Способ определения коэффициентов излучательной способности и истинной температуры поверхности

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ИЗЛУЧАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ И ИСТИННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ, заключающийся в том, что одновременно с измерениями сигналов, пропорциональных по меньшей мере двум спектральным лучистостям, в тех же спектральных интервалах измеряют двунаправленные коэффициенты отражения и определяют излучательные способности ₁ и ₂ и температуру T, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, из сигналов, пропорциональных формируют сигнал в виде

где ₁ и ₂ - эффективные длины волн, из этого сигнала вычитают инвариантный к температуре сигнал
I_i= ₂ln(1- ₂)- ₁ln(1- ₁),
формируемый из спектральных лучистостей собственного излучения, где ₁ и ₂ - направленные полусферические коэффициенты отражения, так, что

где q - коэффициент, связывающий двунаправленные и направленные полусферические коэффициенты отражения, затем одновременно, изменяя коэффициенты передачи в оптоэлектронном тракте, уравнивают сигналы I_o и I_i при этом составляющие сигналы
₁ln(1-q ₁) и ₂ln(1-q ₂),
где q = 1, для определения значений полусферических излучательных способностей ₁ и ₂ соответственно уменьшают в ₁ и ₂ раз, а для определения истинной температуры суммируют полученные сигналы с сигналами, пропорциональными логарифмами спектральных лучистостей.

