способ бесконтактного измерения температурного поля

Формула изобретения

Способ бесконтактного измерения температурного поля, включающий формирование изображения контролируемого объекта на экране, сканирование пирометром поверхности контролируемого объекта, формирование сигналов, соответствующих температуре участков поверхности контролируемого объекта, определяемых мгновенным углом визирования пирометра, отличающийся тем, что при выбранном исходном направлении оси визирования пирометра с помощью видеокамеры, жестко связанной с пирометром таким образом, что их оптические оси совмещены, формируют изображение контролируемого объекта на экране электронного устройства отображения информации, выделяют видеосигнал, соответствующий одному кадру полученного изображения контролируемого объекта, заносят выделенный видеосигнал в устройство памяти, после чего осуществляют сканирование путем перемещения оси визирования пирометра по выбранной траектории при одновременном обеспечении постоянного угла обзора с помощью видеокамеры и одновременно с последовательным формированием сигналов, соответствующих температуре участков поверхности контролируемого объекта, расположенных вдоль траектории сканирования, измеряют для каждого упомянутого выше участка поверхности контролируемого объекта в выбранной системе координат величину смещения по каждой координате изображения контролируемого объекта на экране электронного устройства отображения информации относительно его исходного положения, записанного в устройстве памяти, осуществляют кодирующее преобразование измеренных смещений по каждой координате в сигналы, соответствующие координатам каждого упомянутого выше участка поверхности контролируемого объекта в его изображении, записанном в устройстве памяти, сигналы, соответствующие координатам каждого упомянутого выше участка поверхности контролируемого объекта, а также сигналы, соответствующие температуре каждого участка, заносят в устройство памяти, а после окончания каждого цикла сканирования осуществляют воспроизведение записанного в устройстве памяти изображения контролируемого объекта, при этом результаты измерения температуры отображают в точках экрана, соответствующих координатам участков поверхности контролируемого объекта, расположенных на траектории сканирования.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к бесконтактным способам измерения температуры объектов.

Из уровня техники известен способ бесконтактного измерения температурного поля, включающий проектирование в глаз оператора локальной зоны поверхности контролируемого объекта, преобразование однозначно связанного с температурой теплового излучения от той же локальной зоны поверхности контролируемого объекта в электрический сигнал, измерение величины электрического сигнала и перемещение локальной зоны контроля (сканирующего пятна) по требуемой в каждом конкретном случае траектории в пределах поверхности контролируемого объекта (см. патент US №3586439, 1971 [1]).

Известный способ бесконтактного измерения температурного поля обеспечивает с достаточно высокой точностью наведение средства для измерения температуры по тепловому излучению (пирометра) на тот или иной участок поверхности контролируемого объекта. Основной же недостаток известного способа заключается в том, что он не позволяет ориентироваться оператору относительно всего контролируемого объекта, а следовательно, выбрать оптимальную траекторию сканирования.

Известен также способ бесконтактного измерения температурного поля, взятый в качестве прототипа и включающий формирование изображения контролируемого объекта на экране (матовом стекле), на котором нанесена траектория сканирования, перемещение оси визирования пирометра по заданной траектории, зависящей от конструкции блока сканирования используемого пирометра, который жестко связан с экраном, формирование сигналов, соответствующих температуре каждого участка поверхности контролируемого объекта, расположенного вдоль траектории сканирования и определяемого мгновенным углом визирования пирометра (см. А.А.Поскачей и Е.П.Чубаров. Оптико-электронные системы измерения температуры, М., "Энергия", 1979, с.169-172, рис.7-5,в [2]).

Недостаток прототипа заключается в том, что он не позволяет осуществлять оптимальный контроль температурного поля объекта, а именно не обеспечивает возможности выбора вида траектории сканирования (замкнутой, разомкнутой или дискретной) в зависимости либо от конкретного вида контролируемого объекта, либо от его конкретных режимных параметров. Кроме того, известный способ позволяет получить температурный профиль на экране электронного устройства отображения информации ([2] рис.7-7), но без конкретной привязки его к координатам контролируемого объекта.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по обеспечению возможности оптимального контроля температурного поля объекта. Достигаемый при этом технический результат заключается в возможности не только выбора (в зависимости от вида контролируемого объекта и его режимных параметров) оптимальной траектории для сканирования осью визирования пирометра, но и в обеспечении наглядной привязки измеренных локальных значений температуры к координатам контролируемого объекта.

