本发明涉及在等离子体电弧熔炼（PAM）和金属锭浇铸工艺过程中用以控制合金特别是镍基高温合金的凝固的方法和设备。 对于某些用途，特别是经常使用镍基高温合金铸锭的航空与航天领域来说，要求铸锭组织不含有组织缺陷。这里所说的缺陷包括（但不限于）结疤、冷隔、缩松、晶粒度不均匀、以及导致开裂和不均匀机械性能的化学偏析。PAM工艺提供了一种通过控制输入到正在凝固的金属锭中的热量来控制铸锭组织、减少乃至消除缺陷的方法。对于这类金属锭的特性还有一个要求是，它们不应含有尺寸大于成品零件晶粒度的氧化夹杂物，因为这些夹杂物对零件的低循环疲劳性能具有有害的影响。在有些PAM工艺方法中，可以在氧化夹杂物进入盛有熔融金属的锭模之前使其从熔融金属中浮上来。
在PAM工艺过程中通常采用三种基本方法来生产合金，即滴熔法、非自耗电极熔炼法和膛式熔炼法。一般地说，用这些方法得到的最终产品是熔融金属在铸模中凝固而成的金属锭。滴熔法采用一根进料电极，利用电弧使其熔化，熔融金属液滴落到被浇铸的金属锭的上表面上。非自耗电极熔炼法所使用的进料被直接引入铸模内的熔融金属中或者被引入旋转凝壳炉膛中使之熔化并分批浇铸到金属锭地上部表面上。相比之下，膛式熔炼法所使用的进料是利用等离子体弧来熔化，熔融的金属被收集在一个水平的槽或炉床中，利用另外设置的对准炉床表面的等离子体弧使其在炉床内保持液体状态。随后将熔融金属输送到设置在锭模上方的浇注口。人们已经知道，在所有这些方法中还可以利用电弧加热铸型内金属的上表面以影响正在凝固的金属锭的凝固和冷却。为了获得所需要的合金凝固组织和铸锭表面状态，要求金属锭的冷却要适当。
电子束熔炼（EBM）法与PAM方法相类似，不同之处在于，EBM法使用的不是等离子体弧而是电子束，并且这种方法是在真空下而不是在惰性气体中进行的。以前，有人曾提出采用EBM滴熔工艺生产均匀的细晶粒金属锭的方法。作为一个实例，有一种方法采用连续铸造，其中，金属锭的上表面温度保持在合金的固相线温度以下但高于熔融金属液滴与铸锭表面形成冶金结合的温度。在这一方法中，未采取任何措施来测量用以控制滴落速率和沉积方式的铸锭表面温度，此外，人们通常认为，向金属铸锭上表面输入热量是不合乎需要的，这或许是因为缺少直接测量表面温度以控制滴落速率和沉积方式的手段。采用合金固相线或固相线以下温度的结果是，所得产品不是真正的金属锭铸件，而是冶金结合的凝固液滴的堆积物，其组织中形成了孔隙并夹带有杂质例如氧化夹杂物。
以往还曾有人提出以EBM炉床法用来生产具有所需要的内部组织及合格的表面状态的金属铸锭，但是这些方法并没有完全取得成功。这种现有技术方法通常包括目视观测熔池表面和用双色高温计测定某个或某些位置处的温度，操作人员利用这些数据人工控制电子束的功率和冲击图形，以便产生所要求的熔池表面温度，其目的是产生所需要的铸锭凝固组织。迄今为止，已经证实这种工艺过程监控方法不足以达到控制电子束功率和冲击图形以产生合乎要求的凝固组织所需要的精确度。
以前有一种采用EBM或PAM膛式工艺浇铸金属锭的方法，该方法的目标是使铸型中心处的熔池表面温度保持稍低于合金液相线温度，同时将熔池边缘处的温度保持略高于合金液相线温度。选定前一温度的目的是为了产生起到晶种作用的固体微晶，金属铸锭就是由这些晶种凝固而形成的;选定后一温度是为了避免在铸锭边缘处形成冷隔或结疤。这一方法的优点是，熔池中心温度可以用肉眼监测，因为微晶的产生提供了可以用肉眼看到的征兆，表明温度实际上已经低于合金的液相线。但是，前已述及，目视观测和人工控制熔池表面温度不能提供产生具有合格凝固组织的铸锭所需要的控制精度。
