Телевізійний прилад для контролю низькотемпературних полів

Телевізійний прилад для контролю низькотемпературних полів, що містить розташовані на одній оптичній осі з досліджуваним об'єктом блок фільтрів і передавальну телевізійну трубку з піроелектричною мішенню, вихід якої з'єднаний з входом обчислювального пристрою, до першого виходу якого підключений перший вхід змішувача сигналів, вихід якого з єднаний з входом відеоконтрольного пристрою, а також приймач видимого діапазону, розташований на одній оптичній осі з досліджуваним об'єктом, вихід якого з'єднаний з другим входом змішувача сигналів, який відрізняється тим, що він додатково обладнаний коливальним дзеркалом, розташованим на оптичній осі між досліджуваним об'єктом і блоком фільтрів, сервоприводом, механічно з'єднаним з коливальним дзеркалом, і вимірювачем швидкості переміщення зображення, вхід якого підключений до виходу приймача видимого діапазону, а вихід - до керуючого входу сервоприводу, при цьому другий вихід обчислювального пристрою підключений до керуючого входу блока фільтрів Винахід відноситься до області тепловізійної техніки і може бути використаний для аналізу температурних полів об'єктів Відомий пристрій для контролю температурних полів об'єктів, що містить передавальну трубку, оптично зв'язану з досліджуваним об'єктом, розташованим на тримачі, і блок формування відеосигналу, вхід якого з'єднаний з виходом передавальної телевізійної трубки, а вихід - з індикатором (див А С №786062, СРСР, МКИ H04N 5/33,1978р) Пристрій працює наступним чином Випромінювання від досліджуваного об'єкта попадає на вхід передавальної телевізійної трубки, з виходу якої сигнал надходить на вхід блоку формування відеосигналу і далі на індикатор Недоліком пристрою є обмеженість діапазону температурної чутливості внаслідок того, що спектральна чутливість застосованих телевізійних передавальних трубок обмежена в діапазоні частини спектра областю 1-2мкм ВІДПОВІДНО ДО закону Планка пристрій у цілому буде чутливий до випромінювання об'єктів з температурою не менш 400К (тобто не менш 120-130°С) Цей результат випливає з того, що гранична чутливість передавальних телевізійних трубок 10-5лк (приблизно 10-12Вт/см ), таку ЩІЛЬНІСТЬ випромшення на довжині хвилі 1-2мкм забезпечить об'єкт, температура якого вище 120°С Отже, таким пристроєм неможливо виконувати детальний аналіз температурних полів, що мають ділянки з температурою менш 120°С Варто також мати на увазі, що навіть у робочій області чутливість передавальних телевізійних трубок неоднакова до випромшення з різними довжинами хвиль Відомий пристрій для контролю температурних полів об'єктів, що містить передавальну тепловізійну трубку з піроелектричною мішенню (піровідікон), переривач променевого потоку, розташований поблизу фокальної площини оптичної системи, блок формування відеосигналу, вхід якого з'єднаний з виходом передавальної трубки, а вихід - з індикатором (див заява №2233705, Франція, МКИ H04N5/33,1975p) Пристрій працює наступним чином Система формує теплове зображення нерухомого об'єкта на мішені піровідікону Тепловий рельєф на мішені перетворюється в потенційний І зчитується електронним променем Піровідікон не реагує на стаціонарне теплове поле, тому в пристрій о ю ю 55024 уведений переривач променевого потоку, що періодично перекриває падаючий на мішень потік, модулюючи його в часі Сигнал з входу піровід ікону надходить на блок формування відеосигналу і далі на індикатор Пристрій чутливий у широкому спектральному діапазоні, тому що піровідікон має практично постійну чутливість у діапазоні від 1 мкм до 40мкм Недоліком пристрою є низька чутливість Цей недолік обумовлений трьома факторами Поперше, необхідністю переривання променевого потоку, що падає на мішень По-друге, тим, що при закриванні і відкриванні променевого потоку в точці падіння проміння на