служит радиационный термоэлемент с приемной площадкой в виде круга диаметром 3 мм, покрытого MgCO,. Угол поля зрения радиометра около 10°. Показания огсчитывакяся по измерительному прибору, включенному в мостовую схему (рис. 42, б). Диапазон измеряемых температур можно

Рис. 42. Конструкция (а) и влектрическая схема (б) термоэлектрического радиометра:

/ - диафрагмы; 2 - объектив; S >- подвижный яатвор; 4 - приемная площадка раднацнонного термоэлемента; 6 - медная обмотка электротермометра; 6 - коммутатор; 7 - поворотный ключ.

изменять с помощью коммутатора, но максимальное значение температуры не должно превышать 300° С; в противном случае необходимы диафрагмирование и переградуировка прибора. Теория работы радиометра состоит в следующем (34].

Если круглый объект, площадью 5ц = Х имеющий абсолютную температуру Гц и интегральный коэффициент излучения 8ц, расположен на расстоянии L от объектива радиометра (диаметр Doa, фокусное расстояние /об, интегральный коэффициент пропускания Тоб), то лучистый

поток, воспринимаемый приемником излучения с температурой Гпр и интегральным коэффициентом излучения 8пр, находится из выражения

о (ецГ^ - eJ%) 5ц - tat

(2.5)

где Та - интегральный коэффициент пропускания слоя атмосферы между объектом и приемником; а = 5,7 х

X 10- Вт/м К*.

Вводя в качестве характеристики приемника излучения удельную чувствительность X, равную э. д. с. на зажимах приемника при падении на него лучистого потока 1 Вт, и обозначая d - диаметр рабочей площадки приемника, а q - ее площадь, находим

% = Х'Таоб9п(

eцi д

(2.6)

При выводе формулы (2.6) предполагалось, что L /об H-j = -. Дальнейшие упрощения могут быть получены, если положить:

8пр 1, 8цГ* = (-Гц)* = 71,

где Гэ- эквивалентная температура объекта. Тогда, в формуле (2.6) могут быть сделаны следующие преобразования:

где

71-71р = (П-Гпр)(Гз + + Гпр) {Т1 + Г^р) - Г*Г'пр (1 + 2),

8цГц 8прГпр

(2.7)

7--1 ~;::5-1

Г* = П-Гпр. с учетом (2.7) выражение (2.6) запишется в виде

\ fo6

(1+2).

(2.8)

В практических расчетах можно полагать s 0,95, Тоб = 0,65 (многолинзовый объектив из КРС-5); % = = 0,5 -г- 1 В/Вт.

Для определения температуры приемника Тпр в корпусе радиометра помещена медная обмотка электротермометра, однако экспериментально полученные тарировочные кривые показывают слабое влияние изменений Тпр (в диапазоне 25-40° С) на выходной сигнал, так что можно полагать Тпр ж 290 К.

Значительно большее значение имеет коэффициент Вц излучения объекта, завпсящий от его материала и состояния поверхности. Отсчет температуры при визировании

1 2 3 4 5 6 7 8 -

ч

Рис. 43. Схема портативного радиометра;

/ - исследуемый объект; 2 - полиэтиленовое входное окно; 3 - электронный затвор; 4 - приемник излучения; 5 - оптический фильтр; 6 - зеркальный объектив; 7 - электронный блок; 8 - измерительный прибор.

зачерненной поверхности тела практически соответствует его истинной температуре. Поэтому, если Ец не указан, его можно определить для данного материала, взяв отношение двух отсчетов с зачерненного и незачерненного участков поверхности.

Интервал времени, необходимого для одного измерения, определяется инерционностью радиационного термоэлемента и измерительного прибора и составляет 7 с, точность измерения температуры порядка 0,3°.

По аналогичной схеме выполнен портативный радиометр (рис. 43), предназначенный для неконтактного измерения температуры близко расположенных поверхностей [99]. Так же как и в предыдущем радиометре, здесь отсутствуют вращающиеся детали, а в качестве приемника излучения применена зачерненная термопара, помещенная в вакуумированный баллон.

Приходящее излучение вызывает нагрев термопары до некоторой температуры, сопоставляемой с температурой холодного спая (усредненной температурой корпуса). Искомую температуру объекта определяют по прибору, уста-нввленному на задней стенке радиометра. Входное окно из полиэтиленовой пленки и фильтр, установленный перед приемником излучения, ограничивают спектральную об-

ласть работы радиометра в диапазоне длин волн от 8 до 20 мкм.

Нормальное расстояние между прибором и поверхностью, температура которой измеряется, составляет 1270 мм, температурная чувствительность прибора О, Г, время, необходимое для измерения, 0,75 с, масса оптической головки около 1 кг. Радиометр может работать в двух режимах: в режиме измерения абсолютной температуры в диапазоне от -10 до -f 60° Сив режиме измерения разностной температуры ±5° относительно выбранной (опорной) поверхности. Конструктивно радиометр оформлен в виде пистолета, так что его легко держать за ручку одной рукой. Длительность функционирования без замены батареи 100 ч.