这种方法还有一个缺点是，在实施该方法时铸锭熔池表面上产生的温度梯度导致熔池中形成不能允许的快速液体对流。这种快速液体对流有可能使处于表面上的不希望有的氧化夹杂物向下移动，夹杂在凝固的铸锭中。此外，采用这种方法时表面上产生的温度梯度还导致凝固的铸锭中产生不均匀的显微组织。关于这种方法，有人还指出了另外一个缺点：当所采用的熔池温度低于液相线时，形成的金属锭熔池非常浅，所产生的凝固组织对于以电子束或电弧加热形式施加的能量的微小变化格外敏感，从而使得工艺过程更难以恰当地控制和实施。
利用电子束输入热量，其作用面积比较狭小，这一特性使得有可能对热输入进行精确的空间立体控制，但另一方面也使得难以将大面积的熔融金属表面保持均一温度。另外，使用电子束时所不可缺少的高真空限制了热量的排出并使部分合金元素蒸发。在PAM方法中，由于使用隋性气氛，可以排出较多的热量，这样形成较浅的熔池从而产生令人满意的凝固组织。惰性气体气氛还降低了合金元素的蒸发，使得容易得到所需要的铸锭成分。与EBM相比，PAM方法由于使用了电弧因而具有比较宽的热输入分布，从而比较容易使较大面积的表面保持均一温度。
因此，本发明的一个主要目的是，提供一种以金属锭形式浇铸熔融金属材料的设备，其中，凝固过程受到精确控制以使金属锭中产生予先确定的合乎要求的凝固组织。
本发明的另一目的是，将成象辐射计与PAM膛式或滴熔设备组合起来使用，其中设置成象辐射计是为了测量熔池上表面温度以及提供与该表面上温度分布有关的图象。
本发明的另外一个目的是，提供一种以金属锭形式浇铸熔融金属材料的方法，该方法包括精确地测量和监控熔池上表面温度并使电弧对准熔池的上表面，以使基本上整个熔池上表面保持大致均一的温度。
本发明还有一个目的是，提供一种以金属锭形式浇铸熔融金属材料的方法，其中，用成象辐射计测定熔池上表面温度并由成象辐射计产生与所述表面上温度分布有关的图象，该图象用于控制指向熔池上表面的电弧的强度和冲击的区域，以使熔池表面上保持大致均匀的温度。
通过提供一种利用等离子体弧熔炼（PAM）膛式或滴熔工艺以金属锭形式浇铸熔融金属材料的设备，实现了本发明的上述目的以及其它的目的，其中采用成象辐射计测量铸型内熔池上表面温度，提供与该表面上温度分布有关的图象，或者提供代表这一温度分布的信号。上述设备装备有一个或多个等离子体弧炬，用以将电弧对准熔池表面，以便获得或保持予定的熔池表面温度分布，这一温度分布由成象辐射计来监控和核查。
在本发明的方法中，提供了用以在铸型中将熔融金属材料浇铸成锭的PAM膛式或滴落工艺，这一方法包括下列步骤：测定熔池上表面温度分布，有选择地控制指向熔池表面的电弧的位置并调整其强度以使熔池表面上保持所要求的予定温度分布。这一方法的重要方面包括，在基本上整个熔池表面上保持大体上均匀的温度分布。该温度最好是保持在稍高于被浇铸成锭的金属材料的合金液相线温度。
本发明的设备和方法的进一步特征是，使用一个设置在靠近铸型内熔池表面的黑体参照辐射源，为的是在炉子运行过程中能够定期核查成象辐射计的标定精度并测定观测窗的透射损失。另外，用以使电弧瞄准熔池表面上所要求的面积或区域并调整电弧强度的电弧等离子体炬控制系统被连接到成象辐射计的输出端，其中，所测得的温度分布的视频显示可以被用来帮助操作人员将电弧对准熔池表面的特定区域，以便保持予先确定的表面温度分布。另外一个供选择的方案是，将成象辐射计的输出端与电弧等离子体炬控制装置的联接器连接到用于接收输出信号的装置和用于自动控制电弧的瞄准和强度的装置上。
本发明的这些特征及其它特征对于本专业的普通技术人员是不难理解的，读了下文中对本发明优选实施方案的详细描述并参照附图将会更清楚地理解本发明，在所有附图中，相同的标号代表相同的零部件。
图1是示意说明本发明的PAM炉床设备的有代表性的实施方案的剖面图。
图2是本发明的一个优选实施方案中PAM炉的铸型部分、成象辐射计以及有关零件的示意图。