мішень генеруються заряди протилежних знаків (позитивні - при відкриванні, негативні - при закриванні) По-третє, тим, що за один прохід електронного пучка, що зчитує, утворений на мішені заряд зчитується на цілком, деяка частина заряду залишається незчитаною Отже, незчитаний заряд попереднього кадру віднімається від заряду наступного за ним кадру, оскільки знаки піроелектричених зарядів послідовних кадрів протилежні за знаком Іншими словами, деяка частина інформації про температурне поле, що несе падаючий на мішень променевий потік, принципово губиться Внаслідок цього знижується чутливість пристрою для контролю температурних полів об'єктів Як прототип обраний телевізійний прилад для контролю низькотемпературних полів, що містить розташовані на одній оптичній осі блок фільтрів і передавальну телевізійну трубку з піроелектричною мішенню, до виходу якої підключені послідовно обчислювальний пристрій, змішувач сигналів і відеоконтрольний пристрій, а також приймач видимого діапазону, вихід якого підключений до другого входу змішувача сигналів (див, патент №4365307, США, МКИ G017 5/18,1982р) Прилад працює наступним чином Оператор наводить прилад на досліджуваний об'єкт по видимому на екрані відеоконтрольного пристрою зображенню, що створюється приймачем видимого діапазону Так як оптичні осі обох приймальних каналів погоджені, то на вході передавальної телевізійної трубки з піроелектричною мішенню буде сформований тепловий рельєф розглянутої картини Далі оператор установлює по черзі перший, потім другий фільтри, виділяючи таким способом два різні спектральні компоненти з потоку випромшення досліджуваного об'єкта Тепловий рельєф, утворений на піроелектричній мішені, перетворюється в потенційний і зчитується електронним променем ВІДПОВІДНО, у першому циклі вимірів (з першим фільтром) сигнал від кожної точки зображення об'єкта пропорційний спектральній інтенсивності сполученої ділянки об'єкта У циклі вимірів із другим фільтром сигнал від цієї ж точки пропорційний інтенсивності випромшення розглянутої ділянки об'єкта в спектральному діапазоні, визначеному смугою пропускання другого фільтра Вихід передавальної телевізійної трубки з'єднаний з входом обчислювального пристрою, у якому обчислюється відношення сигналів від однієї і тієї ж точки, отримане при різних орієнтирах Величина цього відношення визначає температуру в даній точці Недоліком даного приладу є падіння чутливості при відхиленні швидкості руху об'єкта по мішені передавальної телевізійної трубки на піровід ІКОНІ від оптимальної (\/о=2мм/сек), що обумовлено фізичними властивостями піровідікону, а також мала точність визначення температури, обумовлена великим інтервалом часу, затраченим на зміну фільтрів оператором, протягом якого розподіл температури чи умови виміру можуть змінитися Задачею пропонованого винаходу є підвищення чутливості і точності приладу шляхом введення від'ємного зворотнього зв'язку, що дозволяє автоматично регулювати швидкість переміщення зображення по мішені піровідікону і наближати и до оптимальної, за рахунок чого досягається максимальна величина вихідного сигналу з піровід ікона, а також автоматизація процесу зміни фільтрів, за рахунок чого час, затрачуваний на цей процес, зменшується настільки, що ні розподіл температури, ні умови виміру не встигають істотно змінитися Конструктивно це досягається включенням у схему коливального дзеркала, керованого сервоприводом, вимірювача швидкості переміщення зображення, введенням в обчислювальний пристрій додаткової функції видачі сигналу зміни фільтрів і включенням до блоку фільтрів мікродвигуна, що переміняє фільтри Поставлена задача вирішується тим, що в телевізійний прилад для аналізу низькотемпературних полів, що містить розташовані на одній оптичній осі з досліджуваним об'єктом блок фільтрів і передавальну телевізійну трубку з піроелектричною