Дистанционный измеритель температуры движущегося объекта

Устройство относится к области дистанционных измерителей температуры движущегося объекта и может быть использовано в измерительной технике, метрологии, дистанционном зондировании. Дистанционный измеритель содержит последовательно соединенные оптическую систему, блок спектрального разложения и матрицу приемников, конструктивно совмещенный с ними привод визирования, процессорный блок, блок данных функций Планка, блок данных изображений объекта и блок визирования. Технический результат состоит в повышении точности измерения температуры движущегося объекта за счет введения автоматического и ручного визирования по тепловому потоку 0-го порядка спектрального разложения и использования для процессорной обработки энергии всех приемников матрицы приемников.

Устройство относится к области дистанционных измерителей температуры движущегося объекта и может быть использовано в измерительной технике, метрологии, дистанционном зондировании.

Известно устройство бесконтактного измерения температуры (А.с. 1803747, МПК5 G01J 5/60, 1987 г.), содержащее оптическую систему, приемник излучения, дифференциатор, два амплитудных детектора, оптический гетеродин, перестраиваемый оптический модулятор, устройство смешения оптических пучков, резонансный усилитель и блок деления.

Известен спектральный пирометр (патент US 4605314, МПК4 G01J 5/24, 1986 г.), состоящий из электрического модуля и оптического модуля, который содержит передающий блок, блок спектрального разложения и блок детектора.

Недостатком известных устройств является зависимость измерений от угла направления на движущийся источник излучения, так как при изменении этого угла изменяется положение изображения спектра излучения на поверхности детектора спектра излучения, а стабилизация положения изображения спектра не производится, так как автоматическое или ручное визирование на объект не предусмотрено.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ, реализованный в устройстве бесконтактного измерения температуры движущегося объекта (патент RU 2213942, МПК 7 G01J 5/60, 2003 г.), заключающийся в оптическом приеме сигнала теплового излучения объекта, спектральном разложении сигнала, формировании изображения спектра излучения на поверхности матрицы приемников, сигналы с выходов которых обрабатываются процессорным блоком, выполненным с возможностью поиска максимального

значения выходного сигнала приемника по матрице приемников, возможностью определения максимального значения производной выходных сигналов приемников по матрице приемников и возможностью вычисления температуры по отношению максимального значения производной выходных сигналов по матрице приемников к максимальному значению выходного сигнала приемника по матрице приемников.

Недостатком этого способа, в дополнение к указанному выше, является ограниченность точности измерений, так как при процессорной обработке для определения максимального значения сигнала по матрице приемников используется энергия только одного приемника, выработавшего максимальный сигнал.

Задачей изобретения является повышение точности дистанционного измерения температуры движущегося объекта путем введения автоматического и ручного визирования измерителя на движущийся объект и использования энергии всех приемников матрицы приемников.

Решение задачи достигается тем, в дистанционный измеритель температуры движущегося объекта, содержащий последовательно соединенные оптическую систему, блок спектрального разложения, матрицу приемников и процессорный блок, выход которого является выходом измерителя температуры, введен конструктивно совмещенный с оптической системой, блоком спектрального разложения и матрицей приемников привод визирования, вход которого соединен с соответствующим выходом процессорного блока, входы которого соединены с соответствующими выходами введенных блока данных функций Планка, блока данных изображений объекта и блока визирования, первый вход которого соединен с другим выходом блока данных изображений объекта, а второй, третий и четвертый входы соединены с соответствующими выходами процессорного блока, причем четвертый вход является выходом значения погрешности измерения температуры объекта.

Технический результат состоит в том, что повышается точность измерения температуры движущегося объекта за счет введения автоматического и

ручного визирования по тепловому потоку 0-го порядка спектрального разложения и использования для процессорной обработки энергии всех приемников матрицы приемников.

Устройство может быть реализовано в соответствии со структурной схемой, представленной на фиг.1.

Структурная схема содержит оптическую систему 1, блок 2 спектрального разложения, матрицу 3 приемников, процессорный блок 4, блок 5 данных функций Планка для множества температур, блок 6 данных для множества изображений объектов, блок 7 автоматического и ручного визирования и привод 8 визирования на движущийся объект.

Дистанционный измеритель температуры движущегося объекта работает следующим образом. От источника излучения тепловой поток поступает через оптическую систему 1 на блок 2 спектрального разложения, которым формируется изображение спектра излучения на поверхности матрицы 3 приемников (тепловой поток 1-го порядка) одновременно с оптическим изображением самого объекта (тепловой поток 0-го порядка). Сигналы с выходов матрицы 3 приемников обрабатываются процессорным блоком 4 для определения температуры Т движущегося объекта и для обеспечения непрерывного визирования оптической системы на движущийся объект.

В автоматическом режиме для определения температуры Т в процессорном блоке 4 выполняется выделение с выхода матрицы 3 приемников сигналов изображения спектра излучения (от теплового потока 1-го порядка) и аппроксимация их каждой хранящейся в блоке 5 данных аппроксимантой функции Планка P₁...Р_n , каждая из которых соответствует конкретной температуре объекта T₁...Т_n, выбирается аппроксиманта P_k с минимальной погрешностью аппроксимации P_kmin и выводятся соответствующие ей значения температуры объекта Т=T_k и погрешности ее определения TP_k.

Для обеспечения непрерывного визирования оптической системы на движущийся объект, то есть отклонения направления визирования от оптической оси оптической системы на угол 0, в процессорном блоке 4 выполняется выделение с выхода матрицы 3 сигналов оптического изображения объекта (от теплового потока 0-го порядка) и аппроксимация их каждой хранящейся в блоке 6 данных аппроксимантой из множества изображений объектов O ₁...O_m, выбирается аппроксиманта O_k с минимальной погрешностью аппроксимации O_kmin и выводятся в блок 7 визирования соответствующее ей изображение объекта О=O_k и значение погрешности распознавания изображения объекта O_k, которое выводится также в привод 8 визирования в виде сигнала управления приводом визирования O_k с возможностью визирования оптической системы в направлении на движущийся объект.

В ручном режиме, в который блок 7 визирования переводится в ручную оператором или автоматически в случае превышения погрешностями O_k и/или Т допустимых значений, визирование в направлении на движущийся объект О и его распознавание проводится оператором в процессе визуального наблюдения изображения О движущегося объекта на соответствующем мониторе и с учетом текущих значений погрешностей O_k и Т.

Способ может быть реализован в устройствах, выполняемых из известных модулей и на элементной базе, применяемых в измерительной технике и метрологии. Конструктивное выполнение блоков 1...4 может совпадать с аналогичными блоками прототипа. Конструкции блоков 5...7 очевидны из уровня техники в соответствии со своим функциональным назначением. Программное обеспечение процессорной обработки типовое. Конструктивное выполнение привода 8 визирования известно, например, по патенту РФ 2189049, G01S 3/78, 2002.

Дистанционный измеритель температуры движущегося объекта, содержащий последовательно соединенные оптическую систему, блок спектрального разложения, матрицу приемников и процессорный блок, выход которого является выходом измерителя температуры, отличающийся тем, что в него введен конструктивно совмещенный с оптической системой, блоком спектрального разложения и матрицей приемников привод визирования, вход которого соединен с соответствующим выходом процессорного блока, входы которого соединены с соответствующими выходами введенных блока данных функций Планка, блока данных изображений объекта и блока визирования, первый вход которого соединен с другим выходом блока данных изображений объекта, а второй, третий и четвертый входы соединены с соответствующими выходами процессорного блока, причем четвертый вход является выходом значения погрешности измерения температуры объекта.