Радіаційний пірометр

Винахід відноситься до пристроїв безконтактного вимірювання температури важкодоступних тіл чи середовищ по випромінюванню в широкому спектральному діапазоні довжин хвиль і може бути використаний в області вимірювальної техніки. Відомий радіаційний пірометр (див. А.с. СРСР №1584530, кл.G01J5/22, бюл. №34, 1995), що містить оптично зв'язані оптико-механічну систему і приймач випромінювання, вихід якого через підсилювач і синхронний детектор з'єднаний з регістратором, а також блок синхронізації, зв'язаний з оптико-механічною системою, і фазозсувну схему, ви хід якої приєднаний до управляючого входу синхронного детектора, а вихід - до першого виходу блока синхронізації, крім того радіометр містить опорний випромінювач, оптично спряжений з оптикомеханічною системою, і блок пошуку екстремуму, а фазозсувна схема виконана керуючою, при цьому вхід керування фазозсувної схеми з'єднаний з виходом блока пошуку екстремуму, вхід якого приєднаний до виходу синхронного детектора, а вхід керування - до другого ви ходу блоку син хронізації. Даному пристрою властива недостатня точність вимірювань температури, яка обумовлена тим, що фотоприймач має нелінійну, довгострокову і температурну нестабільність функції перетворення. Останнє обумовлює появу похибки нелінійної, адитивної і мультиплікативної складових систематичної похибки. До того ж, фотоприймач чутливий до впливу температури оточуючого середовища. Це призводить до появи додаткових похибок результату вимірювань. Термостатування фотоприймача і підсилювача тільки частково забезпечує зменшення згаданих похибок і потребує створення термостатів з похибкою термостатування не гірше, ніж ±0,1°К. Відомий радіаційний пірометр (див. патент України №18417 С1, кл. G01J5/12, бюл. №6, 1997), який містить пірометр повного випромінювання, до виходу якого підключений аналогово-цифровий перетворювач, кодові виходи якого з'єднані з шиною даних системи обробки з цифровим індикатором, напівпрозоре дзеркало, вбудований електронагрівач, нейтральний фільтр з пристроєм вводу-виводу фільтра, причому пристрій обладнано двома цифроаналоговими перетворювачами, вивід першого з них підключений до керуючого входу пристрою вводу-виводу фільтра, електроди нагрівача підключені до виходу другого цифроаналогового перетворювача, кодові входи цифроаналогових перетворювачів з'єднанні з системою обробки, напівпрозоре дзеркало, яке розміщене поза фокусуючою системою пірометра під кутом 45° до ортогональних потоків основного і додаткового теплових випромінювань пірометра, а фільтр, який водиться, розташований між дзеркалом і фотоприймачем пірометра. У відомому пристрою припускається, що фотоприймач має лінійну функцію перетворення (ФП), тоді як більшість фотоприймачів мають нелінійну ФП. Нелінійність ФП та нестабільність її параметрів приводить до появи нелінійної складової похибки результату вимірювання температури. В відомому пірометрі не вирішується задача корекції нелінійної складової похибки. Чутливість пірометра залежить тільки від чутливості фотоприймача. В цілому відомий радіаційний пірометр не забезпечує високу точність і чутливість вимірювання. Відомий також радіаційний пірометр (див. патент України №55947, кл. G01J5/08, бюл. №4, 2003), що містить оптично з'єднані між собою по основній оптичній осі заслінку, яка екранує потік випромінювання, перший скляний об'єктив, перший сірий клин, дзеркальну польову діафрагму, другий сірий клин, обтюраторний диск із синхронним двигуном, апертурну діафрагму, другий скляний об'єктив, світлофільтр, та канал візуалізації зображення об'єкта дослідження, який складається з третього скляного об'єктива та відбивного дзеркала, послідовно розташовані на додатковій оптичній осі параболічне дзеркало, додатковий світлофільтр, фокусуючу лінзу та світловипромінюючий діод, додатковий світловипромінюючий діод і фотоприймач-формувач синхроімпульсів, які розташовані по обидві сторони від обтюраторного диска, перший, другий, третій перетворювачі ”кодпереміщення”, МДМ-підсилювач, загальну шину, мікропроцесор з клавіатурою, регістр числа, цифровий відліковий пристрій, цифроаналоговий перетворювач, електронний стабілізатор температури, через загальну шину з'єднані між собою мікропроцесор з клавіатурою, регістр числа, цифровий відліковий пристрій, цифроаналоговий перетворювач та електронний стабілізатор температури, електронний стабілізатор температури має тепловий зв'язок з МДМ-підсилювачем, вхід син хронізації МДМ-підсилювача з'єднай з виходом фотоприймача-формувача синхроімпульсів, вихід цифроаналогового перетворювача підключений до світловипромінюючого діоду, заслінка, що екранує потік випромінювання, з'єднана з першим перетворювачем ”код-переміщення”, інформативні входи якого підключені до однойменних входів др угого та третього перетворювачів ”код-переміщення”, виходи яких механічно з'єднані відповідно з першим та другим сірими клинами, цифрові виходи а, b, с мікропроцесора підключені до об'єднаних між собою інформативних входів першого, другого і третього перетворювачів ”код-переміщення”, керуючі виходи f, d, е яких підключені до відповідних виходів регістра числа. Крім того, радіаційний пірометр містить підсилювач-формувач синхроімпульсів, фотодіод, деши фратор та аналого-цифровий перетворювач. Даному пірометру властива низька точність вимірювань температури в широкому її діапазоні, що обмежує область застосування пірометра. Це обумовлено обмеженим діапазоном довжин хвиль випромінювання, що поступає на фотодіод. Крім того, фотодіоди не призначені для вимірювання радіаційної температури. Використання аналого-цифрового перетворювача також обмежує точність та чутливість вимірювання по причині недостатньої розрядності. В основу винаходу покладена задача створити такий радіаційний пірометр, в якому введення нових елементів та їх зв'язків забезпечило б підвищення точності і чутливості вимірювання температури важкодоступних об'єктів в широкому діапазоні температур. Поставлена задача вирішується тим, що в радіаційному пірометрі, що містить оптично з'єднані між собою по одній оптичній осі заслінку, яка екранує потік випромінювання, перший скляний об'єктив, перший сірий клин, дзеркальну польову діафрагму, другий сірий клин, обтюраторний диск із синхронним двигуном, апертурну діафрагму, другий скляний об'єктив, перший світлофільтр, та канал візуалізації зображення об'єкта дослідження, який включає третій скляний об'єктив та відбивне дзеркало, послідовно розташовані на другій оптичній осі параболічне дзеркало, другий світлофільтр, фокусуючу лінзу та світловипромінюючий діод, додатковий світловипромінюючий діод і фотоприймач-формувач синхроімпульсів, які розташовані по обидві сторони від обтюраторного диска, перший, другий, третій перетворювачі ”код-переміщення”, МДМ-підсилювач (модулятордемодулятор), загальну шину, через яку з'єднані між собою мікропроцесор з клавіатурою, регістр числа, цифровий відліковий пристрій, цифроаналоговий перетворювач та електронний стабілізатор температури, при цьому електронний стабілізатор температури має тепловий зв'язок з МДМ-підсилювачем, вхід синхронізації МДМпідсилювача з'єднаний з виходом фотоприймача-формувача синхроімпульсів, вихід цифроаналогового перетворювача підключений до світловипромінюючого діоду, заслінка, яка екранує потік випромінювання, з'єднана з першим перетворювачем ”код-переміщення”, інформативні входи якого підключені до однойменних входів др угого та третього перетворювачів ”код-переміщення”, виходи яких механічно з'єднані відповідно з першим та другим сірими клинами, цифрові виходи а, b, с мікропроцесора підключені до об'єднаних між собою інформативних входів першого, другого і третього перетворювачів ”код-переміщення”, керуючі виходи f, d, е яких підключені до відповідних виходів регістра числа, згідно з винаходом, додатково введені болометр, фільтр нижніх частот, формувач імпульсів, змішувач часто т, генератор опорної частоти, генератор змінної частоти та термочутливий п'єзорезонаторний перетворювач, який включає п'єзорезонатор та нагрівальний елемент, підключений до виходу МДМ-підсилювача, п'єзорезонатор підключений до генератора змінної частоти, вихід якого з'єднаний з сигнальним входом змішувача частот, вхід керування останнього підключений до виходу генератора опорної частоти, а ви хід через послідовно з'єднані фільтр нижніх частот та формувач імпульсів підключений до аналогового входу мікропроцесора, болометр розташований по одній оптичній осі за світофільтром і підключений до входу МДМ-підсилювача. Введення в радіаційний пірометр болометра, термочутливого п'єзорезонаторного перетворювача, генератора змінної частоти, генератора опорної частоти, змішувача частот, фільтра нижніх частот та формувача імпульсів забезпечує виключення нелінійної, мультиплікативної і адитивної складової похибки вимірювань температури. Одержані результати проміжних вимірювань інтенсивності корегуючих потоків випромінювання разом зрезультатом вимірювання інтенсивності інформативного потоку випромінювання обчислюються за алгоритмом, який задає послідовність фактів вимірювання та враховує нелінійність ФП вимірювального каналу, що містить послідовно з'єднані болометр, МДМ-підсилювач, термочутливий п'єзорезонаторний перетворювач, генератора змінної частоти, генератора опорної частоти, змішувача частот, фільтра нижніх частот та формувач імпульсів. Це дає можливість лінеарізувати загальну функцію перетворення пірометра та визначити з високою точністю дійсне значення температури. За рахунок використання потрійного перетворення променевої енергії у частоту електричних сигналів генератора стало можливим підвищення чутливості радіаційного пірометра за рахунок усереднення дії випадкових завад та шумів. Використання теплочутливого п'єзорезонаторного перетворювача, який має високу чутливість перетворення теплової енергії в частоту (на частоті 20 МГц основної гармоніки п'єзоелемента Y-зрізу чутливість дорівнює 18 кГц/°С), разом з болометром забезпечують загальне підвищення чутливості більш ніж на порядок. На кресленні показана структурна комбінована схема радіаційного пірометра. Вздовж однієї оптичної осі послідовно розташовані заслінка 1, яка екранує потік випромінювання, перший скляний об'єктив 2, дзеркальна польова діафрагма 3, обтюраторний диск 4 із синхронним двигуном 5, апертурна діафрагма б, другий скляний об'єктив 7, перший світлофільтр 8. Канал візуалізації зображення включає третій скляного об'єктива 9 та відбивне дзеркало 10. На другій оптичній осі послідовно розташовані параболічне дзеркало 11, другий світлофільтр 12, фокусуюча лінза 13 та світловипромінюючий діод 14. Додатковий світловипромінюючий діод 15 і фотоприймач-формувач 16 синхроімпульсів розташовані по обидві сторони від обтюраторного диска 4. Вихід фотоприймача-формувача 16 синхроімпульсів з'єднай зі входом синхронізації МДМ-підсилювача 