Способ измерения цветовой температуры

12038 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ.РЕСПУБЛИН ггпу 5 а 01 г у 6 ИЗОБРЕТЕТЕЛЬСТВУ АНИЕ Я АВ СНОМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1. Патент США й 3635088, кл. 73-355, опублик, 1972.2. Авторское свидетельство СССР У 573724, кл. С 01 Ю 5/60, 1977 (прототип).(54)(57) 1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЦВЕТОВОЙ ТЕМПЕРАТУРН, вклюцЮющий выделение из спектра излучения объекта монохроматических компонент путем пропускания излучения через диспергирующий ма-. териал, управляющее ваздействие на диспергирующий материал, последова тельное измерение интенсивности моно- хроматических компонент приемником излучения и измерение параметра уп" равляющего воздействия, соответствующего максимальной интенсивнос-л моно- хроматических компонент, о т л и " ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, быстродействия и разрешающей способности способа, в качестве управляющего воздействияиспользуют акустические колебания, . 1 на которых осуществляют акустооптическую дифракцию.излучения, а .в качестве параметра управляющего воздействия используют частоту акустических колебаний, й2. Способ по и. 1, о т.л и ч а ю"щ и й с я тем, что.,осуществляют кол, линеарную акустооптичвскуюдифракцию.Изобретение относится к средствам измерения температуры и может использоваться в измерительной технике, метрологии., в управлении технологическими процессами, для контроля температурных полей, в медицине, экспериментальной технике.Известен способ измерения цветовой температуры основанный на зако.не смещения Вина, согласно которому спектр излучения исследуемого объекта разлагают на монохроматические компоненты посредством пропускания через материал, обладающий диспер 15 сией, например сквозь призму, направляют эти компоненты на приемник излучения, перемещая приемник относительно спектра, компоненты которого разнесены на разные углы относитель-. но , призмы, измеряют интенсивность20 компонент, определяют положение максимума спектральной интенсивности в пространстве и по угловому положению максимума судят о температуре тела 1 1.Такой способ вследствие пространственной растянутости максимума спектра и трудности определения его положения не обеспечивает достаточной точности измерений, кроме того, мала скорость измерений.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ измерения цветовой температуры, включающий выделение из спектра 35 излучения объекта монохроматических компонент путем пропускания излучения через диспергирующий материал, управляющее воздействие на диспергирующий материал, последовательное 40 измерение интенсивности монохроматических компонент приемником излучения и измере,ие параметра управляющего воздействия, соответствующего максимальной интенсивности монохроматических компонент. Диспергирующий материал имеет форму призмы, которую поворачивают, в результате на приемник излучения последовательно попадают различные монохроматические ком поненты, измеряют их интенсивности, определяют время поворота до достижения максимальной интенсивности и по этому параметру судят о цветовой температуре объекта 1 21. Недостатками известного способа являются большая погрешность измерений, малые скорость и чувствительность измерений. Это обусловлено тем,что согласно известному способу разворачивают периодически спектр излучения на приемник и измеряют временной интервал от начала разворачивания спектра до выделяемого момента времени, соответствующего максимуму сигнала. Разворачивание спектрапроисходит путем механического вращения призмы, служащей в качестве дисперсионного элемента. Разворачиваниеспектра относительно приемника ограничивает скорость измерений - время одного измерения 3 50 мс.