close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY13276

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2010.06.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 13276
(13) C1
(19)
G 01K 11/00
G 01J 5/50
СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ
ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕТОЙ ПОВЕРХНОСТИ И УСТРОЙСТВО
ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
(21) Номер заявки: a 20080389
(22) 2008.03.31
(43) 2009.12.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Марукович Евгений Игнатьевич; Марков Алексей Петрович; Кац Александр Израилевич;
Старовойтов Анатолий Григорьевич; Ефименко Дмитрий Викторович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) ОКОСИ Т. и др. Волоконно-оптические датчики. - Ленинград: Энергоатомиздат, 1991. - С. 144-145.
BY 6044 C1, 2004.
RU 2255312 C2, 2005.
SU 1563361 A2, 1994.
UA 47169 A, 2002.
WO 99/19700 A1.
WO 97/13128 A1.
BY 13276 C1 2010.06.30
(57)
1. Способ дистанционного измерения температуры нагретой поверхности, характеризующийся тем, что осуществляют прием и разделение излучения нагретой поверхности по
волоконно-оптическим световодным жгутам оптической системы, каналируют часть излучения к первой и второй отражающим поверхностям с коэффициентами излучательной способности, равными 0,06 и 0,95 соответственно; осуществляют прием и оптико-электронную
BY 13276 C1 2010.06.30
обработку излучения от первой отражающей и нагретой поверхностей, от второй отражающей и нагретой поверхностей и от нагретой поверхности и получают температуру нагретой поверхности по соотношению спектрально-энергетических параметров излучения
от первой отражающей и нагретой поверхностей, от второй отражающей и нагретой поверхностей и от нагретой поверхности в момент восприятия теплового излучения в реальных пространственно-временных параметрах.
2. Устройство дистанционного измерения температуры нагретой поверхности, содержащее оптическую систему, содержащую защитное стекло, градан-микрообъектив, коллектор приема излучения от нагретой поверхности, коллекторы-распределители,
пространственно разделенные волоконно-оптические световодные жгуты, коллекторыизлучатели, граданы-формирователи, причем система выполнена комбинированной с разделением излучения нагретой поверхности по двум коллекторам-распределителям, выполненным с возможностью каналирования излучения первого из них по световодным
жгутам, ориентированным на отражающие поверхности с коэффициентами излучательной
способности, равными 0,06 и 0,95 соответственно, с последующим каналированием отраженных от этих поверхностей излучений по жгутам, объединенным в коллекторахизлучателях со жгутами, содержащими одну часть излучения второго коллекторараспределителя, выполненного с возможностью каналирования другой части излучения
по конструктивно обособленному жгуту излучения нагретой поверхности; фотоприемники, входы которых соединены соответственно с граданами-формирователями излучения
от первой отражающей и нагретой поверхностей, излучения от второй отражающей и нагретой поверхностей и излучения от нагретой поверхности, а выходы которых соединены
с блоком обработки сигнала.
Изобретение относится к методам и средствам технологического контроля в литейном
производстве, металлургии, химической и других отраслях, где требуется дистанционная,
помехозащищенная аппаратура для работы в агрессивных, взрывоопасных условиях, и
может быть использовано для определения температуры нагретых тел и расплавленных
металлов.
Известен метод измерения и контроля температуры нагретых тел и расплавленных металлов, основанный на сравнении яркости контрольного излучателя посредством варьирования мощности нагрева нити или яркости самого измеряемого излучения перемещением
серого оптического клина, при котором изменяется пропускная способность для измеряемого излучения, а мощность нагрева нити сравнительного излучателя должна быть строго
стабилизированной (как эталон) [1]. Температура нагретого тела в таких способах косвенно отображается в мощности нагрева нити накаливания или в величине смещения ослабителя в виде серого оптического клина.
Недостатками способа являются субъективность измерений, а также погрешность
оценки спектрального коэффициента излучения поверхности нагретого тела, снижающие
точность и производительность контроля. Введение поправочных коэффициентов радикально не улучшает метрологию таких методов.