17. Болометр 18 підключений до МДМ-підсилювача 17, з ви ходом якого з'єднаний нагрівальний елемент 20 термочутливого п'єзорезонаторного перетворювача 19. Електронний стабілізатор температури 27 має тепловий зв'язок з МДМ-підсилювачем 17. Заслінка 1, яка екранує потік випромінювання, механічно з'єднана з першим перетворювачем ”код-переміщення” 22, інформативні входи якого підключені до однойменних входів другого 23 та третього 24 перетворювачів ”код-переміщення”, виходи яких механічно з'єднані відповідно з першим 25 та другим 26 сірими клинами. П'єзорезонатор 21 термочутливого п'єзорезонаторного перетворювача 19 підключений до генератора змінної частоти 28, ви хід якого з'єднаний з сигнальним входом змішувача часто т 29, вхід керування якого підключений до виходу генератора опорної частоти 30. Вихід змішувача часто т 29 через фільтр нижніх частот 31 та формувач імпульсів 32 підключений до аналогового входу мікропроцесора 33 з клавіатурою. Цифрові ”входи-ви ходи” мікропроцесора 33 з'єднані зі входами регістра числа 36. Цифрові виходи а, b, с мікропроцесора 33 підключені до об'єднаних між собою інформативних входів першого 22, другого 23 і третього 24 перетворювачів ”код-переміщення”. Керуючі виходи f, d, е регістра числа 36 підключені до входів керування першого 22, другого 23 і третього 24 перетворювача ”код-переміщення”, а його входи з'єднані з загальною шиною 37. Мікропроцесор 33 з клавіатурою також з'єднаний через загальну шину 37 з цифровим відліковим пристроєм 35 та цифроаналоговим перетворювачем 34, вхід якого підключений до світловипромінюючого діоду 14. Для виділення потоку випромінювання в заданій спектральній області використовуються світлофільтри 8, 12 з шириною смуги перепускання 0,4-1,8нм. Для вирішення зазначеної задачі в якості фотоприймача застосований широкосмуговий болометр 18. Для підвищення його чутливості запропоновано додаткове використання термочутливого п'єзорезонаторного перетворювача 19. Необхідно зауважити, що болометр 18 та термочутливий п'єзорезонаторний перетворювач 19 мають квадратичні функції перетворення. В такому випадку результуюча ФП потоку випромінювання в частоту вихідного сигналу генератора 28 описується наступним рівнянням величин: fx = SHPx + S¢ЛР x + D fзм , (1) ¢ 2 ¢ ¢ ¢ де SH = SH(1+ g H), S¢Л = S Л (1+ g Л ), gH = DSH / SH, gЛ = DS Л / SЛ, DSH i DSH - зміна чутливості нелінійної та лінійної складової функції перетворення (1); Dfзм - частота електричного сигналу при Р =0; теплова потужність х 2 Px = kQ e = rI , (2) де r - опір нагрівального елемента; I - стр ум через нагрівальний елемент; k- коефіцієнт пропорційності; променева енергія Qe t2 Q e = Фе Dt = ò Ф е dt , (3 ) t1 В (3) Dt ({Dt} = {t 2} - {t1}) - проміжок часу такту вимірювання, Фе - потік випромінювання. Нестабільність параметрів цієї функції перетворення приводить до появи систематичних похибок вимірювання. Внутрішні стаціонарні шуми болометра і підсилювача інтегруються (див. аналітичний вираз (3)) в результаті перетворення інтенсивності потоку випромінювання у потужність Рш, яка, в кінцевому випадку, враховується як складова зміщення функції (1). Пристрій працює наступним чином. Після включення живлення включається синхронний двигун 5, який приводить до обертання обтюраторний Dt диск 4. За час пр радіаційний пірометр прогрівається. Усі його функціональні блоки встановлюються у вихідний стан по команді з мікропроцесора 33. Цифровий відліковий пристрій 35 показує нуль. В результаті калібрування радіаційного пірометра за допомогою стандартних джерел білого світла з нормованими характеристиками одержують коди чисел