Точность работы инфракрасных радиометров во многом зависит от температуры окружающей среды, которая влияет на параметры приемника излучения, интерференционного фильтра и эталонного излучателя (черного тела). Этот недостаток исключен в радиометре, разработанном в Ленинградском институте точной механики и оптики (ЛИТМО) и предназначенном для измерения температуры поверхности моря в диапазоне от -2 до -f 35° С [58]. Особенность этого радиометра - отсутствие в нем отдельного эталонного излучателя и термостабилизация всех элементов оптической головки. Роль эталонного излучателя выполняет внутренняя полость металлического корпуса оптической головки, температура которой известна и поддерживается постоянной.

В радиометре используется малогабаритный зеркальный

1 : 0,75 и

объектив с относительным отверстием

фокусным расстоянием /об = 15 мм, состоящий из двух сферических зеркал, закрепленных в металлическом корпусе (рис. 44). Излучение от исследуемого объекта поступает в объектив через входное окно - фильтр из ИКС-25, срезающее коротковолновую радиацию до 1 мкм, и интерференционный фильтр с полосой пропускания &-13 мкм. Излучение модулируется двухлопастным зеркальным прерывателем с частотой 35 Гц, приводимым во вращение двигателем. Когда поток от объекта перекрыт лопастью прерывателя, в объектив поступает излучение от внутренней полости, отраженное лопастью. Приемником излучения служит болометр БСГ-2, расположенный в фокусе объектива.

Температуру корпуса контролируют электротермометром и поддерживают постоянной при одном из двух значений: 15 или 30° С. Для этого служит обмотка нагрева, термодатчики и схема термостабилизации. Для улучшения режима термостабилизации корпус оптической головки помещен в кожух из пенопласта толщиной 50 мм, благодаря

Рис. 44. Схема радиометра с термостабилизирован-ной оптической головкой:

/ - входное окно - фильтр из ИКС-25; 2 - двухлопастный прерыватель; 3 - интерференционный фильтр; 4 - первичное зеркало объектива; 5 - вторичное зеркало объектива; 6 ~ полупроводниковый болометр; 7 корпус оптической головки; 8 - обмотка нагрева корпуса; 9 - схема термостабнлнзацнн; 10, II - термодат-чнки; 12 - электротермометр; 13 - двигатель привода прерывателя; /* - генератор опорного напряжения; 16 - предварительный усилитель фототока; 16 - основной усилитель; 17 ~ синхронный детектор; 18 - ленточный регистратор; 19 - блок питания.

которому температура в корпусе изменяется не более чем на 0,1°, при этом температура вне кожуха может колебаться в пределах d=10° от среднего значения с периодом не свыше 8 ч. Выходной сигнал с приемника излучения усиливается, детектируется и записывается на ленте регистратора. Опорный сигнал для синхронного детектирования вырабатывается генератором опорного напряжения, ротор которого вращается синхронно с прерывателем.

Нагрев корпуса оптической головки до одной из фиксированных температур (15 или 30° С) позволяет выбрать оптимальный режим работы прибора, при котором разность

температур исследуемого объекта и корпуса не превышает

10 12°. В этом случае шкала прибора получается линейной

без применения специальной схемы линеаризации сигнала.

Время выхода оптической головки на режим стабилизации 70 мин. Чувствительность радиометра 0,03-0,04° при изменении температуры поверхности моря в пределах от О до 30° С. Точность измерения температуры ±0,15° при температуре воды 20° С. Габариты оптической головки 180 X X 180 X 180 мм.

Для определения интенсивности излучения различных нагревательных установок предложена новая схема радиометра. Он состоит из портативной головки с приемником излучения, гибкого кабеля и измерительного прибора.

Чувствительным элементом радиометра служит фотосопротивление на основе PbS с размером площадки 10 х 10 мм. При срабатывании затвора фотосопротивление открывается на короткий промежуток времени ( /20 с) и в его цепи возникает импульс тока, который после усиления четырех-каскадным линейным усилителем заряжает конденсатор емкостью 1 мкФ с миларовым диэлектриком. Напряжение на конденсаторе, пропорциональное лучистому потоку, воспринимаемому приемником излучения, измеряется электронным вольтметром. Для устранения влияния изменения температуры на характеристики приемника предусмотрен электронагреватель головки радиометра с регулятором температуры; в качестве регулятора используется транзистор. Коллекторный ток транзистора изменяется в зависимости от температуры внутри кожуха головки и регулирует ток, проходящий через нагревательный элемент (сопротивление 20 Ом). В результате действия терморегулятора температура внутри кожуха поддерживается на уровне 35 ± 0,5° при колебаниях напряжения сети ±20%.

Переключателем диапазонов измерения температуры обеспечивается подача на фотосопротивление семи различных напряжений; радиометр градуируют при каждом напряжении [80].

6. ПРИЕМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В РАДИОМЕТРАХ

Один из главных элементов радиометра, определяющих его чувствительность,- приемник излучения, преобразующий энергию оптического излучения в электрическую