Способ калибровки импульсного пирометра

Способ калибровки импульсного пирометра

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к оптическим бесконтактным способам измерения быстроизменяющихся истинных температур различных объектов, и может быть использовано в пирометрии, спектрометрии, лазерной и световой технике при изучении быстропротекающих процессов.

Известен способ калибровки пирометра, заключающийся в том, что известная лампа накаливания - источник постоянного света светит в фотоприемник (фотодиод и т.д.). Между лампой и приемником находится дисковый прерыватель, который модулирует непрерывное излучение лампы, чтобы избежать насыщения фотоприемника. Импульсы тока на фотодиоде регистрирует осциллограф. Этим значениям соответствует яркость от сертифицированной лампы. Далее по отношению яркостей на различных длинах волн вычисляется температура. «Boslough, Mark В.; Ahrens, Thomas J. «A sensitive time-resolved radiation pyrometer for shock-temperature measurements above 1500 К», Review of Scientific Instruments», vol.60, Dec.1989, p.3711-3716.

Недостатками данного способа является невозможность получения одиночного импульса эталонного излучения для проведения калибровки из-за периодически вращающегося диска - прерывателя. Также недостатком является большая длительность импульсов, и как следствие - невозможность калибровки высокоскоростных пирометров из-за использования механически вращающегося диска.

Известен способ калибровки пирометра, заключающийся в том, что известная лампа накаливания - источник постоянного света светит в фотоприемник (фотодиод и т.д.). Лампа откалибрована и на фотодиоде течет ток от лампы, что и регистрирует осциллограф. Этим значениям напряжения соответствует яркость от сертифицированной лампы. Далее по отношению яркостей на различных длинах волн вычисляется температура. «Pavel Ni «Temperature measurement of high-energy-density matter generated by intense heavy ion beam», Doktors der Naturwissenschaften», Darmstadt 2006, стр.36-39.

Недостатком способа является невозможность калибровки каналов импульсного пирометра по энергетической яркости.

Техническим результатом изобретения является калибровка каналов импульсного пирометра по энергетической яркости.

Технический результат достигается тем, что для калибровки каналов по энергетической яркости используют эталонный источник статического излучения света и фотодетектор пирометра, после фокусировки оптической системы проводят регистрацию спектра излучения образцового источника, установленного в точку фокусировки, используя светодиоды с длиной волны, соответствующей длине волны каждого канала пирометра, калибруют спектрометр в импульсном режиме, подавая с генератора импульсов на светодиод, установленный в точку фокусировки, короткие импульсы, суммарная амплитуда регистрируемого спектра которых равна амплитуде излучения от вольфрамовой лампы, процедуру проводят для каждого канала в отдельности, калибруют измерительные каналы пирометра, регистрируя амплитуду импульсов с фотодетекторов пирометра в вольтах для каждого светодиода, установленного в точку фокусировки, в отдельности, подавая с генератора импульсов на светодиод в режиме ручного запуска одиночный импульс, и определяют суммарную мощность излучения светодиода для каждого из каналов пирометра, приходящуюся на один импульс, и подают эту мощность на фотодетектор пирометра, а затем определяют цену деления для каждого канала пирометра в ваттах, после проведения измерений определяют температуру по соотношению Планка.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1-4.

На фиг.1 представлена схема проведения калибровки спектрометра в статическом режиме, где: 1 - эталонный источник статического излучения света, например, вольфрамовая лампа СИРШ 8,5 200-1, как рабочий эталон; 2 - экспериментальный узел (например, детектор светового излучения); 3 - рабочий световод; 4 - спектрометр на ПЗС линейке.

На фиг.2 представлена схема проведения калибровки спектрометра в импульсном режиме, где: 2 - экспериментальный узел (например, детектор светового излучения); 3 - рабочий световод; 4 - спектрометр на ПЗС линейке; 5 - блок светодиода; 6 - генератор прямоугольных импульсов.

На фиг.3 представлена схема проведения калибровки пирометра в импульсном режиме, где: 2 - экспериментальный узел (например, детектор светового излучения); 3 - рабочий световод; 5 - блок светодиода; 6 - генератор прямоугольных импульсов; 7 - фотодетектор пирометра.

На фиг.4 схематически представлен детектор светового излучения, где: 3 - рабочий световод; 8 - корпус экспериментального узла; 9 - оптическая линза; 10 - стакан для индикаторной жидкости или индикаторного стекла; 11 - исследуемый образец.

Способ калибровки реализуется следующим образом. Калибровку пирометра проводят каждый раз непосредственно перед проведением взрывных экспериментов с конкретными экспериментальными узлами и рабочими световодами, участвующими в эксперименте.