Судить о температуре по времени разворачивания призмы с большой точностью нельзя, так как для механических устройств велика нелинейность развертки 1 023 и мала точность выделения моментов времени 02/ точность же определения соответствия длины волны излучения и угла поворота, следовательно, и времени поворота, а также чувствительность невелики, так как призма, служащая в качестве дисперсионного элемента, обладает невысокой разрешающей способностью. Важной характеристикой, определяющей чувствительность и избирательность способа, является контраст,определяемый отношением интенсивности на выделяемой длине волны к суммарной интенсивности излучения, прошедшего на приемник, Для таких дисперсионных элементов, которые позволяют разворачивать в пространстве спектр относительно приемника, например призмы, контраст мал, обычно 10 . Выделение момента времени, соответствующего получению максимального сигнала для дисперсионных элементов с малой разрешающей способностью, может не соответствовать максимуму. спектра, что также увеличивает погрешность измерений, которая составляет для известного способа 14,Цель изобретения - повышение точности, быстродействия и разрешающей способности способа. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения цветовой температуры, включающему выделение из спектра излучения объекта монохроматических компонент путем пропускания излучения через диспергирующий материал, управляющее воздействие на диспергирующий материал,эИ.9,= 2 У 1 фЛо9 2 пЧ 3 1012038 4 последовательное измерение интен- где Ц и 6 - углы распространения; сивности монохроматических компонент . и и и - коэффициенты преломле 1 приемником излучения и измерение ния для падающегб и параметра управляющего воздействия, рассеянного излучения; соответствующего максимальной интен - скорость звука; сивности монохроматических компонент, . )- длина световой волны. в качестве увравляющего воздействия В условиях акустооптической ди" используют акустические колебания; фракции погрешность определения дли" на которых осуществляют акустоопти- ны волны взаимодействующего и выдеческую дифракцию излучения, а в ка в ляемого при этом излучения определячестве параметра управляющего воз- ется разрешающей способностью и сосдействия используют частоту акусти- тавляет величину ческих колебаний. ь 1При этом осуществляют коллинеар" ) 2 ЬЬ ную акустооптическую дифракцию, 1 где 4 - длина акустооптического взаи"Реализация способа состоит в том, " модействия; что в качестве внешнего воздействия используют акустические колебания, на которых осуществляют акустооптиЭо ческую дифракцию излучения, а в ка дй=и- и,в, Ко=27 с/А - волновое числоО честве управляющего параметра используют частоту акустических колебаний. )- длина волны излученияизлучения. В условиях акустооптического взаимо- Электронное управление частотой действия, когда выполняются законы акустических колебаний осуществляетанения энергии и лч дви ф ся с чою определяемои точн жения:тью измерения частоты, т.е. не худ -О/ = +;. (1) же 10 . К "К =фдРеализация другого варианта спо- ф ф Ю ф о частоты падающего соба, в котором осуществляют колли- и рассеянного излу неарную акустооптическую Аифракцию позволяет управлять длиной волны выделяемого излучения при совпадаювенно;-э -ем н правлении волновых векторов К , К , р - волновые вектораипадающего и рассеян . 5 , ного излучения и ЗЗ В этом варианте, благодаря возможности осуществления большой длиакустической волны,.ны акустооптического взаимодействия соответственно,и поляризационному выделению произ широкого спектра изяучения исслевзаимодействовавшего излучения, кондуемого тела выделяются в направле"4 о траст достигает величины 10 -10 нии К только та спектральная компо- . . -3 1 -Фразрешающая способность 10 -10нента, для которой справедливы уравнения (1) и (2). Это и о оди б а .т.е. он существенно лучше прототипато происходит ла" годаря пространственной модуляциии других, известных пирометрических коэффициента преломления материаласпособов по чувствительности и из" под действием возбуждаемой в материа- иРательностиэтом. варианте температураопле акустической волны. Изменение про- В этом. варианте температура странственной модуляции, следователь- :ед фо но, и выделяемои спектральной, компо" т =4 - = ненты производится посредством управ-, - - фф ления частотой акустических колеба- где Г - частота звука, соответстний, для которых справедливы следую" вующая максимуму спектральщие соотношения: ной интенсивности излучения . - (и -и ); . .7 - скорость звука; ф) "фф дп =- и,"-и2038 6 ненты максимальной интенсивности, вычислительное устройство дает команду на частотомер 6, измеряющий этозначение частоты, Температура опре 5 деляется по пересцетному коэффициенту или с помощью соответствующего делителя.