Спосіб визначення колірної температури тіл за допомогою цифрової зйомки

Спосіб визначення температури тіл за допомогою цифрової зйомки, що включає визначення інтенсивності випромінювання тіл за допомогою матриці датчиків випромінювання, наприклад мат 3 світлофільтр) вибирають такі ж, що і при вимірах. Отримані значення колірних компонентів (виміряні відеокамерою) і температури (виміряні термопарою) приймають за еталонні. Це дозволяє робити безконтактний безперервний вимір температури нагрітих тіл одночасно по всій поверхні з високою роздільною здатністю. Одним з недоліків даного способу є зниження точності визначення температури, в порівнянні з теоретично можливою, унаслідок широкого діапазону пропускання кольорових фільтрів, нанесених на матрицю приладів з зарядовим зв’язком (ПЗЗ) фотоапаратів, що приводить до попадання на кожен елемент матриці в тій або іншій мірі всіх складових спектру випромінювання тіла. Але визначення у всьому діапазоні довжин хвиль всіх функцій, що входять в вираження, по яким роблять розрахунок температури, вельми складне завдання. Іншим недоліком є необхідність вживання термопар, що не завжди можливо, оскільки тіло може рухатися, може знаходитися на великій відстані або мати таку високу температуру, при якій існуючі термопари не працюють (більше 2000 К). Крім того, до недоліків слід віднести і обмеженість вимірів інтенсивності випромінювання трьома ділянками спектру, що не дає можливості застосовувати досконаліші методи багатоколірної пірометрії. Завданнями корисної моделі є підвищення точності визначення температури і створення можливості працювати з числом діапазонів випромінювання більше трьох (це дає змогу використовувати сучасні способи багатоколірної пірометрії з практично будь-яким числом кольорів), а також можливість виміру колірної температури без необхідності використання термопар. Поставлені завдання вирішуються за рахунок визначення колірної температури тіл за допомогою цифрової зйомки, то включає визначення інтенсивності випромінювання тіл за допомогою матриці датчиків випромінювання, наприклад матриці ПЗЗ цифрового фотоапарата, який відрізняється тим, що випромінювання тіл за допомогою додаткових інтеренференційних фільтрів і системи дзеркал, і/або призм, фіксують на одній матриці в декількох ділянках спектру шляхом накладення зображень в них (для багатоколірних матриць) або шляхом формування зображення в кожній ділянці спектру на виділеній ділянці матриці датчиків, а температуру обчислюють згідно вибраного відомого багатоколірного способу (Олєйник Б.Н. Лаздин С.И., Жагуло О.М. Приборы и методы температурных измерений. - М: Изд-во стандартов. 1987. - 216 с). Суть запропонованого способу, деякі варіанти отримання зображення в котрому відображені на Фіг.1, 2, 3, полягає в наступному. Визначають лінійну область роботи матриці датчиків, при цьому строять залежність відцифрованої яскравості від експозиції матриці, далі працюють з експозиціями, що знаходяться в лінійній області. Відомим способом визначають функцію пропускання фільтрів, вбудованих в матрицю, від довжини хвилі, для чого знімають суцільний спектр випромінювання і відцифровують яскравість зображення спектру. Далі випромінювання від тіла 1 пропускають через вузькосмугові світлофільтри 2 і через систему на 51578 4 півпрозорих дзеркал 3 і дзеркал 4. Фіг.1, або вузькосмугові світлофільтри 2 і призми 5, Фіг.2. наприклад в призми, що випускається як насадка для фотоапаратів. Такі насадки можуть мати велику кількість граней, формуючи при цьому відповідну кількість зображень, наприклад насадка Marumi Мультипризма 3-секційна (Triangle) 58 мм. Випромінювання від тіла 1 може також проходити через дзеркала 3, 4. а потім призму 5. Фіг.3. При цьому зображення направляють на поверхню матриці датчиків, наприклад цифрового фотоапарата 6, поєднують зображення в різних ділянках спектру (для багатоколірних матриць датчиків) або формують зображення на різних ділянках матриці (для всіх типів матриць датчиків). Потім відцифровують зображення у відповідному програмному продукті (Mathlab, Analizator і ін.) і порівнюють яскравості зображень вибраного елементу поверхні тіла (або окремої частки) в діапазонах довжин хвиль, що пропускаються використовуваними