Способ измерения цветовой температуры металла

Способ измерения цветовой температуры металла

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к пирометрии и может быть использовано для измерения температуры металла в зоне его обработки лазерным излучением.

Известен способ измерения цветовой температуры, выбранный в качестве ближайшего аналога, схемотехническая реализация которого содержит спектральный прибор с входной щелью и установленные на выходе в ряд фотоприемники не менее чем с тремя чувствительными площадками. Излучение от тела направляется на входную щель и далее разлагается на монохроматические компоненты, которые попадают на приемники излучения. Далее в узле обработки по регистрируемым отдельным составляющим кривой распределения энергии излучения в спектре определяют цветовую температуру (заявка на изобретение №93016387, М.кл. G 01 J 5/60, бюл. №17, 1995).

Недостатком известного способа является невозможность измерения температуры при наличии помех, например излучения плазменного факела, возникающего в процессе взаимодействия лазерного излучения с поверхностью металла.

Решаемая задача: повышение точности измерения при наличии мешающих факторов, например плазменного факела.

Для получения указанного результата в известном способе измерения цветовой температуры металла по световому излучению из зоны обработки металла и плазменного факела над ней, включающем выделение потока излучения и выделение спектральных составляющих излучения не менее чем на трех длинах волн, после выделения спектральных составляющих и разложения на монохроматические компоненты излучение дополнительно подвергают поляризационной фильтрации посредством поляризационно-чувствительной системы, состоящей из не менее четырех фотоприемников на каждую спектральную составляющую излучения, учитывают степень поляризации собственного излучения металла и степень поляризации излучения из зоны обработки, производят расчет спектрального распределения излучения и по трем значениям температуры металла, используя методы статистической обработки, вычисляют усредненное значение цветовой температуры металла.

На чертеже изображена схема реализации способа.

Она содержит лазерное излучение 1, плазменный факел 2, обрабатываемую поверхность 3, световое излучение 4 из зоны обработки, спектральный прибор 5, поляризационно-чувствительную систему 6, состоящую из не менее четырех фотоприемников на каждую спектральную составляющую излучения, устройство 7 обработки информации.

Излучение плазмы не поляризовано, а излучение от поверхности металла поляризовано. Результирующее излучение будет частично поляризованным.

Излучение 4 поверхности 3 металла и факела 2 направляется на вход спектрального прибора 5 и далее разлагается на монохроматические компоненты, которые попадают на поляризационно-чувствительные фотоприемники. В устройстве 7 обработки информации происходит выделение спектральных составляющих излучения металла не менее чем трех длин волн согласно разработанному алгоритму, соответствующему математической модели:

где ϕ_Mi(λ_i, Т) - спектральная плотность собственного излучения металла, соответствующая i-ой длине волны спектра излучения λ_i;

ϕΣ_i - спектральная плотность излучения из зоны обработки;

р_М - степень поляризации собственного излучения металла, определяется по известным показателям преломления и поглощения в рабочем диапазоне температур;

pΣ_i - степень поляризации излучения из зоны обработки:

где ϕ_90i ϕ_45i, ϕ_oi, ϕ_-45i - спектральные плотности излучения из зоны обработки, поляризованные соответственно в направлениях 90°, 45°, 0°, -45°.

Далее по известной формуле М. Планка производится расчет спектрального распределения:

с относительной погрешностью δ=0,5% в диапазоне температур от 727°С до 1147°С и диапазоне длин волн соответственно до 3,7 и 2,4 мкм формула М. Планка может быть представлена в виде:

где С₁=3,7413·10^-4 Вт·км², C₂=1,436·10⁴ км·К.

По данному спектральному распределению можно поставить в соответствие температуру металла. После преобразований получим для температуры:

Далее по определенным таким образом трем значениям температуры металла Т_i (i=1...3), используя методы статистической обработки, вычисляют усредненное значение.

Так как в аппроксимации не участвует излучение плазмы, в результате повышается точность измерения температуры.

Реализация заявляемого способа позволит повысить точность измерения при наличии мешающих факторов, например плазменного факела.

Указанный способ измерения цветовой температуры металла может быть реализован на стандартном оборудовании с использованием известных материалов.

Способ измерения цветовой температуры металла по световому излучению из зоны обработки металла и плазменного факела над ней, включающий выделение потока излучения и выделение спектральных составляющих излучения не менее чем на трех длинах волн, отличающийся тем, что после выделения спектральных составляющих и разложения на монохроматические компоненты излучение дополнительно подвергают поляризационной фильтрации посредством поляризационно-чувствительной системы, состоящей из не менее четырех фотоприемников на каждую спектральную составляющую излучения, учитывают степень поляризации собственного излучения металла и степень поляризации излучения из зоны обработки, производят расчет спектрального распределения излучения и по трем значениям температуры металла, используя методы статистической обработки, вычисляют усредненное значения цветовой температуры металла.