 C1 2009.10.30
причем к выходу основной подключен пороговый фотовключатель, а к выходам дополнительных, выполненных с набором оптических нейтральных и цветовых фильтров и механизмом их переключения, - входы основного и дополнительного фотоэлектронного
умножителей, к выходам которых подключены соответственно входы основного и дополнительного усилителей, выходы которых подключены ко входам аналогового делителя
напряжения, выход которого подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя,
причем модулятор основного фотоэлектронного умножителя подключен к источнику
опорного напряжения.
Изобретение относится к фотоэмиссионным пирометрам для измерения температуры
быстропротекающих тепловых процессов.
Известен фотоэмиссионный пирометр [1], обеспечивающий регистрацию температуры
с помощью одиночного импульса длительностью ~ 1 мкс, 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). При этом величина напряжения одиночного импульса имеет такое
значение, что в случае появления фотоэлектронов на поверхности его фотокатода ФЭУ
входит в насыщение. Ток насыщения ФЭУ характеризуется величиной модулированного
сигнала, снимаемого с анода [1]. С помощью известного устройства можно автоматически
улавливать в оптическом диапазоне тепловое излучение от нагретых тел, направлять его
на фотокатод (вход ФЭУ) и регистрировать в течение одного импульса одиночные значения модулированного (на модуляторе присутствует напряжение от одиночного импульса)
и немодулированного (на модуляторе напряжение от одиночного импульса отсутствует)
анодного тока. Затем оператор, обслуживающий известное устройство, производит деление 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], включающий диафрагму с механизмом ее регулировки, оптическую систему фокусировки, снабженную набором
нейтральных фильтров и механизмом их переключения, ФЭУ, снабженный фотокатодом,
модулятором и анодом, подключенный к аноду усилитель, АЦП, снабженный генератором тактовых импульсов, ОЗУ и контроллером пересылки данных, управляющую электронно-вычислительную машину (УЭВМ), соединенную с выходом АЦП, а также
подключенный к входу управления АЦП пороговый фотовключатель, снабженный механизмом регулировки включения по пороговому значению температуры потока теплового
излучения.
Известный фотоэмиссионный пирометр [2] позволяет в оптическом диапазоне регулировать величину поступающего на вход ФЭУ теплового потока, образуемого поверхностью нагретого тела. При подаче на модулятор ФЭУ электрических импульсов заданной
частоты с помощью известного фотоэмиссионного пирометра можно автоматически запоминать и делить значения модулированного и немодулированного анодного тока, по
2
BY 12550 C1 2009.10.30
результату деления определять, запоминать и отображать временное распределение температуры. Однако диапазон измерения температуры и быстродействие фиксации ее временного распределения в известном фотоэмиссионном пирометре [2] ограничиваются
отсутствием цветовой оптической фильтрации, а его быстродействие - скоростью протекания переходных процессов в ФЭУ, вызванных подачей электрических импульсов на
вход модулятора, а также скоростью протекания следующих процессов:
оцифровки аналоговых сигналов и 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 в УЭВМ;
деления друг на друга в УЭВМ 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 быстродействия фиксации ее временного
распределения за счет устранения вышеизложенных недостатков. Для этого в заявляемом
решении предлагается ввести в конструкцию фотоэмиссионного устройства:
две дополнительные оптические системы фокусировки, снабженные набором оптических нейтральных и цветовых фильтров, с помощью которых расширяется диапазон измерения температуры;
дополнительный ФЭУ, с помощью которого обеспечивается основного ФЭУ в режиме
насыщения, а дополнительного - в режиме счета фотонов и таким образом исключается
режим модуляции, вызывающий появление переходных процессов;
дополнительный усилитель 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.
Решение данной задачи заключается в том, что фотоэмиссионное устройство для измерения температуры быстропротекающих тепловых процессов включает диафрагму с
механизмом ее регулировки, оптическую систему фокусировки, снабженную набором оптических нейтральных фильтров и механизмом их переключения, ФЭУ, снабженный фотокатодом, модулятором и анодом, подключенный к аноду усилитель, АЦП, снабженный
генератором тактовых импульсов, ОЗУ и контроллером пересылки данных, УЭВМ, соединенную с выходом АЦП, а также подключенный к входу управления АЦП пороговый
фотовключатель, содержащий механизм регулировки включения по пороговому значению
температуры потока теплового излучения, содержит подключенный к модулятору источник опорного напряжения, дополнительный ФЭУ, дополнительный усилитель, делитель
аналогового напряжения, две дополнительные системы фокусировки, снабженные набором оптически нейтральных и цветовых фильтров и механизмом их переключения, а также световод, подключенный к выходу диафрагмы, подключенный к световоду
трехвыводной оптический разветвитель, выводы которого соединены с входами оптических систем фокусировки, причем выход системы фокусировки, снабженной набором
нейтральных светофильтров, соединен с входом порогового фотовключателя, а выходы
остальных систем фокусировки - с входами ФЭУ, к выходам которых подключены соответственно входы основного и дополнительного усилителей, у которых выходы соединены с входами делителя аналогового напряжения, у которого выход соединен с входом
АЦП.
