Устройство для исследования температурных полей

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихреспублик(23) Приоритет РМ Кз 6 01 К 11/12 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытийДата опубликования описания 230133(54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЬИ ПОЛЕЙИзобретение относится к термометрии и может быть использовано дляисследования температурных полей наповерхности различных объектов,.вчастности радиоэлектронных плат, сцелью обнаружения областей максимального перегрева, оптимизации конструкции изделий с точки зрения тепловогорежима их работы и т.д.Известно устройство для исследования температурных полей, содержащееисточник белого света (лампу накалг-;вания ), конденсор, обеспечивающийпараллельный пучок белого света, итериочувствительный элемент, выполненный на основе оптически неоднородной смеси веществ с близкими показателяии преломления и различнымитеипературныии коэффициентами показателей преломления г.1 ,Однако такое устройство не обеспечивает.высокой точности измерениятемпературы ввиду плохой контрастности цветовой картины,Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является уст-ройство для исследования тег 4 пературных полей, содержащее источник белого света, конденсор, диафрагму, установленную перед матовым экраном,и термочувствительный элемент, выполненныи в виде йрозрачной .кюветы, заполненной оптически неоднородной . смесью компонентов с близкими пока,зателяии преломления и различными температурньрги коэффициентами показателя преломпения 2 ;В таком устройстве изготовление термочувствительного элемента наталкивается на пробзтему получения тонких стеклянных пластин либо полимерных пленок, выполняющих функции ограничительных стенок термочувствительного элемента, предохраняющих его от загрязнения и т.д. и отличающихся высокой степенью плоскостности. Последнее трудно реализовать на практике при размерах платы более 15 х 15 мм, В результате из-за неплобкостности термочувствительных элементов изображение полезного светового сигнала в фокальной плоскости от. различных термочувствительных элементов различно в зависимости от их индивидуальных особенностей. Это усложняет отделение гголеэного светового сигнала от рассеянной световой компоненты методом диафрагмирования и приводит к снижению точности измерения температурно" го поля.10 15 20 с различным соотношением осей и сторон.Причем зеркало и диафрагма укреплены на пластинах из Ферромагнитного материала, установленных на неподвиж ных магнитах свозможностью скольжения по их поверхности.На фиг. 1 приведена схема устройства для исследования температурных полей; на Фиг. 2 - поверхность непрозрачного трафарета с набором от верстий; на фиг. 3 вповерхность диафрагмы. Устройство содержит источник бело го света (лампа накаливания) 1, линзы 2 и 3, образующие конденсор для Формирования параллельного пучка света, диафрагму 4, экран 5, матированный со стороны наблюдателя, термочувствительный элемент, выполненный в виде прозрачной кюветы б с,зеркальным покрытием 7 на ее основании, заполненной оптически неоднородной смесью компонентов с близкими пока- зателями преломпения и различными 60 температурными коэффициентами покаБолее этого, дискретный характер визуализации иэотерм, определяемый конечным числом используемых светофильтров такие снижает точность исследования температурного полн,Целью изобретения являетбя повышение точности измерения температуры.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для измерения температурных полей, содержащее источник белого света, конденсор, диафрагму, установленную перед матовым экраном, и термочувствительный элемент, выполненный в виде прозрачной кюветы, заполненной оптически неоднородной смесью компонентов с близкими показателями преломлефния и различными температурными коэффициентами показателя преломления, введены непрозрачный трафарет, нанесенный на отражающую поверхность зеркала, установленного за конденсором с воэможностью перемещения перец диафрагмой, и выполненный вместе с диафрагглой с набором отверстий, спек троразлагающий элемент, установленный в апертуре источника света через дополнительный конденсор с возможностью фиксируемого углового поворота, система целевых диафрагм и поворотных зеркал, расположенных межд спектроразлагающим элементом и мато- вым экраном.Кроме того, отверстия непрозрачного трафарета и диафрагмы выполнены в форме эллипсов и прямоугольников зателя преломлЕния, непрозрачный тра Фарет 8, нанесенный на отражающую поверхность зеркала 9, спектроразла.гающий элемент (дифракционная решетка ) 10, освещаемый от источника света 1 через дополнительный конденсор(линзу ) 11, щелевые диафрагмы 12 и 13,поворотные зеркала 14 и 15.