RU2396525C2

RU2396525C2 - Method for remote measuring temperature of moving object

Info

Publication number: RU2396525C2
Application number: RU2008124774/28A
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Бодров (RU); Владимир Николаевич Бодров; Мостафа Махмуд Рассел (RU); Мостафа Махмуд Рассел
Original assignee: Владимир Николаевич Бодров; Мостафа Махмуд Рассел
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2010-08-10
Also published as: RU2008124774A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: method involves optical reception of the thermal radiation signal of the object, spectral decomposition of the signal, formation of an radiation spectrum image on the surface of a matrix of receivers, signals from the outputs of which are approximated by approximants of a Planck function database for a set of temperature values. The most accurate approximant is selected and its corresponding temperature value and error are output. The same signals from the receiver matrix are approximated using the database for a set of images of the object. The most accurate approximant is selected and its corresponding error for identifying the image of the object is output in form of a drive alignment signal with possibility of aligning the optical system in the direction of the moving object.

EFFECT: higher accuracy of measuring temperature of a moving object owing to automatic alignment on zero bias of spectral decomposition and use of energy of all receivers in the receiver matrix.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области дистанционного измерения температуры движущегося объекта и может быть использовано в измерительной технике, метрологии, дистанционном зондировании.The invention relates to the field of remote temperature measurement of a moving object and can be used in measuring equipment, metrology, remote sensing.

Известно устройство бесконтактного измерения температуры (А.с. 1803747, МПК 5 G01J 5/60, 1987 г.), содержащее оптическую систему, приемник излучения, дифференциатор, два амплитудных детектора, оптический гетеродин, перестраиваемый оптический модулятор, устройство смешения оптических пучков, резонансный усилитель и блок деления.A device for non-contact temperature measurement (A.S. 1803747, IPC 5 G01J 5/60, 1987), containing an optical system, a radiation receiver, a differentiator, two amplitude detectors, an optical local oscillator, a tunable optical modulator, a device for mixing optical beams, resonant amplifier and division unit.

Известен спектральный пирометр (патент US 4605314, МПК 4 G01J 5/24, 1986 г.), состоящий из электрического модуля и оптического модуля, который содержит передающий блок, блок спектрального разложения и блок детектора.Known spectral pyrometer (patent US 4605314, IPC 4 G01J 5/24, 1986), consisting of an electrical module and an optical module that contains a transmitting unit, a spectral decomposition unit and a detector unit.

Недостатком известных устройств является зависимость измерений от угла направления на движущийся источник излучения, так как при изменении этого угла изменяется положение изображения спектра излучения на поверхности детектора спектра излучения, а стабилизация положения изображения спектра не производится, так как автоматическое визирование на объект не предусмотрено.A disadvantage of the known devices is the dependence of the measurements on the angle of direction to a moving radiation source, since when changing this angle, the position of the image of the radiation spectrum on the surface of the radiation spectrum detector changes, and the stabilization of the position of the spectrum image is not performed, since automatic sighting is not provided for the object.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ, реализованный в устройстве бесконтактного измерения температуры движущегося объекта (патент RU 2213942, МПК 7 G01J 5/60, 2003 г.), заключающийся в оптическом приеме сигнала теплового излучения объекта, спектральном разложении сигнала, формировании изображения спектра излучения на поверхности матрицы приемников, сигналы с выходов которых обрабатываются процессорным блоком, выполненным с возможностью поиска максимального значения выходного сигнала приемника по матрице приемников, возможностью определения максимального значения производной выходных сигналов приемников по матрице приемников и возможностью вычисления температуры по отношению максимального значения производной выходных сигналов по матрице приемников к максимальному значению выходного сигнала приемника по матрице приемников.Closest to the proposed solution is a method implemented in a device for non-contact temperature measurement of a moving object (patent RU 2213942, IPC 7 G01J 5/60, 2003), which consists in optical reception of the signal of thermal radiation of the object, spectral decomposition of the signal, image formation of the radiation spectrum on the surface of the matrix of receivers, the signals from the outputs of which are processed by a processor unit configured to search for the maximum value of the output signal of the receiver from the matrix of receivers the ability to determine the maximum value of the derivative of the output signals of the receivers in the matrix of receivers and the ability to calculate the temperature with respect to the maximum value of the derivative of the output signals in the matrix of receivers to the maximum value of the output signal of the receiver in the matrix of receivers.