Известен способ определения температуры нагретой поверхности, реализующий спектрально-энергетическую зависимость излучения и температуры [2]. По мере повышения
температуры нагрева поверхности энергия излучения увеличивается, а длина волны, на
которой излучение максимально, уменьшается. По имеющейся функциональной зависимости температуры и фиксированной длины волны (или в некотором спектральном диапазоне) определяется температура нагретой поверхности.
Недостаток способа в том, что нелинейная зависимость и неопределенность в определении коэффициента излучательной способности ε (энергия теплового излучения) ограничивают достоверность и диапазон прямых измерений температуры.
2
BY 13276 C1 2010.06.30
Наиболее близким по технической сущности является способ относительных измерений, в котором контролируемый параметр определяют соотношением интенсивности излучения на двух длинах волн, входящих в спектр излучения [2]. Способ дистанционного
измерения температуры состоит в приеме излучения нагретой поверхности оптической
системой с волоконно-оптическими световодами, сканировании выходов волокон и обработке сигнала по методу двух цветов.
Недостаток данного способа заключается в низкой достоверности и точности дистанционных измерений температуры нагретой поверхности.
Известны бесконтактные оптические пирометры [1]. Время излучения нагретого тела
определяют либо непосредственно приемником излучения, либо посредством сравнения с
контрольным излучением, как это реализовано в пирометрах с исчезающей нитью накаливания.
Недостаток устройства - спектральная чувствительность определяется узким интервалом длин волн.
Для контроля температуры раскаленных металлов и расплавов известны радиационные пирометры, принцип действия которых основан на восприятии излучения во всем
спектральном диапазоне по схемам абсолютных измерений значения полного коэффициента излучения [1, с. 339-342, 346-348].
Недостатком устройства является трудоемкость получения достоверных значений
температуры из-за больших различий значений полного коэффициента излучения (даже в
различных справочниках) и субъективного учета специфики условий эксплуатации.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство [2, с. 145], содержащее волоконно-оптическую систему, включающую световые
детекторы и оптические волокна, сформированные в виде волоконно-оптического жгута,
входные торцы волокон которого выполняют функцию чувствительного зонда. При этом
входные торцы дискретов оптических волокон уложены в один ряд (в виде линейки), а их
соответствующе выходы дистанцированы от нагретой поверхности. В измерительном
окошке выходы каждого дискрета воспринимаются оптико-электронным сканером с последующей обработкой выходных сигналов по методу двух цветов.
Однако волоконно-оптическая система радиационного измерения температуры с передачей излучения пространственно упорядоченными оптическими волокнами при своей
помехозащищенности и относительной стабильности не обеспечивает требуемой достоверности и точности относительных измерений изменяющихся интенсивностей для двух
смежных спектров излучений без учета характера излучательной способности (коэффициента излучательной способности).
Единой технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение,
является повышение достоверности и точности дистанционных измерений температуры
нагретой поверхности при оперативном контроле физико-технических параметров процессов литейного производства и металлургии.
Задача достигается тем, что в способе дистанционного измерения температуры нагретой поверхности, характеризующемся тем, что осуществляют прием и разделение излучения нагретой поверхности по волоконно-оптическим световодным жгутам оптической
системы, каналируют часть излучения к первой и второй отражающим поверхностям с коэффициентами излучательной способности, равными 0,06 и 0,95 соответственно; осуществляют прием и оптико-электронную обработку излучения от первой отражающей и
нагретой поверхностей, от второй отражающей и нагретой поверхностей и от нагретой
поверхности и получают температуру нагретой поверхности по соотношению спектрально-энергетических параметров излучения от первой отражающей и нагретой поверхностей, от второй отражающей и нагретой поверхностей и от нагретой поверхности в
момент восприятия теплового излучения в реальных пространственно-временных параметрах.