Непрозрачный трафарет 8 и диафрагма 4 выполнены с набором отверстий16 и 17 в форме эллипсов и прямоугольников с различным соотношениемосей и сторон,ДиаФрагма 4 в простейшем вариантевыполнена из материала с Ферромагнитными свойствами и установлена наповерхности магнитов 18, закрепленных на державке 19, и удерживаетсясилами магнитного притяжения, чтообеспечивает также возможность ееповорота и перемещения путем скольжения по поверхности магнитов сФиксацией ее в любом нужном положении.Зеркало 9 с нанесенным на егоповерхность непрозрачным трафаретом8 укреплено на пластине 20, выполненной из Ферромагнитного материала.Пластина 20 прижата силами магнитного притяжения к магнитам 21, закрепленным на поверхности пластины 22,также выполненной иэ материала с ферромагнитными свойствами. Пластину 20можно перемещать в нужное положениепутем скольжения по поверхнОсти глагО гитов 21, при этом силами магнитногопритяжения ее положение Фиксируется.Пластина 22 установлена с возможностью углового поворота в двух взаимноперпендикулярных направлениях. Положение ее выбирается таким, чтобы световой пучок, прошедший сквозь териочувствительный элемент, отразившисьот зеркала 9, попал на экран 5.Дополнительный конденсор 11 обес-печивает параллельность части пучкабелого света от источника 1, направляемого через целевую диафрагму 12на спектроразлагающий.элемент 10, закрепленный на пластине 23, обеспечивающей возможностьуглового поворотадифракционной решетки с помощью винта 24. Поворотные зеркала 14 и 15направляют световой пучок, отраженный дифракционыой решеткой 10, внаправлении экрана 5 сквозь щелевуюдиафрагму 13, ограничивающую спектральную ширину пучка света.Зеркало 15 установлено так, чтонаправляет световой пучок от спектроразлагающего элемента 10 в областьсвоей тени на экране 5 от основногосветового потока, формирующего на "экране визуализированную картинуисследуемого температурного поля. Изменение спектрального состава светав пучке от спектроразлагающего эле"мента 10 обеспечивается его угловымповоротом относительно системы зеркал 14 и 15 и целевой диафрагмы 13.Сйектральный состав света, направляемого на экран 5, определяется по углуповорота дифракционной решетки 10,Фиксируемого по шкале, которой снабжен винт 24,Устройство работает следующимобразом.На исследуемый объект., напримеррадиоэлектронную плату 25 с разме- .щенными на ней радиокомпонентами,устанавливают кювету с оптически неоднородной смесью компонентов зеркамьно отражающим слоЕм 7 книзу. Приэтом должен быть обеспечен хорошийтепловой контакт между кюветой, 6 и. исследуемым объектом. После установления теплового равновесия включают осветитель (лампу накаливания 1 ).Параллельный пучок белого света,сформированный конденсорной линзой 2,проходя сквозь кювету 6 двукратно,отразившись от зеркального покрытия7 на ее основании, изменяет свойспектральный состав. В зависимостиот температуры каждого участкатермочувствительного элемента, онбеспрепятственно пропускает свет тойфины волны,.для.которой совпадаютпоказателипреломления компонентов оптически неоднородной смеси ирассеивает весь остальной свет впределах широкого телесного угла. Врезультате соответственно распределению температур иа объекте сквозьразные участки термочувствительногоэлемента по законам геометрическойоптики пройдет свет разного спектрального состава. Этот свет несетполезную информацию о температурном 10 15 угловым поворотом снектрЬразлагаювге.го элеиента 10. Последнее реализует ся с помощью винта 24, снабженного 65 поле объекта Пройдя термочувствитель ный элемент, свет фокусируется линзами 2 и 3 (последияя компенсирует аберрации первой ) фокальной:плоскости конденсора. Световой пучок, рас.сеянный термочувствительным элементом также фокусируется конденсором, однако в других точках Фокальной ,плоскости конденсора. При этом, если бы. термочувствительный элемент отличался идеальной плоскостностью, то изображение пОлезного светового сигнала в фокальной плоскости кьнден.сора точно соответствовало по Форме и размерам телу накала лампы 1.Зеркало 9 устанавливают в Фокаль. ной плоскости конденсора так, чтобы полезный световой .сигнал был сфокусирован на таком зеркггльном участке (17 либо 16 ), которыйпо Форме и размерам совпадает с изображением его в фокальиой плоскости, Это легко вы" полнить с учетом индивидуальных особенностей термочувствительного элемента благодаря простоте перемещения зеркала 9 путем скольжения по поверх,ности магнитов 21 и наличию широкого ряда участков зеркальной поверхности разной формы. Грубая подстройка при наладке осуществляется соответствующим угловым поворотом пластины 22.Последняя фиксируется так, чтобысвет, отраженный зеркалом 9, падал,на экран 5. При этом полезный световой сигнал отделяется от рассеянногопотока света и,.направляетсяна экран.Однако часть рассеяйного света, отразившись от различных зеркальныхучастков зеркала 9 также может попасть на экран 5. Для исключения этого полезный световой сигнал проходит через диафрагму 4. Последняя.также содержит ряд отверстий различных по форме .и размеру и благодаряпростоте перемещения ее в плоскостискольжения также лозволяет легкоподобрать нужный по Форме и размерамзрачок с учетом индивидуальных особенностей тЕрмочувствительного элемента. На практике для трафарета и диафрагмы можно ограничиться набором Фигур в форме эллипсов с соотношением осей 1 г 1; 1 г 1,5; 1 г 2 у 1 г 3; 1 г 4при малой оси эллипса, равной 3 и5 мм, и набором фигур в форме прямо угольника с соотношением сторон 1 г 1 г1 г 1,5; 1 г 2 г 1 г 3 и 1 г 4 при меньшейстороне прямоугольника, равной 1 и2 им, и квадратом 20 х 20 мм для грубой наводки. Укаэанные размеры позЗ 0 воляют эФФективно использовать реальные термочувствительные элементыпри ненлоскостйоати нв более 0,2 ммдля площади 60 х 60 им.Далее полезный световой поток поЗ 5 падает ца экран 5 и дает на нем визуальное изображение температурногополя объекта, где каждому цветусоответствует определенная температура. Часть светового потока лампынакаливания 1 преобразуется коиден сором 11 в параллельный пучок, изкоторого с помощью щелевой дафрахмы 12 выделяется узкий пуЧогс света,падающий на спектроразлагающий элемент 10, функции которого:выполняет 45 дифракционная решетка. Последняяразлагает белый свет в спектр, который, отразившись от зеркала 14,проходит сквозь щелевую диафрагму13, выделяаяцую узкий участок спектра. Причем вариация спектрального состава света в пучке, проведшемсквозь .диафрагму 13, осуществляется шкалой и действующего как рычаг напластину 23, к которой прикрепленспектроразлагающий элемент 10.С помощью зеркала 15 свет.определенного спектрального состава направляется на экран 5 и дает на нем световую фметкуф в области тени зеркала 13, что предохраняет его от смещения с полезным световым сигналом. Путем углового поворота спектрораэлагающего элемента 10 с помощью винта 24 подбирают "метку", совпадающую по цвету с исследуемым участком визуализированной картины температурного поля, По градуировочной характеристике, связывающей угловой поворот диФракционной решетки с длиной волны света, выделяемого ею, определяют последнюю. Затем по градуировочной характеристике термочувствительного элемента, связывающей длину волны 1 О свободно прошедшего сквозь него света с температурой, определяюттемйературу соответствующего участка йсследуемого объекта.Метод сравнения по цвету позволя ет исследовать температурные поля с высокой точностью благодаря высокой точности идентификации цветов, наблюдаемых одновременно на совмещенных полях зрения. Иинимально заметная 2 О разница цветоразличия в длинах вола при сравнении глазом монохроматических цветов в пределах видимой области спектра не превышает 3 нм, что обеспечивает в предлагаемом устройст ве точность измерения температуры не ниже 0,3 К термочувствительных элементов размером до 100 х 100 мм ординарного качества.формула изобретения1. Устройство для исследования температурных полей, содержащее источник белого света, конденсор, диафрагму, установленную перед матовым экраном, и терлочувствительный элемент, выполненный в виде прозрачной кюветы, заполненной оптически неоднородной смесью компонентов с близкими показателями преломления и различными температурными коэффициентами показателя преломления, о т -и и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности измерениятемпературы, в него введены непрозрачный трафарет, нанесенный на отражающую поверхность зеркала, установленного за конденсором с возможностью перемещения перед диафрагмой,и выполненный вместе с диафрагмойс набором отверстий, спектроразлагающий элемент, установленный в апертуре источника света через дополнительный конденсор с возможностьюфиксируемого углового поворота, система целевых диафрагм и поворотныхзеркал, расположенных между спектроразлагающим элементом и матовым экраном,2. Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что отверстияв непрозрачном трафарете и диафрагмевыполнены в форме эллипсов и прямоугольников с различным соотношениемосей и сторон.3, Устройство по пп. 1 и 2, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что зеркало и диафрагма укреплены на пластинах из ферромагнитного материала, установленных на магнитах с возможностью скольжения по их поверхности.4. Устройство по пп. 1 и 2, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что диафрагма выполнена из Ферромагнитногоматериала и установйеиа непосредственно на магнитах с воэможностьюскольжения по их поверхности.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 253408, кл. С 01 К 11/12, 1968,2. Авторское свидетельство СССР9 711382, кл С 01 К 11/12, 1977991192Фиг,1Составитель В. Голубевктор Н. Лазаренко Техред М.Коштура КорректорО Вила Заказ 111/56 Тираж 871 Подписи ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Рауыская наб., д. 4/5ППП фПатент", г. ужгород, ул. Проектная, 4или