Недостатком этого способа, в дополнение к указанному выше, является ограниченность точности измерений, так как при процессорной обработке для определения максимального значения сигнала по матрице приемников используется энергия только одного приемника, выработавшего максимальный сигнал.The disadvantage of this method, in addition to the above, is the limited accuracy of the measurements, since during processing to determine the maximum value of the signal from the matrix of receivers, the energy of only one receiver that produces the maximum signal is used.

Задачей изобретения является повышение точности дистанционного измерения температуры движущегося объекта путем введения автоматического визирования измерителя на движущийся объект и использования энергии всех приемников матрицы приемников.The objective of the invention is to improve the accuracy of remote temperature measurement of a moving object by introducing automatic sighting of the meter on a moving object and using the energy of all receivers of the receiver matrix.

Решение задачи достигается тем, в способ дистанционного измерения температуры движущегося объекта, заключающийся в оптическом приеме сигнала теплового излучения объекта, спектральном разложении сигнала, формировании изображения спектра излучения на поверхности матрицы приемников, сигналы с выходов которых обрабатывают процессорным блоком, введены аппроксимация сигналов матрицы приемников аппроксимантами банка данных функций Планка для множества температур, выбор наиболее точной аппроксиманты и вывод соответствующего ей значения температуры и погрешности ее определения, а также аппроксимация тех же сигналов матрицы приемников аппроксимантами банка данных для множества изображений объектов, выбор наиболее точной аппроксиманты и вывод соответствующего ей значения погрешности распознавания изображения объекта в виде сигнала управления приводом визирования с возможностью визирования оптической системы в направлении на движущийся объект.The solution to the problem is achieved by the method of remotely measuring the temperature of a moving object, which consists in optical reception of the signal of thermal radiation of the object, spectral decomposition of the signal, forming an image of the radiation spectrum on the surface of the matrix of receivers, the signals from the outputs of which are processed by the processor unit, the approximation of the signals of the matrix of receivers by bank approximants is introduced Planck functions for a variety of temperatures, choosing the most accurate approximation and deriving the corresponding value temperature and errors of its determination, as well as approximation of the same signals of the receiver matrix by approximants of the data bank for a set of images of objects, selecting the most accurate approximation and displaying the corresponding value of the recognition error of the image of the object in the form of a control signal for the sighting drive with the possibility of sighting the optical system in the direction of the moving an object.

Технический результат состоит в том, что повышается точность измерения температуры движущегося объекта за счет введения автоматического визирования по нулевому потоку спектрального разложения и использования для процессорной обработки энергии всех приемников матрицы приемников.The technical result consists in that the accuracy of measuring the temperature of a moving object is improved by introducing automatic sighting at a zero flux of spectral decomposition and using all the receivers of the receiver array for processor energy processing.

Способ может быть реализован в соответствии со структурной схемой, представленной на чертеже.The method can be implemented in accordance with the structural diagram shown in the drawing.

Структурная схема содержит оптическую систему 1, блок 2 спектрального разложения, матрицу 3 приемников, процессорный блок 4, банк 5 данных функций Планка для множества температур, банк 6 данных для множества изображений объектов и привод 7 визирования на движущийся объект.The block diagram contains an optical system 1, a spectral decomposition unit 2, a receiver array 3, a processor unit 4, a Planck function data bank 5 for a plurality of temperatures, a data bank 6 for a plurality of object images, and a sighting drive 7 for a moving object.