先看图1，图中示意地描绘了适用于实施本发明的PAM炉床设备的一个有代表性的方案。炉膛10由炉床12构成。炉床内含有冷却管14，水或其它冷却介质可循环流过冷却管。这一实施方案中的炉床包含有一个用于将熔融金属输送至铸型的装置，下文中将对其作更详尽的描述。在炉膛的进口端，如箭头A所示，按已知方法使要被精炼和浇铸成锭的合金棒16连续地向炉膛内移动。作为供选择的替代方案，输送到炉膛10的原料可以采取某种特定形状，例如欲浇铸成锭的材料的小碎片或压块。
在炉膛上方安装第一个可以控制方向的能量输入装置18，最好是一个常规的电弧等离子体炬18，用它来加热延伸到炉床12上方的合金棒16的端部，使之熔化，熔化的金属材料20流入炉床内，形成熔池22。为炉床12设置了冷却液从中流过的冷却管14，这样做的目的是为了在炉床12的内表面上形成所述材料的固体结渣24，以保护炉床不会被上述熔融材料所损坏并尽量减小熔融材料吸收来自炉床的杂质的机会。
可以使用若干个可以控制方向的能量输入装置（图中用电弧等离子体炬26表示）使上述材料保持熔融状态并处于所要求的予先选定的温度上，以便将其输送到铸型28内。
需要指出的是，由于使用电弧等离子体炬18、26作为熔化合金棒16及维持熔池的能源，因此按本技术领域中熟知的方式将图1中所示的炉床12和铸型28封闭在该图中示意表示的、充满了惰性气体的壳体30内。
在炉膛的与合金棒16被熔化所处的位置相对的一端，以炉膛壁上开孔的形式设置了一个浇注口32。浇注口32使得熔融金属可以流出炉膛进入铸型28，在这里，由于从熔融金属表面辐射冷却以及通过惰性气体对流和通过铸型28传导的结果，金属材料凝固成铸锭34，上述铸型28最好带有承载冷却液例如水的冷却管36，以使铸型冷却。金属锭34按已知方法沿箭头B的方向由铸型28底部的开口29向下被拉出，最好是连续地以大致均匀的速度拉出。其拉出速度最好是与金属锭凝固前沿向上朝铸型表面增长的速度大致相同。
如前所述，离开炉膛进入铸型的熔融金属材料的温度最好是过热达到合金液相线温度以上，例如液相线温度以上30℃与100℃之间。最好是按已知方式设置一台高温计，监测浇注口32处的材料温度。必要时，可利用这一温度读数来控制电弧等离子体炬18、26，这一控制可以用人工方式或利用自动控制系统例如与高温计和电弧等离子体炬控制器相连的自动控制系统来完成。
由浇注口32供入铸型的熔融金属材料38在铸型的顶部形成金属熔池40。靠近铸型内表面的部分，由于其附近铸型内冷却管36的缘故，往往比熔池中心部位凝固要快。为了控制铸锭凝固以使铸锭中产生所需要的予先选定的凝固组织，设置了一个或多个可控制方向的能量输入装置（图中示意表示为电弧等离子体炬44），用以控制熔池40的表面温度。
到此为止，所描述的PAM方法和设备只具有大体上常规的性质。现在看图2，图中更详细地显示和描绘了图1的PAM炉的铸型部分。与图1中所示同样，充有惰性气体的外壳30将这一部分封闭起来。在充有惰性气体的外壳或容器上设置了一个电弧等离子体炬44，用来将电弧对准金属熔池40的表面。
在充有惰性气体的容器30顶部设置一个观测孔46，以使成象辐射计48能观测到铸型28内金属的上表面。这种观测孔以前在PAM炉上也曾使用过，它们最好包含有石英、蓝宝石或类似的观测窗材料。成象辐射计48（其细节将在下文中说明）和以成象辐射计传感器为基础的熔体温度控制装置最好是美国专利No.4656311中公布的那种类型，该专利已转让给本发明的受让人，这里引证该文献仅供参考。成象辐射计48设在观测孔的外面，为了减小反射及其它虚假光源的影响，最好将其设置在这样一个位置上，即辐射计的观测通道与熔池40的表面近乎垂直相交。
在容器30内有一个黑体参照源50，它靠近铸型28并处在辐射计48的视场内。可以将Mikron Instruments Model Blackbody黑体加以修改，用在PAM膛式炉内，它可用于作为辐射参照源50。这个黑体提供了一条定期核查成象辐射计48标定精度的途径，并且为成象辐射计提供了一种在炉子运行期间检测观测孔46的窗透明度变化并予以补偿的手段。这种透明度变化可能由于凝结或其它损失机制而引起。最好将一个浸入式热电偶52设在某一位置上，在那里它可用于提供对合金辐射率的现场标定，图2中所示的热电偶处在较低的工作位置上。由于存在热电偶可能污染合金的危险，利用热电偶进行标定最好是只在熔体处理过程的开始或结束时进行，或者与取样结合起来进行。总之，成象辐射计的使用提供了对整个表面上温度的连续测量，因而避免了频繁地使用浸入式热电偶。
在图2所示的优选实施方案中，温度检测装置48采用红外成象辐射计。使用一个检测器和机械扫描装置或者混合配置例如检测器与机械扫描装置的线性排列或检测器的二维电子扫描配置，可以产生熔池40表面的图象。此外，可以使用各式各样的透镜60来选出铸型及其周围物体的各种不同的视场。例如，在对该系统进行标定时，可用广角镜形成同时存在熔池表面40、黑体参照标定源50和浸入式热电偶52的图象。可以用摄远镜头有选择地将某一特别感兴趣的区域放大。
通常，通过元件的选择将低于约3微米的波长排除掉，最大限度地减小等离子体本底辐射干扰，从而使所述优选实施方案中成象辐射计及其附带的镜片、滤光镜（56、58、62）以及观测孔46的波长响应特性相适合。美国专利No.4656331中公布了一种这样的较为理想的检测器系统，该专利已转让给本发明的受让人。低温冷却的红外光子检测器材料例如锑化铟、硅化铂或各种碲化汞镉掺杂剂因其具有高的敏感性和速度因而优先选择用于检测器54。不过，本发明人认为，敏感性差一些的检测器材料例如热电晶体也可以用于实施本发明，但有一个条件，即必须满足光谱响应要求。谱带滤波器56最好是采取长通道滤波器的形式以排除小于约3微米的波长。中性密度滤光片58是用来将所检测的辐射强度水平降低到成象辐射计能接受的范围之内。此外还可以插入并调节可旋转的线偏振滤光片46，使由于熔池表面40的反射而引起的测量误差减小到最低程度。
在电弧等离子体本底辐射强度相对于熔池表面发出的热辐射来说比较小的情况下，使用其它波长范围可能是便利的。例如，当电弧及其映出的图象不在成象辐射计正在监测其表面温度的熔池位置时，就会出现上述情况。缩短电弧长度并使用特定气体如氦和氢会有助于降低在可见光和近红外波长范围内的电弧辐射强度以及在大于3微米的红外波长内形成的上述通常较低的强度。在这些情况下，在600-1100毫微米谱带区段内产生显著有效的成象辐射计波长响应的检测器及附带的镜片将构成本发明的令人满意的热检测装置。在已转让给本发明的受让人的美国专利4687344中公开了一个这样的系统，该系统用一个硅电荷注入器件平面检测器配置作为检测装置54并使用了如本发明的热检测装置中所示排列的信号处理装置（64、78）和滤光装置（56、58）。
由聚焦于熔池40表面的成象辐射计48输出视频信号，这一信号就相当于被检测的辐射率信息。该信号可以符合美国标准（例如EIARS-170）或符合欧洲标准，可以将其直接显示出来也可以对其做进一步处理。如图2中所示，没有将视频信号直接显示出来，而是将其馈送到视频分析器64。该视频分析器最好是在视频监视器66上提供连续的图示信号强度（即目标温度及温度分布）显示或覆盖。如果需要在目标物（熔池40）辐射强度（由成象辐射计测定）与视频分析器的图示显示和输出信号之间建立直接对应关系，则必须对视频分析器64进行标定和调整。视频监视器66最好是按下述方式显示所述的温度和温度分布：采用全视场图象67以灰色色调或赝采色显示出熔体或熔池40整个表面上的温度分布，此外还显示出所测得实际温度的曲线图69。
特别适用于本发明的视频分析器是Colorado Video of Boulder公司（科罗拉多州）制造的321型视频分析器。这种视频分析器配备有一个手动的外部装置，用以使一对光标68（一个水平的和一个竖直的）在监视器66所显示的图象上精确定位并取出该监视器显示的图象上任何特定点或象素的强度（测得的温度），并用来向一个或多个予定的外部装置提供与所取出的强度成正比的电压。如图2所示，配置了一台电弧等离子体炬控制计算机70，它与视频分析器64连接，通过视频分析器输出通道72接收与所检测的象素强度有关的电压信号。视频分析器64最好设有附加的输入/输出通道，图2中用通道线74、76表示，它们用来向外部装置例如计算机70提供光标地址信号以及接收来自外部装置（在该情况下也是计算机70）的光标定位信号。
可以设置一台视频彩色量化器78，对按图2所示配置通过视频分析器的视频信号做进一步处理。使用视频彩色量化器是为了在视频监视器上以分级色调彩色的形式显示出不连续的、用户设定的灰度标强度等级。一般地说，视频分析器的灰色色调显示提高了目的物中空间细部的清晰度;另一方面，在控制调整电弧等离子体炬参数以使较大面积的熔池表面达到同一温度（在显示器上由单色表示）时，由视频彩色量化器产生的赝彩色图象显示将是十分有用的。适用于本发明的商品视频彩色量化器是Colorado Video Model 606。
操作人员控制台80是用来控制电弧等离子体炬参数例如功率或强度、惰性气体流量及电弧冲击图形，以保持熔池40表面上予定的温度分布。如果打算使PAM炉完全自动化操作，可以将控制台从这一设备中删掉。控制台80与电弧等离子体炬控制计算机相连接，该计算机将控制台发出的指令传递给等离子体炬44。操作人员操纵控制器发出指令来调整电弧功率或强度以及调节惰性气体流量和在熔池表面上的电弧冲击图形。
电弧冲击图形可以采用本专业的普通技术人员熟知的方法加以控制。这类方法的例子有调节惰性气体流量、电弧的磁偏角、以及用机械方式调整等离子体炬的位置。在图2中，这种等离子体炬位置的机械调整被描绘成横向移动方式84、摆动方式86和伸缩方式88。
下面来说明在实施本发明的以金属锭方式浇铸熔融金属材料方法时如何操作这套设备。本发明的方法一般包括将金属材料加热、熔化以及输送到铸型或锭模28中，所述锭模的下部带有开口用于拉出金属锭，这一方法还包括，用成象辐射计测量熔池40的表面温度及温度分布，控制所述的表面温度分布以获得所需要的予定温度及其分布，冷却已凝固的金属锭并将其从铸型中取出，上述控制是这样实现的：有选择地控制至少一个用来将电弧对准熔池表面的电弧等离子体炬的位置并有选择地调整其强度。选择所需要的予定表面温度和温度分布是为了在凝固的铸锭中产生合乎需要的予定金相组织。
金属材料的加热、熔化和输送在PAM膛式熔炼工艺方法中通常是已知的，关于这一点，在也可以用于实施本发明的PAM滴熔法中也是如此。在充满惰性气体的室或真空室内进行的非自耗电极电弧法也可以用于实施本发明，尽管它不是最理想的方案。
本发明的核心在于，使用图2中所描述的成象辐射计48及其附件来控制正在凝固的铸锭的熔池表面的温度，以便在合金铸锭中获得所需要的予先选定的金相组织。根据本发明的一个优选实施方案，这种浇铸熔融金属材料的方法主要是针对生产镍基高温合金铸锭，不过该方法也可用于其它金属材料，例如钛基合金、锆基合金、铌基合金、钴基合金、铁基合金色及铝的金属互化物。
本发明方法的一个重要方面是，使熔池40表面上保持大致均一的温度。根据本发明，一般公认，在铸型28内熔池40表面上温度的差异不仅导致因凝固速度不同而产生不同的凝固组织，而且还引起过于激烈的熔池对流，这种对流往往导致铸锭中夹杂有氧化物或其它不希望有杂质。一般情况下氧化物趋向于飘浮在熔池表面上，当熔池发生过分对流时可能会将其拖入表面以下并留在那里。
本发明的第二个重要方面是，铸型内熔池表面的温度被保持在浇铸成锭的合金液相线温度以上。由于使该表面温度保持在合金液相线以上，熔融金属材料及正凝固的合金锭的凝固前沿对于为使大致均匀的表面温度保持在液相线以上而由电弧等离子体炬施加的能量或热量很不敏感。
虽然要求将铸型熔池表面上保持大致均一的温度，但是，为了减少乃至消除冷隔的形成以及减少或避免在浇铸过程中由于金属熔池边缘处的熔融金属凝固到铸型表面上、妨碍将整个铸锭均匀地拉出而产生的铸锭表面撕裂或开裂，可能有必要在铸型边缘处保持稍高一些的温度。最好是将铸型熔池中心区的温度保持在合金液相线以上0℃和10℃之间，不过也可以采用高于合金液相线达30℃甚至更高的铸型熔池温度来实施本发明的方法。铸型熔池边缘处的温度最好是保持不低于中心区的温度。但是，为了避免过分的液体对流，铸锭熔池的中心区和边缘之间的温差应当足够地小。
成象辐射计48使得本发明的这二个重要方面得以付诸实现，因为成象辐射计连续地监测整个铸型熔池表面并以灰色色调或赝彩色在监视器上形成图象。由于成象辐射计是在红外范围（大于约700毫微米）检测合金的辐射，因此在测定表面温度及其分布时不依赖于任何用肉眼观测的条件。在现有技术方法中，由于依赖于操作人员可用肉眼观测到某些迹象，因而通常要求工艺过程中使用的铸型熔池温度低于合金液相线温度。
在本发明的方法中，可以自动控制也可以手动控制表面温度分布。在手动控制PAM炉的情况下，操作人员利用视频监视器66显示的影象，调节电弧等离子体炬44的工作参数，主要是调整电弧功率和等离子体炬移动的图形，从而获得并保持所需要的熔池温度和大体均匀的温度分布。
作为替代方案，可以利用计算机70和实时传感器（未示出）为PAM炉提供自动控制电弧等离子体炬44的能力。在自动操作方式中，成象辐射计探测系统必须有能力给电弧等离子体炬控制器硬件提供与所观测的场景内任何选定的位置处测得的强度（温度）有关的信号。这可以通过一个类似于由视频分析器64输送给计算机70的信号72的系统来完成，其中，成象辐射计48测得的信息被自动地或有选择地扫描，以获得所观测的场景内某一或某些位置处的强度信号。
因此，通过以手动或自动操作方式调整电弧功率或强度以及等离子体炬的移动图形，可以获得近乎等温的金属上表面。一般地说，为了补偿由于辐射、惰性气体对流及传导而造成的熔池热损失，总是需要输入一些热量。铸锭凝固前沿释放出的熔解热补偿向下传导到金属锭中的热量而有余。通过水冷却的锭模28传导而损失的热量可以通过使等离子体炬向熔池40边缘移动而得到补偿，如前所述，在边缘部分保持稍高一些的温度是合乎需要的，这样可以减小或避免将铸锭从铸型中拉出时金属锭表面产生冷隔、撕裂或开裂。在控制表面温度及其分布时还有一个需要考虑的问题是，在使用PAM膛式设备时，浇注到铸型中的熔融金属的温度通常高于熔池其余部分的温度，因此在该区域电弧功率需要低一些。
在实施本发明的方法时，制得的金属锭具有比较一致的、能重复产生的内部组织和表面质量。在这一工艺方法中使用镍基合金时，可以获得的合乎要求的金相组织的例子包括：等轴的树枝状细晶粒组织、柱状枝晶组织、以及包含有等轴的树枝状细晶粒组织区和柱状枝晶组织区的组织。采用钛基合金可以得到的理想的金相组织包括等轴晶组织、柱状晶粒组织以及等轴晶粒组织与柱状晶粒组织的混合区域。
一般认为，其它工业上惯用的成象辐射计也可以用于本发明的设备和方法，但有一个条件，即它们是在与PAM方法一致的波长范围内工作并且与这种类型的设备中使用的观测孔材料相适应。采用对波长范围在900-3000毫微米的近红外线敏感的检测器的商品成象辐射计可以在本发明中使用，虽然它们不是最理想的。敏感性稍差一些的检测器材料例如热电晶体，或者采用电荷耦合器件、电荷注入器件、光导摄象管以及其它在可见光波长范围内工作的固态或真空管电视摄象机可以用来代替上述最理想的成象辐射计，但必须满足光谱响应要求。
另外，一般还认为，在成象辐射计检测系统中视频分析器和视频彩色量化器所起的作用可以由视频取帧器（即与具有内部数字帧存储能力的数字转换器类似的电视）和在用于视频图象处理的计算机中工作或与过程控制计算机结合在一起的适当软件来完成。