мішенню, вихід якої з'єднаний із входом обчислювального пристрою, до виходу якого підключений перший вхід змішувача сигналів, вихід якого з'єднаний з входом відеоконтрольного пристрою, а також приймач видимого діапазону на одній оптичній осі з досліджуваним об'єктом, вихід якого з'єднаний з другим входом змішувача сигналів, введені додаткові пристрої і зв'язки ВІДПОВІДНО ДО винаходу, у нього введено коливальне дзеркало, розташоване на оптичній осі між досліджуваним об'єктом і блоком фільтрів, механічно з'єднане з сервоприводом, керуючим входом якого є вихід вимірювача швидкості переміщення зображення, вхід якого підключений до виходу приймача видимого діапазону, крім того, другий вихід обчислювального пристрою підключен до керуючого входу блоку фільтрів Функціональна схема пропонованого винаходу приведена на фіг Функціональна схема вимірювача швидкості переміщення зображення 6 приведена на фіг 2 Функціональна схема обчислювального пристрою приведена на фіг З Прилад містить приймач видимого діапазону 5 на одній оптичній осі з досліджуваним об'єктом, вихід якого є одночасно другим входом змішувача сигналів 8 і входом вимірювача швидкості 6, вихід 55024 якого служить керуючим входом для сервоприводу 7, механічно з'єднаного з плоским дзеркалом 1, що знаходиться на оптичній осі міждосліджуваним об'єктом і блоком фільтрів 2, що знаходиться на одній оптичній осі з передавальною телевізійною трубкою з піроелектриченою мішенню 3, вихід якої пов'язан зі входом обчислювального пристрою 4, один вихід якого підключений до блоку фільтрів 2, а другий - до змішувача сигналів 8, вихід якого з'єднаний із входом відеоконтрольного пристрою 9 Вимірювач швидкості переміщення зображення складається з запам'ятовуючого блоку 10, на вхід якого подається вихідний сигнал із блоку 5, а вихід служить першим входом блоку кореляції 11, на другий вхід якого подається вхідний сигнал, а перший вихід з'єднаний з першим входом, другий вихід - з другим входом блоку порівняння 12, перший вихід якого підключений до першого входу, а другий вихід - до другого входу блоку різниці 13,3 виходу якого вихідний сигнал подається на сервопривід 7 Обчислювальний пристрій складається з запам'ятовуючого блоку 14, на вхід якого подається вихідний сигнал із блоку 3, з першого виходу якого подається другий вихідний сигнал зміни фільтрів на блок фільтрів 2, а другий вихід пов'язан з першим входом логарифмічного блоку 15, на другий вхід якого подається вхідний сигнал, а вихід підключений до входу арифметичного блоку 16, до якого подаються сигнали на три задаючих входи, і з виходу якого знімається перший вихідний сигнал, що надходить на змішувач сигналів 8 Пропонований прилад працює наступним чином Оператор наводить прилад на досліджуваний об'єкт по видимому на екрані відеоконтрольного пристрою 9 зображенню, що створюється приймачем видимого діапазону 5 Як приймач видимого діапазону 5 може бути використаний звичайний ВІДІКОН чи фоточутлива ПЗЗ-матриця Так як оптичні осі обох приймачів погоджені, а поля зору однакові, то на вході передавальної телевізійної трубки з піроелектричною мішенню 3 буде сформований тепловий рельєф картини, що спостерігається, швидкість переміщення якого по піроелектричній мішені буде дорівнювати швидкості переміщення зображення по чутливому елементу приймача видимого діапазону Протягом перших двох кадрів у вимірювачі швидкості переміщення зображення 6 вимірюється швидкість переміщення досліджуваного об'єкта Якщо вона спостерігається на дальності 1, а відносна швидкість об'єкта і приладу V, то зображення об'єкта переміщується по мішені піроелектричного відікону зі швидкістю VM=V(f'/1), де f - фокусна відстань об'єктива Якщо \/м=2мм/сек, вихідний сигнал передавальної телевізійної трубки буде мати значення, яке може бути істотно менше максимального Оптимальна у розумінні величини