3
BY 13276 C1 2010.06.30
Задача достигается тем, что в устройстве дистанционного измерения температуры нагретой поверхности, содержащем оптическую систему, содержащую защитное стекло,
градан-микрообъектив, коллектор приема излучения от нагретой поверхности, коллекторы-распределители, пространственно разделенные волоконно-оптические световодные
жгуты, коллекторы-излучатели, граданы-формирователи, причем система выполнена комбинированной с разделением излучения нагретой поверхности по двум коллекторамраспределителям, выполненным с возможностью каналирования излучения первого из
них по световодным жгутам, ориентированным на отражающие поверхности с коэффициентами излучательной способности, равными 0,06 и 0,95 соответственно, с последующим
каналированием отраженных от этих поверхностей излучений по жгутам, объединенным в
коллекторах-излучателях со жгутами, содержащими одну часть излучения второго коллектора-распределителя, выполненного с возможностью каналирования другой части излучения по конструктивно обособленному жгуту излучения нагретой поверхности;
фотоприемники, входы которых соединены соответственно с граданами-формирователями излучения от первой отражающей и нагретой поверхностей, излучения от второй
отражающей и нагретой поверхностей и излучения от нагретой поверхности, а выходы
которых соединены с блоком обработки сигнала.
Способ дистанционного измерения температуры нагретой поверхности осуществляется следующим образом.
Способ дистанционного измерения температуры нагретой поверхности состоит в
приеме и разделении излучения нагретой поверхности оптической системой с волоконнооптическими световодами, каналировании части излучения к отражающим поверхностям
и обработке сигнала. Оптическая система формирования, распределения и преобразования
информации взаимодействует с нагретой и отражающими поверхностями со слабой
(ε = 0,06) и сильной излучательной способностью (ε = 0,95). Измерительную информацию
о температуре нагрева формируют по соотношению спектрально-энергетических параметров измерительного и опорных излучателей в момент восприятия теплового излучения
с последующим световодным каналированием, распределением, преобразованием и оптико-электронной обработкой в реальных пространственно-временных параметрах.
На фигуре представлена схема устройства дистанционного измерения температуры
нагретой поверхности.
Устройство содержит пространственно разделенную оптическую систему, с помощью
которой воспринимается и каналируется информативное излучение нагретой поверхности
(контролируемой) 1, стекло защитное 2, градан-микрообъектив 3, коллектор приема излучения 4, коллекторы-распределители 5 и 6, жгуты световодные 7 опорного излучения,
коллектор-преобразователь 8 излучения с сильной (ε = 0,95) отражательной способностью
поверхности 9, коллектор-преобразователь 11 излучения со слабой (ε = 0,06) отражательной поверхности 10 и нагретой поверхностью, оптически и конструктивно связанные через жгуты 12 и 13 с коллекторами-излучателями 14, 15 и 16, излучения которых
граданами-формирователями 17 направлены на чувствительные элементы фотоприемников ФП1, ФП2, ФПИ и блок первичной обработки БПО.
Способ реализуется устройством, работающим следующим образом.
За счет световодных жгутов 13 излучение нагретой поверхности 1 смешивается в коллекторе 14 с опорным излучением поверхности 9 с коэффициентом излучательной способности, равным 0,95, и отражательной поверхности 10 с коэффициентом излучательной
способности, равным 0,06, в коллекторе-излучателе 15. При этом измеряется интенсивность излучения контролируемой поверхности 1 и отраженное излучение от поверхностей
9 и 10 с контрастной отражательной способностью (сильной и слабой), а по соотношению
этих контрастных излучений, смешанных в коллекторах-излучателях 14 и 15, и информативного излучения жгута 16 сигналы соответствующих выходов фотоприемников ФП1,
ФП2 и ФПИ обрабатывают в блоке первичной обработки БПО, по результатам обработки
4
BY 13276 C1 2010.06.30
идентифицируют измеряемую температуру. В такой совокупности информационнопреобразовательных операций и световодных каналирующих, направляющих и смешивающих оптические излучения от контролируемой поверхности и опорных отражающих
поверхностей с большим различием в излучательной способности поверхностей улучшаются метрологические возможности и эргономика контроля (за счет дистанцирования
оператора от нагретой поверхности).
Источники информации:
1. Измерения в промышленности. Справ. изд. в 3-х кн. Кн. 2. Способы измерения и
аппаратура: Пер. с нем. / Под ред. Профоса П. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Металлургия,
1990. - С. 341-346.
2. Окоси Т., Окамото К., Оцу М. и др. Волоконно-оптические датчики / Под ред.
Т.Окоси: Пер. с япон. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-е, 1990. - С. 144-145 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
137 Кб
Теги
by13276, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа