Радіотепловий термометр

Радютепловий термометр, що містить рупорну антену, послідовно з'єднані балансний змішувач, підсилювач проміжної частоти, квадратичний детектор, підсилювач низької частоти, синхронний детектор і інтегратор, НВЧ гетеродин, перший вентиль, вихід якого з'єднаний з другим входом балансного змішувача і цифровий вольтметр, підключений до виходу інтегратора, який відрізняється тим, що в нього введені послідовно з'єднані НВЧ переривник-відбивач, тривходовий циркулятор і загороджувальний фільтр, вихід якого з'єднаний з входом балансного змішувача, а вхід НВЧ переривника-відбивача підключений до виходу рупорної антени, другий вентиль і двоплечий подільник потужності, вхід якого з'єднаний з виходом НВЧ гетеродина, вихід першого плеча з'єднаний з входом першого вентиля, вихід другого плеча з'єднаний з входом другого вентиля, послідовно з'єднані генератор проміжної частоти, керований атенюатор, амплітудний модулятор і третій вентиль, вихід якого з'єднаний з третім входом тривходового циркулятора, другий вхід керованого атенюатора з'єднаний з виходом інтегратора, а другий вхід амплітудного модулятора з'єднаний з виходом другого вентиля, генератор низької частоти, вихід якого з'єднаний з другим входом НВЧ переривника-відбивача і другим входом синхронного детектора О Винахід стосується термометрів, які використовують залежність інтенсивності шумового радіовипромінювання від температури, і може бути використаний для дистанційного виміру температури труднодоступних об'єктів, таких як ядерні реактори, печі металургійного і реактори ХІМІЧНОГО виробництв, ротори генераторів, тягових двигунів і т п Кожне нагріте тіло випромінює електромагнітні, хвилі в широкому діапазоні довжин хвиль Найбільша інтенсивність випромінювання співпадає з інфрачервоним діапазоном довжин хвиль(ІЧ) Однак ІЧ випромінювання екранується, як правило, елементами конструкції контрольованого об'єкту Але, в багатьох випадках, конструктивні елементи з цегли, кераміки і інших теплоізолюючих матеріалів радюпрозорі для випромінювання більш довгих хвиль, ніж ІЧ, наприклад для надвисоких частот(НВЧ) Випромінювальна здатність нагрітих тіл в діапазоні НВЧ радюхвиль(1 - 300ГГЦ) підкоряється закону Релея-Джинса В= 2f 2 ktp Де f - частота, k - постійна Больцмана, Т - температура, 3 - коефіцієнт випромшення(сірості), с І> швидкість світла в вакуумі З цього закону випливає, що чим вище частота, тим більше випромінювальна здатність нагрітого тіла Тому на НВЧ найбільш прийнятним діапазоном довжин хвиль є міліметровий(30 - 300ГГЦ) діапазон, в якому більшість діелектричних матеріалів є радюпрозорими За своїм характером радютеплове випромінювання є шумовим і по структурі не відрізняється від теплових шумів в провіднику Відомий радютепловий термометр [див Викторов В А , Лункин Б В , Совлуков А С Радиоволновые измерения параметров технологических процессов - М Энергоатомиздат, 1989, С 196 197], що містить рупорну антену, встановлену в циліндрі, який обертається, виконаному з радюпрозорого матеріалу, і радіоприймача, що включає змішувач з гетеродином, підсилювач проміжної частоти і квадратичний детектор, до виходу якого ю (О ю 52659 підключений індикатор тектор, підсилювач низької частоти, синхронний Принцип дії радютеплового термометра оснодетектор і інтегратор, НВЧ гетеродин, перший венваний на реєстрації електромагнітної енергії, що тиль, вихід якого з'єднаний з другим входом балавипромінюється контрольованим об'єктом в діапансного змішувача, і цифровий вольтметр, підклюзоні міліметрових хвиль Величина випромінювачений до виходу інтегратора, згідно винаходу ної енергії у ВІДПОВІДНОСТІ з формулою Планка введені послідовно з'єднані НВЧ переривачпропорційна температурі об'єкту в широкому темвідбивач, трьохвходовий циркулятор і загороджупературному діапазоні Тому шкала індикатора вальний фільтр, вихід якого з'єднаний з входом градуюється безпосередньо в градусах по значенбалансного змішувача, а вхід НВЧ переривачаню продетектованого