Измерения цветовой температурыпроводятся следующим образом,Спектр излучения исследуемого тела разлагается на монохроматическиекомпоненты посредством пропусканиячерез дисперсионный материал, в качестве которого выбран монокристаллкварца Х среза ф 9 мм и длиной 10 см.В нем с помощью пленочного пьезоэлектрического преобразователя возбуждаются продольные акустическиеколебания в частотном диапазоне45-90 МГц при акустической мощнос-ти 1 Вт. В кристалле осуществляетсяколлинеарная акустооптицеская дифракция излучения, выделяемые монохроматические компоненты регистрируютсяв видимой области спектра с помощьюфотоумножителя, а в И(-диапазоне -фотодиода. Измеряется частота акустических колебаний 6, при котороймаксимальна интенсивность дифракции30 по нулевому значению производноййц/4 в = О), Быстродействие контролируется с помощью электрооптическогомодулятора, помещенного между, источником излучения и кристаллом,з Проведенные измерения показывают,что способ обеспечивает лучшие, чему известных, параметры. Так, по срав-.нению с образцовым быстродействующимпирометром ВНИИМ, выбранным в качество ве базового объекта и имеющим погреш, ность 0,33 и.временное разрешениенесколько миллисекунд, устройство,реализующее данный способ, имеетменьшую погрешность измерений 0,03и лучшее быстродействие 2" 10 с.При измерении температуры лампынакаливания максимальная интенсивность дифракции регистрируется начастоте 47,145+0,005 МГц, что соотоя ветствует( =10919,53,3 А и цветовой температуре 2635,8 М, К. РФзрешающая способность 3,3 А или 0,8 К.Быстродействие не хуже 2,10 с.(онтраст не хуже 2,10 . Погрешностьу измерений температуры 0,03. 1(1 Т А Й и Х 7эю 4 иеюеае + в Вм в Ф +Г лп10 +1 О +10 "3.10-4.Коррекция изменения спектральной чувствительности при смене приемника и коэффициента пропускания оптического тракта может быть осуществлена заданием амплитуды акустических колебаний при изменении частоты,Быстродействие способа, определяемое временем пробега акустической волны по кристаллу со скоростью Ч = 572 10 см/с при длине образца Ь = 10 см, составляет величину 1 = 1,/7 : 1,75 10с.На фиг, 1 представлена схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 - векторная диаграмма акустооптического взаимодействия; на фиг, 3 - то же, коллинеарного акустооптического взаимодействия.Устройство содержит диспергирующий .материал 1, приемник излучения 2, вычислительное устройство 3, средство возбуждения акустических колебаний 4, управляемый генератор 5 и частотомер 6.Устройство работает следующим образом.Излучение 1.направляется на диспергирующий материал 1, выделенная компонента излучения 1 (м 4 регистрируется приемником 2,сигнал Ц ш) с которого поступает на вычислительное устройство 3, определяющее максимальное значение сигнала. Выделение компоненты излучения 1 6) осуществляется при воздействии на диспергирующий материал акустических колебаний, возбуждаемых средством возбуждения колебаний 4, на которое подается управляющий сигнал частоты ЙГ с генератора 5. Генератор 5 соединен с вычислительным устройством 3, изменение частоты колебаний Д(В осуществляется вручную или по программе определения максимума интенсивности. При значении частоты Й, соответствующем регистрации спектральной компо 5 101 где Ь - постоянная Планка;с - скорость света;К - постоянная Больцмана;- корень, трансцендентного уравненияее - - - = 1 -= 4 96515Погрешность определения температуры составляет Измерения, проведенные на монохроматоре УМ, дают значение7 1Использование данного способа измерения цветовой температуры обеспечивает по сравнению с известными большуЬ временную разрешающую способность и позволяет повысить точность измерений. Использование данного способа для контроля быстроизменяющихся температурных полей в " 612038 Ясистемах со сканированием изображения позволяет получить инФормацию о процессах теплопереноса, например, для контроля устройств микроэлектро 5 ники, тонких технологических процес-,сов, в биомедицинских измерениях, проводить точные, сличения температурных эталонов и т.д.тавитель Л Латыев е К.Иыцьо Ко Веселова Редакт Заказто И. Демчукное 9 иражВНИИПИ Государственного комитета СССРпо .делам .изобретений,и открытий113035 Москва 1-35, Ра ская наб. 4/5- БРЪРФ.ЯР-,.род, ул. роектная,