відеосигналу швидкість переміщення зображення по мішені трубки забезпечується за допомогою плоского коливального дзеркала 1 Швидкість повороту дзеркала є функцією від різниці (VM-VO), де \/о=2мм/сек Вимірювач швидкості переміщення зображення 6 визначає зміщення зображення об'єкта а від початкового положення за якийсь час, наприклад, за час кадру х, і виробляє сигнал, пропорційний різниці (VM-VO), при цьому сигнал УМ=(У/Х, а Уо=2мм/сек Величина зміщення знаходиться шляхом визначення максимального значення функції кореляції між сигналом з будьякого рядка першого кадру, наприклад, n-ого, і сигналами (п+1)-ого, (п+2)-ого і т д рядків другого кадру З виходу вимірювача швидкості переміщення зображення 6 сигнал, пропорційний різниці (VM-VO), надходить на сервопривід 7 У залежності від знака різниці (VM-VO) коливання дзеркала буде або зменшувати, або збільшувати швидкість переміщення зображення, доводячи її до оптимального значення Уо=2мм/сек В окремому випадку, при таких параметрах відносного руху об'єкта і приладу, коли VM=VO, дзеркало буде нерухомим Таким чином, у пропонованому приладі зображення об'єкта буде переміщатися по піроелектричній мішені зі швидкістю Vo, при якій видеосигнал максимальний для даних умов спостереження, тобто забезпечений максимум чутливості У вихідному стані інфрачервоне випромінювання від досліджуваного об'єкта проходить через один з фільтрів блоку фільтрів 2 і попадає на піроелектричну мішень трубки З Протягом перших двох кадрів з початку спостереження, поки йде вимір величини VM, трубка 3 замкнена У третьому кадрі з виходу трубки сигнал надходить на вхід обчислювального пристрою 4 Цей сигнал у кожній точці сформованого зображення пропорційний інтенсивності випромшення об'єкта в спектральному діапазоні, визначеному першим фільтром По закінченні кадру з другого виходу обчислювального пристрою 4 у блок фільтрів 2 надходить сигнал, ВІДПОВІДНО ДО ЯКОГО відбувається зміна фільтра Блок фільтрів 2 складається з обертаючогося диска з секторним розташуванням фільтрів і електродвигуна, що приводить диск в обертання Сигнал надходить на електродвигун, що провертає диск у положення, при якому випромшення проходить через другий фільтр Наступний кадр, сформований із другим фільтром, надходить в обчислювальний пристрій, де і визначається відношення першого і другого сигналів для кожної точки зображення Розрахунок температури в обчислювальному пристрої 4 виконується за формулою -И Inє(А, 2і Т) С 1 І2 де Я1 і %2 - довжини хвиль при ВІДПОВІДНИХ . фільтрах, s(A,i, T), s(A,2, T) - освітленості при ВІДПОВІДНИХ 55024 довжинах хвиль, Тк - температура спеїсгрального відношення, 4 С2=1 44 10 мкм К Точність визначення відношення сигналів, а значить, і точність визначення розподілу температури в пропонованому пристрої підвищується за рахунок автоматизації процесу зміни фільтрів, тобто зменшення часу, затраченого на вимір Протягом такого малого часу (одиниці кадрів, тобто десяті долі секунди) ні розподіл температури, ні умови виміру істотно не 6.1QK фільтрів У 8 МІНЯЮТЬСЯ З першого виходу обчислювального пристрою 4 сигнал про розподіл температури надходить на перший вхід змішувача 8, на другий вхід якого подається сигнал із приймача видимого діапазону 5 Отриманий сумарний сигнал надходить на вхід відеоконтрольного пристрою 9, на екрані якого можна спостерігати зображення досліджуваного об'єкта і розподіл температури в графічному або в цифровому вигляді ГПТ на пфовідіконі обчислювальний пристрій об'єкт вимірювач швидкості переміщення зображення ФІГ.1 запоьі'ятовуючий блок 10 ВІД блок)' 5 Чі-І-І и до блоку? . N1 2 блок кореляції \ \ олоьс. Різниці \ Фіг.2 залом ятовуючш бл№ сигнал зміни фільтрів до блоку 2 14 від блоку 3 аг Хг X IS гарифига тор\ и І, і; / арифметичний блок Фіг.З Підписано до друку 03 04 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24