N0, N1, NI1 і NI2. Коди чисел N0 і N1 відповідають каліброваним за значеннями інтенсивностей потокам випромінювання Фе2 і Фе3. Коди чисел NI1 і NI2 вибрані такі, що забезпечують формування струмів І1 і I2 відповідно на світловипрмінюючому діоді 14, значення яких дорівнюють відповідно двом каліброваним за значенням інтенсивності потоків випромінювання {Фе2} і {Ф е3}. Крім того, у пам'яті мікропроцесора 33 зберігається програма виконання заданої послідовностей операцій вимірювання, керування та обчислення. Вона забезпечує функціонування радіаційного пірометра як єдиного програмно-технічного засобу вимірювання, а також обробку результатів проміжних вимірювань по запропонованому рівнянню числових значень (алгоритму обробки результатів вимірювань). Процес вимірювань дійсного значення температури містить у собі п'ять тактів вимірювань і один такт обробки отриманих результатів. За допомогою каналу візуалізації радіаційний пірометр направляється на об'єкт дослідження. Після натискання кнопки ”Пуск”, на клавіатурі мікропроцесора 33 (на фіг. не приведена) формується сигнал початку вимірювань. У першому такті вимірювання заслінка 1, яка екранує потік випромінювання від об'єкту дослідження - нагрітого тіла, переводиться у закритий стан. В цьому випадку потік випромінювання не проходить вздовж одної оптичної вісі і не поступає на болометр 18. В результаті значення променевої енергії дорівнює нулю, тобто Q e1 = Ф е0 Dt = t2 ò Фе0 dt , t1 де Dt ({Dt} = {t 2} - {t1}) - проміжок часу такту вимірювання, Фе0 - потік випромінювання з нульовим значенням інтенсивності. На виході МДМ-підсилювача 17 з'являється сигнал, що відповідає нульовому значенню інтенсивності потоку випромінювання, що подається на болометр 18. Через нагрівальний елемент 20 термочутливого п'єзорезонансного перетворювача 19 (ТПП) протікає струм I0 » 0, який не призводить до підвищення температури перетворювача 19 за межі температурної стабілізації, яка встановлюється за допомогою електронного стабілізатора температури 27. В цьому такті вимірювання теплова потужність Рх1=kQe1=rI 02=0 (де I0 - струм через нагрівальний елемент при потоці Фе0). За допомогою генератора 28, до якого підключений ТПП 19, генерується електричний сигнал u1(t ) = Um1 sin2pf1t ( 4) з частотою f1 = SHPx1 + S¢ЛPx1 + D fсм = Dfсм . (5) ¢ 2 Генератор опорної частоти 30 формує сигнал опорної частоти f0, яка перевищує максимально допустиму частоту перебудови генератора 28, наприклад, на 1МГц. u0 (t ) = Um0 sin2pf0 t. (6) f10 Сигнали (4) і (6) поступають на змішувач частот 29. За допомогою фільтра нижніх частот 31 виділяється ({f10 }= {f2 }- {f0 }). Змішаний сигнал uзм1( t ) = Um3 sin2p(f1 - f0 )t = Uм3 sin2pf10 t, (7) електричний сигнал різницевої частоти де f0 - частота опорного генератора 30. у формувачі 32 імпульсів перетворюється в послідовність імпульсів uu1(t ) = æ 1 n (2n - 1) sin2 pf ö tu 10 ÷, (8 ) U0 ç + å ÷ T10 ç 2 n -1 è ø де U0 - амплітуда імпульса, тривалістю tu, періодом {T10}=1/{f10} і частотою слідування f10 . Ці імпульси надходять до мікропроцесора 33. В мікропроцесорі 33 по заданій програмі здійснюється вимірювання частоти слідування цих імпульсів. Результат , вимірювання запам'ятовується у вигляді коду числа N10 = {f10}{Dt 0 } де D t0 - інтервал часу вимірювання. В другому такті вимірювань по команді з мікропроцесора 33 на входи цифроаналогового перетворювача 34 подається код числа NI1. В результаті на виході цифроаналогового перетворювача 34 формується струм І1, який поступає на світловипромінюючий діод 14. Останній генерує калібрований за значенням інтенсивності потік випромінювання Фе2. Після проходження через фокусуючу лінзу 13, др угий світло фільтр 12, параболічне дзеркало 11, перший скляний об'єктив 2, дзеркальну польову діафрагму 3, потік випромінювання Фе2 модулюється обтюраторним диском 4. Обертання обтюраторного диска 4 забезпечується синхронним двигуном, що підключений до стабілізованого джерела живлення. Його частота обертання вибрана рівною 12,5Гц. Далі промодульований потік випромінювання Фе2 через апертурну діафрагму 6, др угий скляний об'єктив 7 і перший світлофільтр 8 поступає на болометр 18. Вихідний сигнал болометра 18 підсилюється за допомогою МДМпідсилювача 17 у задане число kус раз. Вихідна напруга u2(t) МДМ-підсилювача 17 подається на нагрівальний елемент 20. В результаті променева енергія t2 Q e2 = Фе 2D t = ò Ф е2dt t1 перетворюється в теплову потужність Рх2=kQe2=rІ1 2, що виділяється на нагрівальному елементі 20 за рахунок струму І 1. В результаті нагріву термочутливо го п'єзорезонатора 19 на виході генератора змінної напруги 28 формується електричний сигнал u2 (t ) = Um2 sin2pf2 t з частотою f 2 f2 = 2 S¢ Px2 + SЛPx2 ¢ H + Dfзм . (9) Електричні сигнали u2(f) і (6) поступають на змішувач частот 29. За допомогою фільтра нижніх частот 31 виділяється електричний сигнал різницевої частоти f20 ({f20}={f 2}-{f0}). Цей сигнал за допомогою формувача імпульсів 32 перетворюється у послідовність прямокутних імпульсів uu 2 (t ) = æ 1 n (2n - 1) sin2 pf ö tu 20 ÷, (10 ) U0 ç + å ÷ T20 ç 2 n -1 è ø де {Т20}=1/{f20}, і з частотою слідування f20. Ці імпульси надходять у лічильник мікропроцесора 33. По програмі в мікропроцесорі 33 здійснюється вимірювання частоти слідування зазначених імпульсів. Результат вимірювання . запам'я товується у вигляді коду числа N20 = {f20 }{Dt 0 } В третьому такті вимірювання по команді з мікропроцесора 33 на входи цифроаналогового перетворювача 34 подається другий код числа NI2. В результаті на виході цифроаналогового перетворювача 34 формується другий струм I2 , який поступає на світловипромінюючий діод 14. Останній генерує калібрований за значенням інтенсивності потік випромінювання Фе3. Після проходження через фокусуючу лінзу 13, другий світло фільтр 12, параболічне дзеркало 11, перший скляний об'єктив 2, дзеркальну польову діа фрагму 3, цей потік випромінювання Фе2 модулюється обтюраторним диском 4. Далі промодульований потік випромінювання Фе3 через апертурну діафрагму 6, другий скляний об'єктив 7, перший світлофільтр 8 поступає на болометр 18. Вихідний сигнал болометра 18 підсилюється за допомогою МДМ-підсилювача 17 у задане число kyc раз. Вихідна напруга u3(t) МДМ-підсилювача 17 подається на нагрівальний елемент 20. В результаті променева енергія t2 Q e3 = Фе 3D t = ò Ф е3dt t1 перетворюється в теплову потужність Рх2=kQe3=rI2 2, що виділяється на нагрівальному елементі 20 за рахунок струму I 2. В результаті нагріву термочутливо го п'єзорезонатора 19 на виході генератора змінної напруги 28 формується електричний сигнал u3 (t ) = Um3 sin2pf3 t з частотою 2 f3 = S¢ Px3 + S¢ Px3 + Dfзм . (11) H Л Як і у перші 2 такти сигнали u 3(t) і (6) поступають на змішувач частот 29. За допомогою фільтра нижніх частот 31 виділяється сигнал різницевої частоти f30 ({f 30}={f3}-{f0}). Цей сигнал за допомогою формувача імпульсів 32 перетворюється у послідовність прямокутних імпульсів uu 3 (t ) = æ 1 n (2 n - 1) sin2 p f ö tu 30 ÷, (12 ) U0 ç + å ç2 ÷ T30 n -1 è ø де {T30}=1/{f30}, і з частотою слідування f30. Ці імпульси надходять у лічильник мікропроцесора 33. По програмі в мікропроцесорі 33 здійснюється вимірювання частоти слідування зазначених імпульсів. Результат вимірювання . запам'я товується у вигляді коду числа N30 = {f30 }{Dt 0 } У четвертому такті вимірювань відновлюється дія інформативного потоку випромінювання Фех, що відповідає температурі Tх, на чутливий елемент болометра 18. Це здійснюється шляхом відкриття заслінки 1, яка екранує потік випромінювання, по команді з мікропроцесора 33. При чому через світловипромінюючий діод 14 тече незмінний струм I2. На болометр 18 надходить потік випромінювання як від нагрітого тіла Фех, так і від світловипромінюючого діода 14 Фе3. У четвертому такті значення інтенсивності потоку випромінювання Фе4 дорівнює сумі значень інтенсивності потоку випромінювання Фех і потоку випромінювання Фе2 ({Фе4}={Фех}+{Ф е2}). Вихідний сигнал болометра 18 підсилюється по амплітуді в k yc раз. Вихідна напруга u4{t) МДМ-підсилювача 17 подається на нагрівальний елемент 20. В результаті променева енергія t2 Q e4 = Фе 4D t = ò Ф е4 dt t1 перетворюється в теплову потужність Рх4=kQe4, що виділяється на нагрівальному елементі 20. На виході генератора змінної напруги 28 формується електричний сигнал u4 (t ) = Uм4 sin2pf4 t з частотою f4 = SHPx4 + S¢ЛPx4 + Dfcм. (13) ¢ 2 Електричні сигнали u4(t) і (6) поступають на змішувач частот 29. Сигнал різницевої частоти f 40 ({f40}={f 4}-{f 0}, що виділяється фільтра нижніх частот 31, поступає на формувач імпульсів 32. Останній формує послідовність прямокутних імпульсів uu 4 (t ) = æ 1 n (2n - 1) sin 2 pf ö tu 40 ÷, (14 ) u0 ç + å ÷ T40 ç 2 n -1 è ø де {T40}=1/{f40}, і з частотою слідування f40. Ці імпульси надходять у лічильник мікропроцесора 33. По програмі в мікропроцесорі 33 здійснюється вимірювання частоти слідування отриманих імпульсів. Результат вимірювання . запам'я товується у вигляді коду числа N40 = {f40 }{Dt 0 } У п'ятому такті вимірювань по команді з мікропроцесора 33 на входи цифро-аналогового перетворювача 34 подається код числа NI1. В результаті на виході цифро-аналогового перетворювача 34 формується струм I1, який поступає на світловипромінюючий діод 14. В цьому такті на болометр 18 надходить потік випромінювання від нагрітого тіла і від світловипромінючого діода 14. Інтенсивність потоку випромінювання Фе5, що надходить на болометр 18, дорівнює сумі значень інтенсивності потоків випромінювання Фех і Фе3 ({Фе5}={Фех}+{Ф е3}). Ви хідний сигнал болометра 18 підсилюється в kyc раз за допомогою МДМ-підсилювача 17. Вихідна напруга u5(t) МДМпідсилювача 17 подається на нагрівальний елемент 20. В результаті променева енергія t2 Q e5 = Фе 5D t = ò Ф е5dt t1 перетворюється в теплову потужність Рх5=kQe5 , що виділяється на нагрівальному елементі 20. В результаті нагріву термочутливого п'єзорезонатора 19 на виході генератора змінної напруги 28 формується електричний сигнал u5 (t ) = Um5 sin2pf5 t з частотою 2 f5 = S¢ Px5 + S¢ЛPx5 + Dfcм . (15) H Електричні сигнали u5(t) і (6) поступають на змішувач частот 29. Сигнал різницевої частоти f 50 ({f50}={f 5}-{f 0}, що виділяється за допомогою фільтра нижніх частот 31, поступає на формувач імпульсів 32. Останній формує послідовність прямокутних імпульсів æ 1 n ( 2n - 1) sin 2 pf ö t 50 ÷ u u5 ( t) = u U 0 ç + å , (16 ) ç2 ÷ T50 n-1 è ø де {T50}=1/{f50} , які слідують з частотою f50 . Ці імпульси надходять у лічильник мікропроцесора 33. По програмі в мікропроцесорі 33 здійснюється вимірювання частоти слідування отриманих імпульсів. Результат вимірювання . запам'я товується у вигляді коду числа N50 = {f50 }{Dt 0 } У шостому такті, за допомогою мікропроцесора 33 проводиться обробка отриманих результатів отриманих вимірів відповідно до рівняння числових значень (N05 - N04 ) - (N03 - N02 ) Nx = (N0N1) . (17) (N1 + N0 )(N02 + N03 - 2N01 ) - (N1 - N0 )(N03 - N02 ) По електронних таблицях визначається дійсне значення температури T х об'єкта відповідно до коду числа N х (17). Отримане значення виводиться на табло цифрового відлікового пристрою 35. Запропоноване технічне рішення оптичного пірометра забезпечує не тільки автоматичне виключення всіх складових систематичної похибки результату визначення дійсного значення температури нагрітого об'єкта, але й похибки від нелінійності. Завдяки чому підвищується точність вимірювання температури важкодоступних тіл чи середовищ та розширюється діапазон її вимірювання. Особливістю схемотехнічного рішення радіаційного пірометра є використання термочутливого п'єзорезонаторного перетворювача, який забезпечує підвищення загальної чутливості радіаційного пірометра. Високоточне перетворення вихідного сигналу болометра в частоту електричних сигналів спрощує процес її вимірювання і також підвищує загальну точність пірометра. Крім того, за рахунок теплового перетворення типу ”інтенсивність світового потоку-електрична потужність-теплова потужністьчастота електричного сигналу”, яке передбачає проміжне інтегрування (див. (3)) електричного сигналу, забезпечується суттєве зменшення і випадкової складової похибки вимірювання. Покажемо, що запропоноване рівняння надлишкових вимірювань (17) забезпечує виключення нелінійної, мультиплікативної і адитивної складових похибки вимірювання. Для цього підставимо в (17) вирази для N 0, N1 та N01-N05. Тоді маємо: (N05 - N04 ) - (N03 - N02 ) N9 = N0 N1 = (N1 + N0 )(N03 - N02 ) - (N1 - N0 )(N02 + N03 - 2N01) = Фе 2Ф е3 D t(( f05 - f04 ) - ( f03 - f 02 )) = Dt ((Фе 2 + Ф е3 )( f03 - f 02 ) - (Ф е2 - Ф е3 )(f02 + f03 - 2f01 )) = Фе 2Ф е3 (f 5 - f0 - f 4 + f0 ) - (f3 - f0 - f2 + f 0 ) = (Ф е 2 + Ф е3 )( f3 - f0 - f 2 + f0 ) - ( Фе 2 - Ф е3 )(f 2 - f0 + f 3 - f0 + 2f0 ) = = 2 2 2 2 Фе 2Ф е3 (SH (P5 - P4 ) + S Л (P5 - P4 )) - ( SH(P3 - P2 ) + SЛ (P3 - P2 )) 2 2 2 2 (Ф е2 + Ф е3 )(SH(P3 - P2 ) + S Л(P3 - P2 )) - (Фе 2 - Ф е3 )(SH (P3 + P2 ) + SЛ (P3 + P2 ) + 2fсм - 2f см ) = Ф е2 Фе 3kDt ((SH(Ф 25 - Ф 24 ) + S Л( Фе 5 - Ф е4 )) - (SH (Ф2 3 - Ф 22 ) + S Л (Фе 3 - Ф е2 ))) е е е е kDt ((Ф е2 - Фе3 )(SH (Ф 23 - Ф2 2 ) + S Л (Ф е3 - Фе 2 )) - (Ф е2 - Фе 3 )(SH(Ф 23 + Ф 22 ) + SЛ (Ф е3 + Ф е2 )) е е е е = Ф е2 Фе 3 (SH( Фе + Ф е3 )2 - (Ф е + Ф е2 )2 ) + SЛ (Ф е3 - Фе 2 ) - SH (Ф 23 - Ф2 2 ) - S Л (Фе 3 - Фе 2 )) е е = Ф е2 Фе 3SH( Ф2 + 2Фе Фе 3 + Ф2 3 - Ф 2 - 2Ф еФ е2 - Ф2 2 - Ф23 + Ф 23 ) е е е е е е (Ф е2 + Ф е3 )SH (Ф 23 - Ф2 2 ) + S Л (Ф 23 - Ф2 2 ) - (Ф е2 - Фе 3 )SH (Ф2 2 + Ф23 ) - S Л (Ф2 2 - Ф 23 ) е е е е е е е е (18) Як видно = = = Фе SH(( Ф23 - Ф 22 )(Ф е3 + Фе 2 ) - (Ф 23 + Ф 22 )(Ф е2 - Фе 3 )) е е е е з (18), у результаті вимірювання відсутні всіх складові систематичної похибки, у тому числі і похибки від нелінійності. Це підтверджує вирішення поставленої задачі та досягнення технічного результату. Таким чином, запропоноване технічне рішення радіаційного пірометра забезпечує підвищення чутливості та точності вимірювання. Причому, підвищення чутливості радіаційного пірометра забезпечується за рахунок реалізації потрійного перетворення променевої енергії у частоту електричних сигналів генератора та за рахунок усереднення дії випадкових завад та шумів. Підвищення точності вимірювання забезпечується за рахунок автоматичного виключення нелінійної, адитивної та мультиплікативної похибок результату вимірювання температури нагрітого об'єкта. За рахунок підвищення чутливості і точності вимірювань забезпечується також розширення знизу діапазону вимірювання температури.