В статическом режиме производят регистрацию спектра излучения N_ЭТАЛОН(λ), эталонного источника статического излучения света 1, например, на основе лампы накаливания с вольфрамовой лентой, вольфрамовой лампы СИРШ 8,5 200-1, спектрометром 4 (фиг.1).

Перенос метрологических характеристик со статического эталонного источника светового излучения на основе лампы накаливания с вольфрамовой лентой на импульсный источник излучения света на основе светодиода и генератора прямоугольных импульсов осуществляют с помощью спектрометра на приборе с зарядовой связью (ПЗС матрице), при котором используют свойство независимости накопления заряда ПЗС от вида воздействия (импульсного или статического), а калибровку фотодетектора пирометра производят по вторичному импульсному эталону энергетической яркости на основе светодиода и генератора прямоугольных импульсов.

Используя различные светодиоды 5 с длиной волны, соответствующей длине волны канала пирометра, калибруют спектрометр 4 в импульсном режиме.

Для этого с генератора импульсов 6 подают короткие импульсы на светодиод 5 в таком количестве, чтобы суммарная амплитуда регистрируемого спектра N_СД(λ) была равна амплитуде эталонного источника статического излучения 1. Процедуру повторяют для каждого канала в отдельности (фиг.2).

Калибруют измерительные каналы пирометра, регистрируя амплитуду импульсов с фотодетекторов пирометра 7 осциллографами в вольтах для каждого светодиода 5 в отдельности, подавая с генератора импульсов 6 на светодиод 5 в режиме ручного запуска одиночный импульс (фиг.3).

Определяют суммарную мощность излучения для каждого из шести каналов, приходящуюся на один импульс. Именно эту мощность светового излучения от фотодиода 5 подают на фотодетектор 7 пирометра.

Суммарную мощность определяют по формуле (1).

где: S_сд - сумма числа отсчетов в спектрометре в диапазоне длин волн от λ_i до λ_i+Δλ от светодиода,

;

S_ЭТАЛОН - число отсчетов в спектрометре в диапазоне длин волн от λ_i до λ_i+Δλ от эталонного источника статического излучения;

P_ЭТАЛОН(λ_i) - значение из сертификата о поверке для эталонного источника статического излучения на длине волны λ;

P_СД(λ_i) - мощность излучения светодиода на длине волны λ.

λ_i+Δλ - ширина канала пирометра.

Зная амплитуду в вольтах и используя линейность шкалы осциллографа, определяют цену деления канала для каждого осциллографа (каждого канала пирометра в отдельности) в ваттах.

При проведении опытов в точку фокусировки корпуса экспериментального узла 8 устанавливают стакан 10 для индикаторной жидкости или индикаторного стекла и исследуемый образец 11. Наблюдают процессы изменения интенсивности свечения энергетической яркости. Определяют температуру, используя известное соотношение Планка:

где: λ - длина волны, м; Т - температура, К; h - постоянная планка, Дж·с; k - постоянная Больцмана, Дж/К; с - скорость света в вакууме, м/с.

После проведения описанных выше действий считается, что пирометр (с конкретным экспериментальным узлом и конкретным световодом) откалиброван и готов к проведению взрывного эксперимента. Используя файлы калибровки, сохраненные ранее, шкала амплитуд, измеряемая ранее в вольтах, после проведения калибровки имеет размерность - Вт (ватты).

Способ калибровки импульсного пирометра, заключающийся в том, что для калибровки каналов по энергетической яркости используют эталонный источник статического излучения света и фотодетектор пирометра, отличающийся тем, что после фокусировки оптической системы проводят регистрацию спектра излучения образцового источника, установленного в точку фокусировки, используя светодиоды с длиной волны, соответствующей длине волны каждого канала пирометра, калибруют спектрометр в импульсном режиме, подавая с генератора импульсов на светодиод, установленный в точку фокусировки, короткие импульсы, суммарная амплитуда регистрируемого спектра которых равна амплитуде излучения от вольфрамовой лампы, процедуру проводят для каждого канала в отдельности, калибруют измерительные каналы пирометра, регистрируя амплитуду импульсов с фотодетекторов пирометра в вольтах для каждого светодиода, установленного в точку фокусировки, в отдельности, подавая с генератора импульсов на светодиод в режиме ручного запуска одиночный импульс, и определяют суммарную мощность излучения светодиода для каждого из каналов пирометра, приходящуюся на один импульс, и подают эту мощность на фотодетектор пирометра, а затем определяют цену деления для каждого канала пирометра в ваттах, после проведения измерений определяют температуру по соотношению Планка.