сигналу на виході квадративідбивача підключений до виходу рупорної антени, чного детектора, пропорційного потужності НВЧ другий вентиль і двоплечний подільник потужності, сигналу, що приймається Однак нижня межа повхід якого з'єднаний з виходом НВЧ гетеродина, тужності сигналу, що приймається, обмежена повихід першого плеча з'єднаний з входом першого тужністю шумів гетеродину і змішувача Тому чутвентиля, вихід другого плеча з'єднаний з входом ливість і точність такого термометра обмежена і другого вентиля, послідовно з'єднані генератор знаходиться в межах 2 - 3°С в температурному проміжної частоти, керований атенюатор, амплітудіапазоні до 2000°С дний модулятор і третій вентиль, вихід якого з'єднаний з третім входом трьохвходового циркуВідомий також радютепловий термометр [див лятора, другий вхід керованого атенюатора з'єдСаватеев А В , Шумовая термометрия Л Энернаний з виходом інтегратора, а другий вхід амплігоатомиздат, Ленинградское отделение, 1987, С тудного модулятора з'єднаний з виходом другого 69 - 70], який включає рупорну антену, послідовно вентиля, генератор низької частоти, вихід якого з'єднані балансний змішувач, підсилювач з'єднаний з другим входом НВЧ переривачапроміжної частоти, квадратичний детектор, підсивідбивача і другим входом синхронного детектора лювач низької частоти, синхронний детектор і інтегратор, НВЧ гетеродин, перший вентиль, вихід Саме введення в схему термометра НВЧ пеякого з'єднаний з другим входом балансного зміреривача-відбивача, трьохвходового циркулятора і шувача і цифровой вольтметр, підключений до загороджуючого фільтру між рупорною антенною і виходу інтегратора Крім того відомий радютеплобалансним змішувачем, підключення до третього вий термометр містить послідовно з'єднані хвилевходу трьох входового циркулятора амплітудного водний графітовий датчик і мікрохвильовий перемодулятора, входи якого підключені з одного боку микач, виконаний у вигляді хвилеводного сегменту до генератора проміжної частоти, через що кероз пазом, в якому обертається диск, половина диску ваний атенюатор управляється його вихідним сигзаповнена абсорбційним матеріалом і слугує дженалом, з іншого боку до НВЧ генератора через релом теплового шуму при кімнатній температурі, подільник потужності, а також управління НВЧ пеіндуктивний датчик частоти обертання диску мікреривача-відбивача і синхронного детектора від рохвильового перемикача і формувач опорної нагенератора низької частоти, забезпечують виклюпруги, вхід якого з'єднаний з виходом індуктивного чення впливу нестабільності параметрів підсилюдатчика, а вихід з'єднаний з керуючим входом синвально-перетворювального тракта термометра на хронного детектора результат виміру, а також впливу нестабільності коефіцієнта випромінювальної здатності об'єкту на Шумові сигнали від навантаженого хвилеводу і температуру, яка вимірюється, що дозволяє підабсорбційного матеріалу диску почергово перевищити чутливість термометра до температури і творюються, і посилюються одноканальним модузнизити похибку вимірів ляційним трактом, де власні шуми тракта виключаються з результату виміру Однак нестійкість і флюктуаційна нестабільність параметрів одноканального тракта не дозволяють знизити похибку вимірів менш 1 - 2% Джерелом ще однієї складової похибки виміру є ступінь сірості об'єкту випромінювання ркоефіцієнт випромшення, який, як правило, невідомий Оскільки [3 міняється в широких межах(від 0 3 до 0 95), то виникає велика методична похибка В основу винаходу покладена задача створення такого радютеплового термометра, в якому шляхом введення нових елементів і зв'язків ВИКЛЮЧИВСЯ вплив нестабільності параметрів підсилювально - перетворювального тракту термометра і коефіцієнта випромінювання на результат виміру температури, завдяки чому підвищиться чутливість термометра до температури і знизиться похибка вимірів Поставлена задача вирішується там, що в радютепловий термометр, що містить, рупорну антену, послідовно з'єднані балансний змішувач, підсилювач