Поставленная задача решена тем, что в способе бесконтактного измерения температурного поля, включающем формирование изображения контролируемого объекта на экране, сканирование пирометром поверхности контролируемого объекта, формирование сигналов, соответствующих температуре участков поверхности контролируемого объекта, определяемых мгновенным углом визирования пирометра, согласно изобретению при выбранном, исходном направлении оси визирования пирометра о помощью видеокамеры, жестко связанной с пирометром, формируют изображение контролируемого объекта на экране электронного устройства отображения информации, выделяют видеосигнал, соответствующий одному кадру полученного изображения контролируемого объекта, заносят выделенный видеосигнал в устройство памяти, после чего осуществляют сканирование путем перемещения оси визирования пирометра по выбранной траектории и одновременно с последовательным формированием сигналов, соответствующих температуре участков поверхности контролируемого объекта, расположенных вдоль траектории сканирования, измеряют для каждого упомянутого выше участка поверхности контролируемого объекта в выбранной системе координат величину смещения по каждой координате изображения контролируемого объекта на экране электронного устройства отображения информации относительно его исходного положения, записанного в устройстве памяти, осуществляют кодирующее преобразование измеренных смещений по каждой координате в сигналы, соответствующие координатам каждого упомянутого выше участка поверхности контролируемого объекта в его изображении, записанном в устройстве памяти, сигналы, соответствующие координатам каждого упомянутого выше участка поверхности контролируемого объекта, а также сигналы, соответствующие температуре каждого участка, заносят в устройство памяти, а после окончания каждого цикла сканирования осуществляют воспроизведение записанного в устройстве памяти изображения контролируемого объекта, при этом результаты измерения температуры отображают в точках экрана, соответствующих координатам участков поверхности контролируемого объекта, расположенных на траектории сканирования.

Преимущество предложенного способа бесконтактного измерения температурного поля заключается в том, что сканирование поверхности контролируемого объекта осуществляют не по траектории, обусловленной конструкцией блока сканирования пирометра, а по траектории, выбранной самим оператором, исходя из особенностей контролируемого объекта и/или его режимных параметров. Это позволяет существенно уменьшить при контроле долю избыточной информации, а следовательно, обеспечить оптимальный контроль температурного поля объекта. Кроме того, сканирование путем перемещения оси визирования пирометра по выбранной траектории при одновременном обеспечении постоянного угла обзора с помощью видеокамеры, жестко связанной с пирометром, позволяет путем измерения смещений по каждой координате (в выбранной системе координат) изображения контролируемого объекта на экране электронного устройства отображения информации относительно исходного, занесенного в устройство памяти, осуществить привязку измеренных сигналов, соответствующих температуре каждого участка поверхности контролируемого объекта, расположенных на траектории сканирования, к точкам экрана, на котором воспроизводится записанное в блоке памяти исходное изображение контролируемого объекта, соответствующих координатам каждого контролируемого участка. В результате обеспечивается наглядная привязка каждого измеренного значения температуры к координатам контролируемого объекта в его изображении на экране электронного устройства отображения информации.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной выше совокупностью существенных признаков требуемого технического результата.

На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства для осуществления предложенного способа; на фиг.2 - исходное изображение контролируемого объекта на экране электронного устройства отображения информации; на фиг.3 - изображение контролируемого объекта в один из моментов сканирования; на фиг.4 - относительное смещение изображения контролируемого объекта в процессе сканирования.

На фиг.1 используются следующие обозначения: 1 - контролируемый объект, 2 - входной объектив пирометра, 3 - приемник лучистой энергии (ПЛЭ) пирометра, 4 - электронный блок пирометра (ЭБ), 5 - микроконтроллер, 6 - устройство памяти (УП), 7 - электронное устройство отображения информации, 8 - полупрозрачное зеркало, 9 - видеокамера.