Способ бесконтактного измерения тепловых данных движущегося объекта реализуется следующим образом. От источника излучения тепловой поток подают через оптическую систему 1 на блок 2 спектрального разложения, которым формируется изображение спектра излучения на поверхности матрицы 3 приемников (поток 1-го порядка) одновременно с оптическим изображением самого объекта (поток 0-го порядка). Сигналы с выходов матрицы 3 приемников обрабатываются процессорным блоком 4 для определения температуры Т движущегося объекта и для обеспечения непрерывного визирования оптической системы на движущийся объект.The method of non-contact measurement of thermal data of a moving object is implemented as follows. From the radiation source, the heat flux is fed through the optical system 1 to the spectral decomposition unit 2, which forms the image of the radiation spectrum on the surface of the receiver array 3 (1st order flux) simultaneously with the optical image of the object itself (0th order flux). The signals from the outputs of the matrix 3 of receivers are processed by the processor unit 4 to determine the temperature T of the moving object and to ensure continuous sighting of the optical system on the moving object.

Для определения температуры Т выполняют аппроксимацию сигналов матрицы 3 приемников каждой хранящейся в банке 5 данных аппроксимантой функций Планка P₁…P_n, каждая из которых соответствует конкретной температуре объекта T₁…T_n, выбирают аппроксиманту P_k с минимальной погрешностью аппроксимации δP_k→min и выводят соответствующее ей значение температуры объекта Т=T_k и погрешности ее определения δТ≡δP_k.To determine the temperature T, the signals of the matrix of 3 receivers are approximated for each approximation of the Planck functions P ₁ ... P _n stored in the data bank 5, each of which corresponds to a specific object temperature T ₁ ... T _n , the approximant P _{k is} selected with the minimum approximation error δP _k → min and derive the corresponding temperature value of the object T = T _k and the errors of its determination δT δδP _k .

Для обеспечения непрерывного визирования оптической системы на движущийся объект, то есть отклонения направления визирования от оптической оси оптической системы на угол Δφ→0, выполняют аппроксимацию тех же сигналов матрицы 3 приемников каждой хранящейся в банке 6 данных аппроксимантой из множества изображений объектов O₁…O_m, выбирают аппроксиманту O_k с минимальной погрешностью аппроксимации δO_k→min и выводят это значение погрешности распознавания изображения объекта в виде сигнала управления приводом визирования Δφ≡δO_k с возможностью визирования оптической системы в направлении на движущийся объект.To ensure continuous sighting of the optical system on a moving object, that is, deviations of the direction of sight from the optical axis of the optical system by an angle Δφ → 0, the same signals of the receiver matrix 3 are approximated by each approximate from the set of images of objects O ₁ ... O _m selected approximant O _k with the minimum approximation error δO _k → min and this value is outputted as a drive control signal of the object image recognition error sight Δφ≡δO _k with possible Tew viewing optical system in the direction of a moving object.

Способ может быть реализован в устройствах, выполняемых из известных модулей и на элементной базе, применяемых в измерительной технике и метрологии. Конструктивное выполнение блоков 1…4 может совпадать с аналогичными блоками прототипа. Конструкции блоков 5, 6 памяти очевидны из уровня техники. Программное обеспечение процессорной обработки типовое. Конструктивное выполнение привода 7 визирования известно, например, по патенту РФ 2189049, G01S 3/78, 2002.The method can be implemented in devices made from known modules and on an elemental base used in measuring technique and metrology. Constructive execution of blocks 1 ... 4 may coincide with similar blocks of the prototype. The design of memory blocks 5, 6 is obvious from the prior art. Typical processor processing software. The design of the drive 7 sighting is known, for example, according to the patent of the Russian Federation 2189049, G01S 3/78, 2002.

Claims

A method for remotely measuring the temperature of a moving object, which consists in optical reception of the signal of thermal radiation of the object, spectral decomposition of the signal, forming an image of the radiation spectrum on the surface of the matrix of receivers, the signals from the outputs of which are processed by the processor unit, characterized in that the image of the radiation spectrum is formed simultaneously with the optical image of the moving object and provide continuous sighting of the optical system to a moving object by controlling the drive m of sight, in this case, the signals of the receiver matrix are approximated by the approximants of the data bank of the Planck functions for a variety of temperatures, the most accurate approximant is selected, the corresponding temperature value and the error of its determination are derived and the same signals of the receiver matrix are approximated using the data bank for a variety of images of the object, the most the exact approximant and the corresponding value of the recognition error of the image of the object in the form of a control signal of the drive sight Ania.