На фигуре представлена блок-схема заявляемого фотоэмиссионного устройства.
3
BY 12550 C1 2009.10.30
Заявляемое фотоэмиссионное устройство содержит следующие конструктивные элементы:
1 - диафрагма с механизмом ее регулировки;
2 - световод;
3 - трехвыводной оптический разветвитель;
4, 5 - оптические системы фокусировки, снабженные набором оптических нейтральных и цветовых фильтров и механизмом их переключения;
6 - оптическая система фокусировки, снабженная набором оптических нейтральных
фильтров и механизмом их переключения;
7 - источник опорного напряжения;
8, 9 - ФЭУ;
10 - пороговый фотовключатель;
11, 12 - усилители;
13 - аналоговый делитель напряжения;
14 - АЦП;
15 - 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 трехвыводного оптического разветвителя 3;
три вывода оптического разветвителя 3 соединены с входами оптических систем фокусировки 4-6;
выходы оптических систем фокусировки 4, 5 соединены с входами ФЭУ 8 и 9;
выход оптической системы 6 соединен с входом порогового фотовключателя 10;
модулятор ФЭУ 8 соединен с выходом источника опорного напряжения 7;
выходы ФЭУ 8 и 9 соединены с входами усилителей 11 и 12;
выходы усилителей 11 и 12 соединены с входами аналогового делителя напряжения
13;
выход аналогового делителя 13 соединен с входом АЦП 14;
выход порогового фотовключателя соединен с управляющим входом АЦП 14;
выход АЦП 14 соединен с входом УЭВМ 15.
Заявляемое фотоэмиссионное устройство работает следующим образом:
1. Производится включение к источнику электрического питания фотоэмиссионного
пирометра, и в результате этого на выходах ФЭУ 8 и 9 появляются электрические сигналы, которые поступают на вход усилителей 11 и 12. Сигналы с выходов усилителей 11 и
12 поступают на входы делителя аналогового напряжения 13. С выхода делителя аналогового на пряжения 13 электрические сигналы поступают на вход АЦП 14, который не производит обработку входных электрических сигналов до тех пор, пока на его управляющий
вход не по ступит напряжение соответствующего уровня с выхода порогового фотовключателя 10.
2. С помощью механизма регулировки на пороговом фотовключателе 10 устанавливается значение температуры теплового излучения, превышение которого вызывает появление на выходе этого устройства электрического напряжения соответствующего уровня.
3. С помощью механизма регулировки на диафрагме 1 и механизмов переключения
оптических фильтров в оптических системах фокусировки 4-6 устанавливаются требуемая
величина потока теплового излучения и шкала измеряемой температуры.
4. От источника опорного напряжения 7 подается такой электрический потенциал на
модулятор ФЭУ 8, что в случае появления фотоэлектронов на поверхности его фотокатода
ФЭУ 8 входит в режим насыщения.
5. Поступающее на вход диафрагмы 1 тепловое излучение через световод 2, трехвыводной оптический разветвитель 3, оптические системы фокусировки 4-6 соответст4
BY 12550 C1 2009.10.30
вующим образом поступает на входы ФЭУ 8 и 9, а также на вход порогового фотовключателя 10.
6. Насыщенный анодный ток с ФЭУ 8 и ненасыщенный анодный ток с ФЭУ 9 соответствующим образом поступают на входы усилителей 11 и 12, где усиливаются и поступают
на входы делителя аналогового напряжения 13. При этом с выхода делителя аналогового
напряжения 13 сигнал поступает на вход АЦП 14, который не производит обработку
входных электрических сигналов до тех пор, пока на его управляющий вход не поступит
выходное напряжение соответствующего уровня с выхода порогового фотовключателя 10.
7. Если на выходе порогового фотовключателя 10 появляется напряжение соответствующего уровня, то АЦП 14 начинает обрабатывать и пересылать в УЭВМ 15 входные
сигналы, которые в УЭВМ преобразуются во временное распределение температуры с последующим его запоминанием и хранением.
8. Процессы обработки и пересылки в УЭВМ входных сигналов АЦП, как и процесс
преобразования входных сигналов в распределение температуры, выполняются до тех
пор, пока выполняются условия 7 и 1.
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.П., Белозеров А.В. Измерение температуры быстропротекающих процессов // Измерительная техника. - 2002. - № 12. - С. 37.
2. Заявка РБ а 20050749, 2007.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
112 Кб
Теги
by12550, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа