Рассчет температуры по напряжению,снятому с ПЗС-линейки Опции

[Снежный Барс]

Есть такой вопросик - никто не пробовал рассчитывать температуру по напряжению, снятому с ячеек ПЗС-линейки? Температура колеблется в пределах от 900 до 1500 С. Может быть кто-нибудь работал в этой,или близкой к этой, области. Также буду признателен за любую сопутствующую информацию.

[Andy Mozzhevilov]

Есть такой вопросик - никто не пробовал рассчитывать температуру по напряжению, снятому с ячеек ПЗС-линейки? Температура колеблется в пределах от 900 до 1500 С. Может быть кто-нибудь работал в этой,или близкой к этой, области. Также буду признателен за любую сопутствующую информацию.

Почитайте книги по ИК технике. Например - Криксунов "Справочник по основам инфракрасной техники". Советское Радио 1978.
Максимум спектральной плотности излучения при 900 градусах будет находиться на 2,47 мкм, при 1500 - на 1,63 мкм.

Также посмотрите тему
http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=8956&hl=

[Andy Mozzhevilov]

И еще темы:
http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=2336&hl=
http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=14015&hl=
http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=16676&hl=

[Снежный Барс]

К сожалению, нас ИК область не интересует. Планируется снимать данные с 2-х ПЗС-линеек, одна из которых принимает сигнал на длинне волны 500 нм, а другая - на 650 нм.

[DS]

А зачем в таких коротковолновых диапазонах ? Надо одну из длин волн брать где-нибудь у пика излучения 900С, а вторую - у 1500С. Спадения же довольно крутые - Вы температуру иначе будуту измерять +- трамвайная остановка.

Линейки, наверное, лучше брать AaGaIn.

[Снежный Барс]

А зачем в таких коротковолновых диапазонах ? Надо одну из длин волн брать где-нибудь у пика излучения 900С, а вторую - у 1500С. Спадения же довольно крутые - Вы температуру иначе будуту измерять +- трамвайная остановка.

Линейки, наверное, лучше брать AaGaIn.

Пик будет приходиться на ИК-область, где мы не можем работать, т.к. среда распространения будет менять спектр излучения.

[DS]

На ИК, но на близкую. А что за среда ? При таких длинах волн отчночть измерения будет, скорее всего, никакая.

[Снежный Барс]

Пылезапыленная среда, свойства которой еще будут изучаться. В видимой области спектра искажения будут меньше

[Andy Mozzhevilov]

К сожалению, нас ИК область не интересует. Планируется снимать данные с 2-х ПЗС-линеек, одна из которых принимает сигнал на длинне волны 500 нм, а другая - на 650 нм.

Линейка не может принимать сигнал на одной конкртеной длине волны, все равно должен быть
какой-то диапазон длин волн, в котором будет восприниматься сигнал. В любом случае этот сигнал в вашем случае будет слишком мал.
Например, если взять датчик, воспринимающий сигнал в диапазоне длин от 600 до 700 нм,
то в этот диапазон попадет всего лишь 0,25% излучения от тела, нагретого до 1500 градусов.
Для 900 градусов будет и вовсе менее 0,01%. Попросту можно сказать, что вы ничего не увидите в этом спектральном диапазоне.

[DS]

to Снежный Барс

Это совершенно не факт - поглощение и рассеяние падает обратно квадрату длины волны. А выбирать точки измерения, не измерив спектр поглощения при различных условиях вообще нельзя. Если Вы находитесь далеко от пика интенсивности, даже небольшое изменение поглощения на одной из длин волн может привести к неопределенному результату.
Так что для начала надо производить измерения поглощения с помощью фурье-спектрометра. Хотя, если у Вас горячий цех, это будет проблематично. Но если приноровиться, то вполне возможно.

to Andy Mozzhevilov

Ну фильтром можно и 10 нм вырезать - было бы ради чего.

[Снежный Барс]

To Andy Mozzhevilov
Да, действительно, мы используем светофильтры, полоса пропускания которых равна центральная частота +- 5 нм. Излучения от тел, нагретых до температур 900 - 1500 С столь велика(порядка 10^9), что даже 0,01% будет достаточно. Это исключает засветку ПЗС-линейки.



To DS_
Измерять спектр при различных условиях - также часть нашей работы

[Andy Mozzhevilov]

To Andy Mozzhevilov
Да, действительно, мы используем светофильтры, полоса пропускания которых равна центральная частота +- 5 нм. Излучения от тел, нагретых до температур 900 - 1500 С столь велика(порядка 10^9),

10^9 это чего?

что даже 0,01% будет достаточно. Это исключает засветку ПЗС-линейки.

Думаю, что вы не совсем понимаете, о чем говорите.
Тело, нагретое до 1500 практические не имеет излучения на 650 нм.
Измерения таких температур можно сделать в диапазоне 3-5 мкм.
Ваши 500 нм и 650 нм находятся уже в видимом диапазоне.
500 нм где-то в районе зеленого, 650 нм - желто-красного.

Даже если вы в принципе сможете измерить сигнал на выходе ПЗС, обусловленный той долей излучения, которое попало в спектральный диапазон вашего приемника, то
как вы будете отделять излучения в световом диапазоне от той мизерной части излучения,
которая попадает в этот диапазон от ваших нагретых до 900 - 1500 градусов тел?

[Снежный Барс]

Если рассматривать распределение энергии по закону Планка, то на 500 нм тело с температурой 900 градусов будет излучать энергию около 450 Вт/нм, тело с температурой 1500 - 156 624 400 Вт/нм. На 650 нм для температуры 900 градусов - 188 000 Вт/нм, для 1500 - 3 538 340 000 Вт/нм

Сообщение отредактировал Снежный Барс - Aug 4 2006, 06:02

[Andy Mozzhevilov]

Если рассматривать распределение энергии по закону Планка, то на 500 нм тело с температурой 900 градусов будет излучать энергию около 450 Вт/нм, тело с температурой 156 624 400 Вт/нм. На 650 нм для температуры 900 градусов - 188 000 Вт/нм, для 1500 - 3 538 340 000 Вт/нм

Я не знаю, откуда вы взяли эти цифры и почему размерность у вас Вт/нм? Если не трудно, поясните
свои цифры расчетами.
Закон Планка определяет плотность излучения в спектральном интервале. Поэтому нет смысла говорить об излучении на конкртеной длине волны, оно будет бесконечно мало.
Если взять ваш спектральный диапазон 645-655 нм, то в этом диапазоне вы получите плотность
излучения 0,2 Вт/м^2 - для 900 градусов и 122 Вт/м^2 - для 1500 градусов.
В то время как во всем диапазоне длин волн по закону Стефана-Больцмана для 900 градусов плотность излучения абсолютно черного тела будет составлять ~ 107000 Вт/м^2 - для 900 градусов,
и 560000 Вт/м^2 - для 1500 градусов.
Вы хотите работать в диапазоне, в который попадает менее 1% от излучаемой энергии.
Это не реально. Это все равно, что глазами в темных очках на расстоянии определить, нагрет объект
или нет. О каком-либо измерении речи вообще идти не может.

[Снежный Барс]

В размерности действительно ошибочка [Вт/м^2]. Почитайте вот эту статью...

Прикрепленные файлы

 Статья_vrs2_.rar ( 423.89 килобайт ) Кол-во скачиваний: 835

 

[khach]

вообще- то ПЗС линейка для измерения температуры совершенно ненужна- достаточно двух фотодиодов с соответствующими оптическими фильтрами- по двум точкам аппроксимируем голубой "хвост" кривой излучения абсолютно черного тела с коррекцией на коэффициент серости конкретного объекта. ИК излучения действительно на порядки больше, чем видимого, но чувствительности диодов с головой хватает. В крайнем случае ставим вертушку и делаем синхронное детектирование. Поскольку к ИК излучению, длиннее 1.1 мкм кремниевый фотодиод ( и ПЗС) слепы, то надо заботиться только о том, чтобы сфокусированный на приемник ИК не спалил его ( там ИК столько, что можно все обуглить). Для этого применяются "холодные зеркала"- пластина из кремния с напыленным золотом под 45 градусов к потоку света- ИК проходит сквозь такое зеркало и поглощается в ловушке, а отраженный видимый свет попадает на детектор.

[Снежный Барс]

Это все понятно. Но мы задались целью создать пирометр, гед в качестве приемника будут использоваться не фотодиоды, а ПЗС-линейки... С координатами все более-менее понятно. А вот температура...

[Andy Mozzhevilov]

В размерности действительно ошибочка [Вт/м^2]. Почитайте вот эту статью...

Статья ясности не добавила. Там та же размерность на графиках указана Вт/нм.
Откуда она берется - мне не понятно. Если вы пользуетесь законом Планка, то на выходе у вас
получится размерность Вт/м^2. Либо приведите преобразование, которое используется для перевода
Вт/м^2 в ваши Вт/нм. Энергия в Ватах по оси Y тоже имеет какие-то заоблачные значения.

[khach]

Это все понятно. Но мы задались целью создать пирометр, гед в качестве приемника будут использоваться не фотодиоды, а ПЗС-линейки... С координатами все более-менее понятно. А вот температура...

Тогда займитесь анализом допустимых погрешностей- на ПЗС вы потеряете в динамическом диапазоне ( типичная динамика фотодиода 10 порядков, ПЗС- 3-4 порядка максимум), неоднозначностью передаточной характеристики между пикселями ( может набраться до нескольких процентов, что потребует калибровки под каждую конкретную линейку и существенно усложнит математику). Разберитесь с установкой и типом фильтров- одна ПЗС, сменный фильтр ( на колесе например), две ПЗС- два фильтра, ПЗС от сканера ( трехканальная, со встроенными фильтрами). Или вообще система с монохроматором ( призменным или диффракционным)- тогда с ПЗС считывается не позиционный сигнал, а готовый спектр излучения. Незабывайте о внешней подсветке- иногда в каналах регистрации сидит огромный сигнал 100 Гц от люминесцентных ламп ( постоянную подсветку неупоминаю, как тривиальный случай).
По поводу фильтров- с узкополосными (единицы- десятки нанометров) легче обрабатывать сигнал (справлялись прцессоры типа 51). С широкополосными ( сканерные трехцветные ПЗС) добавиться операция перемножения сигнала на спектральную характеристику фильтра (как минимум надо АРМ ставить на обработку)

[Снежный Барс]

[/quote]
Тогда займитесь анализом допустимых погрешностей- на ПЗС вы потеряете в динамическом диапазоне ( типичная динамика фотодиода 10 порядков, ПЗС- 3-4 порядка максимум), неоднозначностью передаточной характеристики между пикселями ( может набраться до нескольких процентов, что потребует калибровки под каждую конкретную линейку и существенно усложнит математику).
[/quote]

Насчет этого планируется создать лабораторную установку, которая бы позволяла учитывать неоднородную чувствительность каждой ячейки ПЗС-линейки. Так что с этим проблемы не будет.

[/quote]
Разберитесь с установкой и типом фильтров- одна ПЗС, сменный фильтр ( на колесе например), две ПЗС- два фильтра, ПЗС от сканера ( трехканальная, со встроенными фильтрами). Или вообще система с монохроматором ( призменным или диффракционным)- тогда с ПЗС считывается не позиционный сигнал, а готовый спектр излучения. Незабывайте о внешней подсветке- иногда в каналах регистрации сидит огромный сигнал 100 Гц от люминесцентных ламп ( постоянную подсветку неупоминаю, как тривиальный случай).
По поводу фильтров- с узкополосными (единицы- десятки нанометров) легче обрабатывать сигнал (справлялись прцессоры типа 51). С широкополосными ( сканерные трехцветные ПЗС) добавиться операция перемножения сигнала на спектральную характеристику фильтра (как минимум надо АРМ ставить на обработку)
[/quote]

Используется 2 светофильтра и 2 ПЗС-линейки. На одну приходится сигнал, проходящий через светофильтр с центральной частотой пропускания 500 нм, а на другой - с центральной частотой 650 нм.

[khach]

Используется 2 светофильтра и 2 ПЗС-линейки. На одну приходится сигнал, проходящий через светофильтр с центральной частотой пропускания 500 нм, а на другой - с центральной частотой 650 нм.

Ясно, "мы не ищим легких путей" и "стоя, в гамаке, в ластах" (с). Изображения на двух разнесеных ПЗС будут разные, паразитные засветки, коэффициенты передачи электроники, температурные режимы ( темновые токи пикселей) тоже. Каков хоть размер изображения ( в пикселях) и скорость его движения (если есть) измеряемого обьекта? Изображения же еще совмещать прийдется цифровым образом. И с фильтрами непонятно- полоса пропускания у них какая? Если широкая, то готовьтесь к траху с интерференционными осцилляциями коэффициента чувствительности ПЗС ( такая волна на передаточной характеристике ПЗС). Как калиброваться то планируете? Незабывайте об автоматически регулируемом электронном затворе ПЗС- без него никакой динамики неполучиться ( или пересвет, или сплошные шумы), а с ним - каналы разъедутся. ИМХО проще делать два датчика- на ПЗС позиционный, и на паре фотодиодов- термометр.

[DS]

Это все понятно. Но мы задались целью создать пирометр, гед в качестве приемника будут использоваться не фотодиоды, а ПЗС-линейки... С координатами все более-менее понятно. А вот температура...

Так а чем Вам AsGaIn линейки не нравятся ? Их охлаждать не надо, при 10 нм ширине фильтра легко найти полосу, где почти нет обертонных поглощений от всяких СО, OH, CH. Или надо еще, чтобы все устройство 100 баксов обходилось ?