світлофільтрами. Шляхом вживання законів випромінювання (закони Планка, Віна) і будь-якого з сучасних багатоколірних методів визначення температури з отриманих відношень яскравостей обчислюють температуру вибраного елементу тіла (або окремої частки), при цьому використовують отримані залежності пропускання всіх світлофільтрів від довжини хвилі. Помилку визначення температури обчислюють відповідно вибраному методу. Якщо використовують цифровий фотоапарат, то вибирають такий, який підтримує файли RAW, що дає можливість знімати не спотворюючи інформацію про яскравість. Практичною перевагою пропонованої корисної моделі перед прототипом є відсутність необхідності вживання термопар, збільшення точності визначення температури тіл за рахунок визначення температури по відомим багатокольоровим методам (Олейник Б.Н.. Лаздин С.И.. Жагуло О.М. Приборы и методы температурных измерений.М.: Изд-во стандартов. 1987. - 216 с). Перевагами також є розширення діапазону вимірюваних температур з ~ 2000 К (температури, яка обмежується допустимою температурою роботи термопар) до ~ 6000 К (температури, яка обмежується температурами розкладу або кипіння відомих речовин) та незалежність від коефіцієнта сірості, яка характерна для багатокольорових методів вимірювання температури. Можливість здійснення винаходу, що заявляється, показано наступними прикладами. Приклад 1. Запропонованим способом була визначена температура кінця дроту з вольфраму марки ВА (температура плавлення 3683 К), який нагрівали в дузі (методом, описаним в Семенов К. I. «Роль скін - і пінч - ефектів при генерації часток металів в імпульсній дузі». Фізика аеродисперсних систем. 2004. Вип. 41. C.334-348.). Був вибраний двоколірний метод. Використовувався цифровий фотоапарат Olympus SP-565UZ. Була визначена лінійна область експозицій по відомій методиці (Ракчєєва Л.П. «Вимір температури нагрітих тіл з високим просторовим дозволом за допомогою цифрового фотоапарата». http://ckp.lab2.phys.spbu.ru). Перед 5 51578 об'єктивом фотоапарата розташували призматичну насадку Marumi Мультипризма 3-секционная (Triangle) 58 мм, яка дала два ідентичні зображення на двох половинах матриці ПЗС фотоапарата. Перед кожною призмою насадки розташували вузькосмугові інтерференційні світлофільтри з центрами смуг пропускання 546 нм і 780 нм. Заздалегідь був знятий спектр випромінювання світловимірювальної робочої широкодіапазонної температурної лампи СИРШ. Зображення спектру було відцифровано в пакеті Mathlab, після чого були побудовані залежності пропускання через світлофільтрі фотоапарата і інтерференційні світлофільтри від довжини хвилі. Розрахунок температури зробили за формулою для розрахунку температури двокольоровим методом (Температурные измерения. Справочник/ Геращенко О.А., Гордов А.Н.. Еремина А.К. и др.; Отв. ред. Геращенко О.А.; АН УССР. Ин-т проблем энергосбережения. - Киев: Наук, думка. 1989. - 704 с.) A1 A2 M , T1 f1 f2 d M , T2 f3 f4 d 0 0 де: A1, A 2 - відцифровані яскравості СИРШ і кінця дроту відповідно; M , T1 і M , T2 Комп’ютерна верстка В. Мацело 6 ральний розподіл інтенсивності випромінювання абсолютно чорного тіла (формула Планка) з температурами T1 і T2 ; f - пропускання світлофільтрів, світлофільтри ПЗС - індекси 1, 3, світлофільтри інтерференційні - індекси 2, 4. Зміряна температура правління вольфраму виявилася рівною 3690,4 К. Похибка зіставила 0,3 %. яка менше ніж 2 % у відомого пірометра ЭОП-66, а по способу прототипу таку температуру змірити неможливо. Приклад 2 Було визначено розподіл температури по поверхні фольги вимірювальної температурної лампи СИРШ8,5. Використовувався цифровий фотоапарат Olympus SP-565UZ. Температура центральної частини поверхні вольфрамової фольги вимірювальної температурної лампи згідно градуюванню була 1560 К. Одночасно температура фольги була розрахована як в прикладі 1 і була визначена за допомогою пірометра ОППИР-09. Розбіжність температур для використаних методів склала не більш 2 К, що лежить в межах точності визначення температури пірометра ЭОП-66 (для якого точність зіставляє 0,2 % в межах 1173 К1673 К). Таким чином, цей спосіб є новим і придатним для застосування. - спект Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7 51578 8