В предпочтительном варианте осуществления предложенного способа (для исключения параллакса канала визирования - видеокамеры 9 - относительно измерительного канала - пирометра) ось 10 визирования видеокамеры 9 совмещена посредством полупрозрачного зеркала 8 с оптической осью 11 пирометра. Выход видеокамеры 9 подключен к первому входу микроконтроллера 5, а выход ПЛЭ 8 через электронный блок 4 пирометра подключен ко второму входу микроконтроллера 5, вход-выход которого соединен с вход-выходом устройства 6 памяти, а выход - с входом электронного устройства 7 отображения информации. В принципе возможно использование и других технических решений, например оптико-волоконных разветвителей (см. патент US №4225230, 1980). На фиг.2, 3 и 4 используются обозначения: 12 - экран электронного устройства 7 отображения информации, 13 - изображение контролируемого объекта 1, 14 и 14’ - изображения (условно) сканирующего пятна пирометра соответственно в его исходном положении и в один из моментов сканирования, Х и Y - декартовая система координат.

Способ бесконтактного измерения температурного поля осуществляется следующим образом. С помощью видеокамеры 9, имеющей угол обзора, намного превышающий угол визирования пирометра, осуществляют наведение пирометра на контролируемый объект. Так как оптические оси 10 и 11 совмещены посредством полупрозрачного зеркала 8, то изображение 14 сканирующего пятна (размер которого на поверхности контролируемого объекта 1 определяется углом визирования пирометра), имеющего в данном конкретном случае круглую форму, будет расположено в центре экрана 12 электронного устройства 7 отображения информации. Выбирают исходное положение видеокамеры 9, а следовательно, и жестко связанного с ней пирометра таким образом, чтобы весь исследуемый объект 1 или вся его зона, подлежащая контролю, находилась в поле зрения видеокамеры 9 (фиг.2). Выделяют видеосигнал, соответствующий одному кадру полученного (исходного) изображения 13 (фиг.2) контролируемого объекта 1 на экране 12 электронного устройства 7 отображения информации, например на экране электронно-лучевой трубки. По командам, формируемым микроконтроллером 5, осуществляют запись выделенного видеосигнала в устройство 6 памяти. После этого осуществляют сканирование поверхности контролируемого объекта 1 путем перемещения оператором оси 11 визирования пирометра по выбранной им траектории исходя из особенностей контролируемого объекта 1 и/или его режимных параметров. Последовательно с помощью пирометра формируют сигналы, соответствующие температуре участков поверхности контролируемого объекта 1, определяемых мгновенным углом визирования пирометра и расположенных вдоль траектории сканирования. Одновременно для каждого упомянутого выше участка поверхности контролируемого объекта 1 (фиг.3) в выбранной (в данном случае декартовой системе координат) измеряют величину смещений X и Y по каждой координате Х и Y (фиг.4) изображения 13 контролируемого объекта на экране 12 электронного устройства 7 отображения информации относительно его исходного положения (фиг.2), изображение которого (в виде видеосигнала) записано в устройстве 6 памяти. С помощью микроконтроллера 5 осуществляют кодирующее преобразование измеренных смещений Х и Y по каждой координате в сигналы, соответствующие координатам каждого упомянутого выше участка поверхности контролируемого объекта 1 в его изображении 13 (фиг. 2) записанном в устройстве 6 памяти. Полученные после кодирующего преобразования сигнала (например, соответствующие временные интервалы, за которые электронный пучок при его развертке по экрану 12 проходит путь от начала развертки до точек на экране 12, соответствующих каждому участку на поверхности контролируемого объекта, температура которого измеряется), а также сигналы, соответствующие температуре тех же участков, заносят в устройство 6 памяти. После окончания каждого цикла сканирования осуществляют воспроизведение записанного в устройстве 6 памяти изображения 13 контролируемого объекта, при этом результаты измерения температуры отображают в точках экрана 12, соответствующих координатам участков поверхности контролируемого объекта 1, расположенных на траектории сканирования.

Изобретение может быть использовано в различных отраслях промышленности, где требуется оперативный контроль за температурным режимом различных участков объекта.