проміжної частоти, квадратичний де На фіг 1 подана функціональна блок-схема радютеплового термометра, на фіг 2 - спектри перетворення Термометр містить послідовно з'єднані рупорну антену 1, НВЧ переривач-відбивач 2, трьохвходовий циркулятор 3, загороджувальний фільтр 4, балансний змішувач 5, підсилювач проміжної частоти 6, квадратичний детектор 7, вибірний підсилювач 8 низької частоти, синхронний детектор 9 і інтегратор 10, послідовно з'єднані генератор 11 проміжної частоти, керований атенюатор 12, другий вхід якого підключений до виходу інтегратора 10, амплітудний модулятор 13 і третій вентиль 14, з'єднані виходом з третім входом циркулятора З, НВЧ гетеродин 15, підключений через двоплечний подільник потужності 16, перший вентиль 17 і другий вентиль 18, до другого входу балансного змішувача 5 і амплітудного модулятора 13, генератор 19 ВІДПОВІДНО низької частоти, підключений до других входів НВЧ переривача-відбивача 2 і синхронного детектора 9, і цифровий вольтметр 20, підключений також до виходу інтегратора 10 Позицією 21 позначений об'єкт контролю 52659 Радютепловий термометр працює таким чином Рупорною антеною 1(фіг1) приймається широкосмуговий(шумовий) сигнал НВЧ діапазону хвиль в смузі Д ш ( ф і г 2 , а), Ширина смуги сигналу, що приймається, визначається смугою пропускання антени і інших перетворювальних елементів тракту надвисоких частот У відкритому стані НВЧ переривача-відбивача 2(фіг 1) шумовий сигнал проходить крізь циркулятор 3, загороджувальний фільтр 4, частота подавления якого вибрана рівній частоті ш г (фіг2,б) НВЧ гетеродина 15, і поступає на вхід балансного змішувача 5 В балансному змішувачі відбувається змішування прийнятого широкосмугового сигналу з монохроматичним сигналом НВЧ гетеродина ш, в результаті якого утворяться сигнали різностноі(проміжноі) частоти ш р В смугу пропускання Д ш р ( ф і г 2 , в) підсилювача проміжної частоти 6(фіг1) попадуть перетворені по частоті спектральні складові радютеплового випромінювання, що відстоять від частоти гетеродину ш г на значення проміжної частоти ш р (фіг 2, б) В смугу прийому радютеплового випромінювання на третій вхід циркулятрра 3 надходить сигнал НВЧ гетеродину 15, модульований по амплітуді в модуляторі 13 сигналом генератора 11 проміжної частоти Модульований сигнал проходить крізь відкритий переривач-відбивач 2 і випромінюється рупорною антеною 1 в напрямку об'єкту, що досліджується 21 Якщо об'єкт не має властивостей абсолютно чорного тіла(р 0 V 3 V 2 f + (k 0 V 3 V 2 ) 2 ) + V6 (t) (7) Де Si - крутизна частотного перетворення, Кі - коефіцієнт підсилення підсилювача проміжної частоти, [З - коефіцієнт випромінювання(сірості) об'єкту, ко - коефіцієнт пропорційності, Де a = 0,5S 1 2 S 2 k 1 k 2 k3- результуючий коефіцієнт перетворення підсилювальноперетворювального тракту, Кз - коефіцієнт випрямлення синхронного детектора, Ve(t) -напруга шумової складової )2 = S,k,{(|W,V2 )2 + [1 - p)k0fV3 V2f +f (V4 V2 ( } V] 2 - амплітуда радютеплового випроміню вання в смузі перетворення, V2 - амплітуда напруга НВЧ гетеродину, Уз - амплітуда напруги гетеродину проміжної частоти, V4 - амплітуда власних шумів в смузі пере творення НВЧ переривач-відбивач 2, коли закритий, працює по принципу повного відбивання НВЧ сигналу Тому в інтервалі часу відбивання радютеплового випромінювання на балансний змішувач 5 надходить модульований сигнал НВЧ гетеродину, що через циркулятор 3 падає на закритий перери Випрямлена напруга ІЦ з низькочастотними шумами V6(t) заряджає інтегратор 10 При достатньо великій ПОСТІЙНІЙ часу т штегратора(т = 2 5 с е к ) шумова напруга усереднюєтся(\/б(1) = 0), а вихідна напруга зростає і збільшує коефіцієнт передачі Ко атенюатора 12 Із зростанням Ко постійна складова напруга (7) прямує до нуля, бо радютеплове випромінювання компенсується сигналом бокових частот При нульовому значенні випрямленої напруги заряд інтегратора 10 припиняється, а його вихідна напруга утримує значення Ко, при якому ViV 2 ) 2 + [(i-p)