Оптоэлектронные датчики - Козлов В.Л.
Скачать (прямая ссылка):
49
метра полного излучения. Излучение от поверхности объекта 1 собирается с помощью оптической системы, состоящей из фокусирующего коллиматора 2, и попадает на приемник излучения 3, в качестве которого можно использовать пироэлектрические приемники МГ-30, МГ-32, полупроводниковый болометр БП-2.
При этом на приемник излучения 3 поступают различные оптические потоки: для открытой входной апертуры оптической системы - от измеряемого точки поверхности объекта, для закрытой - от равновесного излучения внутренней полости обтюратора и входной оптической системы. Электрический сигнал на выходе приемника от излучения измеряемой
точки поверхности объекта будет равен: U, = SjK e(T )cT,4, (70)
где Sd - чувствительность приемника излучения, К(Х) - коэффициент, зависящий от параметров оптической системы, е(Т) - коэффициент излучения объекта, Т1 - температура объекта.
Сигнал на выходе приемника излучения от равновесного излучения внутренней полости обтюратора и входной оптической системы будет
равен U0 = SdKe(T )oT^ = SdKatf, (71)
где е(Т)=1 - коэффициент излучения внутренней полости пирометра, равный единице, То - температура внутренней полости пирометра.
Таким образом, на выходе приемника 3 будет сигнал Ud,, равный разности сигнала (70) и сигнала (71)
Ud = U - U0 = SdKe(T)aT]i - SdKoT04 (72)
Искомое значение температуры Т1 будет равно
T = 4 U - + -TT°— (73)
1 4 SdKe (T )o e (T) ( )
Образующийся на выходе приемника 3 переменный сигнал с амплитудой (72) и частотой модуляции, равной частоте вращения обтюратора, усиливается усилителем 6 и поступает на синхронный детектор, включающий в себя инвертор 7, коммутатор 8 и следящий интегратор 9. Для уменьшения погрешностей, вызываемых плохим соотношением сигнал/шум на приемнике, при определении потока излучения используется синхронное детектирование с последующим интегрированием. Повышение отношения сигнал/шум на выходе синхронного детектора основано на совпадении фазы сигнала с фазой детектора. Импульсы синхронизации, необходимые для синхродетектора, формируются при вращении обтюратора 4, приводящимся во вращение электродвигателем 5, с помощью светодиода СД и фотодиода ФД, а также компаратора 13.
50
сд
п
Г
7 <>-
10
11
12
ФД
f* Й13
Rt ?
14
15
Рис.22. Функциональная схема бесконтактного термометра: 1 - поверхность объекта; 2 - фокусирующий коллиматор; 3 - приемник излучения; 4 - обтюратор; 5 -электродвигатель; 6 - усилитель; 7 - инвертор; 8 - коммутатор; 9 - следящий интегратор; 10 - сумматор; 11 - аналогово-цифровой преобразователь; 12 - блок индикации, 13 -компаратор, 14 балансный мост, 15- усилитель.
На выходе синхродетектора, таким образом, формируется сигнал, характеризующий разность температур от измеряемой точки поверхности объекта и внутренней полости приемной системы, который далее поступает на вход сумматора 10. Температура внутренней полости пирометра контролируется терморезистором Rt, включенным в одно из плеч балансного моста 14. Сигнал разбаланса усиливается усилителем 15 и поступает на другой вход сумматора 10, где используется в качестве отсчетного уровня для определения истинной температуры измеряемой точки поверхности тела. С выхода сумматора 10 сигнал поступает на вход аналогово-цифрового преобразователя 11, где происходит преобразование измеренного информационного сигнала в цифровой код и вывод на индикацию блоком 12.
Электрическая принципиальная схема информационно-измерительной схемы пирометра представлена на рис. 23, В качестве приемника излучения используется пироэлектрический приемник МГ-30 (МГ-32). Модуляция оптического излучения осуществляется лопастным обтюратором с частотой порядка 100 Гц, приводимым во вращение электродвигателем постоянного тока типа.
Переменный электрический сигнал, амплитуда которого характеризует разность температур измеряемого объекта и внутренней полости приемной оптической системы, через разделительную емкость С1 поступает на вход усилителя DA1, представляющего собой операционный усилитель типа К1401УД3, коэффициент передачи которого определятся отношением резисторов R3 и R4. С выхода DА1 информационный сигнал поступает на вход синхродетектора, выполненного на инверторе
51
К1401УД3, аналоговом ключе К590КН4, и интеграторе К140УД14. Тактовые импульсы для синхродетектора формируются при вращении обтюратора с помощью оптронной пары, состоящей из светодиода АЛ 107 и фотодиода ФД-256. Выходной сигнал фотодиода регистрируется компаратором на К1401УД3 и через резистор поступает на тактовый вход ключа. С выхода аналогового ключа преобразованный однополярный переменный сигнал поступает на вход интегратора, коэффициент передачи которого регулируется переменным резистором R5, а время интегрирования составляет 0,5 сек. и определяется резистором R6 и конденсатором С2. В интеграторе также осуществляется операция суммирования входного информационного сигнала и сигнала с терморезистора Rt, определяющего температуру внутренней полости приемной оптической системы. Терморезистор Rt включен в плечо балансного моста на резисторах и операционном усилителе К1401УД3. Балансировка моста и установка коэффициента излучения осуществляется переменными резисторами, расположенным на панели управления прибора. Для обеспечения стабильности результатов измерений при изменении величины питающих напряжений и температуры окружающей среды в схему введен стабилизатор напряжения на операционном усилителе К140УД14.