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее к способам и устройствам определения коэффициентов излучательной способности ₁ и ₂ и истинной температуры T по излучению поверхности с неизвестной и изменяющейся излучательной способностью.
Цель изобретения повышение точности.
Способ осуществляют следующим образом. Измеряют сигналы, пропорциональные по меньшей мере двум спектральным лучистостям; одновременно в тех же спектральных интервалах и в том же направлении к поверхности излучения измеряют два двунаправленных коэффициента отражения ₁'и ₂'; из сигналов, пропорциональных ₁'и ₂', формируют сигнал в виде I_{o 2} ln(1 ₂') - ₁ ln( 1 - ₁' ), где ₁ и ₂ эффективные длины волн; из полученного сигнала вычитают инвариантный к температуре сигнал I_{i 2} ln(1 ₂ ) ₁ ln(1 - ₁ ), формируемый из спектральных лучистостей собственного излучения, где ₁ и ₂ направленные полусферические коэффициенты отражения, так что ₁' q ₁, ₂' q ₂ где q коэффициент, связывающий двунаправленные и направленные полусферические коэффициенты отражения; одновременно, изменяя коэффициент передачи оптико-электронного тракта, например, усилителей или коэффициент ослабления в тракте обоих падающих или отраженных потоков излучения лазеров, выравнивают сигналы I_o I_i. По составляющим сигналам ₁ ln (1 q ₁) и ₂ ln (1 -q ₂) где q 1, уменьшенным в ₁ и ₂ раз, определяют значения полусферических излучательных способностей ₁и ₂. Суммируют полученные сигналы с сигналами, пропорциональными логарифмам спектральных лучистостей; из полученного суммарного сигнала определяют истинную температуру T исследуемой поверхности.
На чертеже изображено устройство для осуществления способа.
Устройство содержит источники 1 и 2 потоков модулированного, падающего на исследуемую поверхность 3 излучения по меньшей мере на двух длинах волн ₁и ₂ и оптически связанные световодами 4-7 с исследуемой поверхностью 3 через объектив 8 и последовательно расположенные приемники 9 и 10 излучения с усилителями 11 и 12 излучения, отраженного от исследуемой поверхности излучения на длинах волн ₁и ₂, детекторы 13, 14 отраженного излучения на ₁и ₂, а также приемники 15 и 16 с усилителями сигналов собственного излучения поверхности 3 на ₁и ₂ и последовательно установленные усилители-логарифматоры 17 и 18 сигналов собственного излучения. На выходе детекторов 13 и 14 сигналов отраженного излучения установлены формирователи 19 и 20 сигналов отраженного излучения
(1 ₁')=(1- q ₁) и
(1 ₂')=(1- q ₂), где ₁', ₂' коэффициенты двунаправленного отражения;
₁, ₂ коэффициенты направленного полусферического отражения;
коэффициент передачи оптико-электронного тракта;
q ₁'/ ₂'= ₂'/ ₂ коэффициент, связывающий оба вида коэффициентов отражения.
За формирователями 19 и 20 установлены логарифматоры 21 и 22 отраженного излучения, на выходе которых установлены нормирующие усилители 23 и 24, изменяющие величину логарифмов соответственно в ₁и ₂ раз. Выходы усилителей 23 и 24 соединены с первым сумматором-вычитателем 25. Выходы усилителей-логарифматоров 17 и 18 через нормирующие усилители 26 и 27 подключены к второму сумматору-вычитателю 28 и одновременно соединены с входами формирователей 29 и 30 сигналов истинной температуры, вторые входы которых соединены также с выходами логарифматоров 21 и 22 отраженных сигналов, при этом выходы обоих сумматоров 25 и 28 в противофазе подключены к серводвигателю 31, соединенному с нейтральным поглотителем 32, регулирующим коэффициенты передачи оптико-электронного тракта отраженных сигналов. На выходе формирователей 29 и 30 включен сумматор 33, к выходу которого подключен прибор, регистрирующий значение истинной температуры, например цифровой или аналоговый вольтметр 34, а на входе логарифматоров 21 и 22 отраженных сигналов подключены аналогичные приборы для регистрации значений полусферической излучательной способности на ₁и ₂ цифровой или аналоговый вольтметры 35 и 36.
Применение микропроцессорного контроллера позволяет существенно сократить количество элементов схемы устройства.
Устройство работает следующим образом. Излучение от поверхности 3 через объектив 8 фокусируется на входе световодов 4-7. Через пару световодов 4 на излучающую поверхность 3 падает излучение от источников 1 и 2, например лазеров, работающих на длинах волн ₁и ₂. Отраженное от поверхности 3 излучение лазеров через пару световодов 5 подают на приемники 9 и 10 отраженного излучения, усиливают в усилителях 11 и 12, детектируют в детекторах 13, 14 и подают на формирователи 19 и 20. На выходе формирователей 19 и 20 сигнал имеет форму (1- ₁') и соответственно (1 - ₂'). Эти сигналы логарифмируют в логарифматорах 21 и 22. Логарифмы сформированных таким образом сигналов в нормирующих усилителях 23 и 24 изменяются соответственно в ₁и ₂ раз. С выхода усилителей 23 и 24 напряжение подают в противофазе на сумматор-вычитатель 25. Собственное излучение поверхности 3 через объектив 8 на тех же длинах волн ₁и ₂ попадает на приемники 15 и 16 через световоды 6 и 7. На выходе приемников 15 и 16 напряжение усиливают и логарифмируют в усилителях-логарифматорах 17 и 18, и через нормирующие усилители 26 и 27, изменяющие величину логарифмических сигналов в ₁и ₂ раз, подают в противофазе на сумматор 28 и одновременно на входы формирователей 29 и 30 истинной температуры. Сигналы с выходов сумматоров 25 и 28 питают серводвигатель 31, который отрабатывает положение нейтрального поглотителя 32, изменяющего величину падающего от источников 1 и 2 излучения в одинаковое число раз таким образом, что поглотитель 32 останавливается, т.е. сигнал на серводвигателе 31 равен нулю, когда сигналы на выходе сумматоров 28 и 25 устанавливаются равными, т.е.
₂ln(1- q ₂)- ₂ln(1- ₁q)=
₂ln ₂- ₂ln ₁, т.е. q =1и(1- ₁)= ₁, a (1 ₂)= ₂.
Эти излучательные способности и измеряются вольтметрами 35 и 36. Одновременно сигналы, равные ln ₁ и ln ₂ с выходов логарифматоров 21 и 22 подают для коррекции истинной температуры на формирователи 29 и 30. При этом сигнал истинной температуры измеряют на выходе сумматора 33 вольтметром 34.
Изобретение позволяет определить с высокой точностью излучательную способность и истинную температуру за счет применения своеобразного "нулевого" метода определения излучательной способности по коэффициентам двунаправленного отражения, сравниваемым с соответствующими коэффициентами полусферического отражения.
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам и устройствам определения коэффициентов излучательной способности и истинной температуры по излучению поверхности с неизвестной и изменяющейся излучательной способностью. Целью изобретения является повышение точности, что достигается за счет определения значений двунаправленных коэффициентов излучательной способности с помощью сравнения сигналов, пропорциональных двунаправленным коэффициентам отражения по меньшей мере на двух длинах волн, определенных с помощью стороннего источника излучения с сигналом, зависящим от полусферической излучательной способности, определенной по излучению. 1 ил.