[發明專利]一種三CCD溫度場測量裝置及方法

有效

• 申請號: 200910077464.1
• 申請日: 2009-02-12
• 公開（公告）號: CN101487740A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發明（設計）人: 符泰然;鐘茂華;史聰靈;程曉舫
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01J5/20
• 分類號: G01J5/20
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司
• 代理人: 張國良

1.一種三CCD溫度場測量裝置，其特征在于，該裝置包括：光學鏡頭、分光棱鏡組、濾色片、三個CCD面陣傳感器及數據采集分析單元，

所述光學鏡頭，用于光學成像，將待測物體的輻射聚焦在所述分光棱鏡組的入射面上；

所述分光棱鏡組，將投射的輻射等分為三束不同方向的波段輻射，分別從三個出射面出射；

所述三個CCD面陣傳感器，分別設置于所述分光棱鏡組的三個出射面處；所述濾色片則設于每個CCD面陣傳感器的焦平面與分光棱鏡組的出射面之間，并且三個濾色片具有線性非相關的光譜透過率分布函數；

所述三個CCD面陣傳感器，分別對三路經過所述濾光片的出射輻射進行成像，獲得三路光譜非相關的CCD圖像；

所述數據采集分析單元，對三路CCD圖像數據進行采集，并利用多光譜測溫法進行溫度場計算；

所述數據采集分析單元利用多光譜測溫法進行溫度場計算是根據以下方程組完成：

V1i,j=Φi,j·∫λminλmaxτ1(λ)·CCD(λ)·ϵλ(Ti,j)·Ib,λ(Ti,j)dλV2i,j=Φi,j·∫λminλmaxτ2(λ)·CCD(λ)·ϵλ(Ti,j)·Ib,λ(Ti,j)dλV3i,j=Φi,j·∫λminλmaxτ3(λ)·CCD(λ)·ϵλ(Ti,j)·Ib,λ(Ti,j)dλ---(1)]]>

其中，上角標(i，j)表示傳感器成像焦平面上任一點的坐標；分別表示所述三個CCD面陣傳感器的相對輻射強度輸出值，為已知量；Φ^i，j為所述CCD面陣傳感器測量的非光譜因子，為未知量；λ_min～λ_max為分光棱鏡組出射的三束波段輻射的響應波段；CCD(λ)為所述CCD面陣傳感器的光譜響應特性函數，為已知量；τ₁(λ)、τ₂(λ)、τ₃(λ)分別表示各濾色片的光譜透過率分布函數與光學鏡頭、分光棱鏡組的光譜透過率曲線合并而成的綜合光譜透過率函數，為已知量；T^i，j表示待測物體在點(i，j)上的溫度，為未知量；I_b，λ(T^i，j)為與待測物體相同溫度T^i，j下的黑體光譜功率分布函數，僅與溫度T^i，j相關；ε_λ(T^i，j)為待測物體的光譜發射率函數，包含兩個以下的待定參數；

所述待測物體的光譜發射率函數采用線性函數表征如下：

ε_λ(T^i，j)＝a₀+a₁·λ????????(2)

則方程組(1)的各方程左邊為三個已知量右邊包括T^i，j、Φ^i，j·a₀、Φ^i，j·a₁三個未知量，因此方程組(1)的求解是封閉的；

根據以下步驟建立測溫數據庫實現溫度場的實時計算：

將式(2)代入方程組(1)得到方程組(3)，

V1i,j=Φi,j·a0·∫λminλmaxτ1(λ)·CCD(λ)·Ib,λ(Ti,j)dλ+Φi,j·a1·∫λminλmaxτ1(λ)·CCD(λ)·λ·Ib,λ(Ti,j)dλV2i,j=Φi,j·a0·∫λminλmaxτ2(λ)·CCD(λ)·Ib,λ(Ti,j)dλ+Φi,j·a1·∫λminλmaxτ2(λ)·CCD(λ)·λ·Ib,λ(Ti,j)dλV3i,j=Φi,j·a0·∫λminλmaxτ3(λ)·CCD(λ)·Ib,λ(Ti,j)dλ+Φi,j·a1·∫λminλmaxτ3(λ)·CCD(λ)·λ·Ib,λ(Ti,j)dλ---(3)]]>

定義公式中僅與溫度T^i，j相關的6個積分量為β_1，0、β_1，1、β_2，0、β_2，1、β_3，0、β_3，1，其中

βm,n=∫λminλmaxτm(λ)·CCD(λ)·λn·Ib,λ(Ti,j)dλ,m=1,2,3;n=0,1.---(4)]]>

則將方程組(3)改寫為方程組(5)，

V1i,j=Φi,j·a0·β1,0+Φi,j·a1·β1,1V2i,j=Φi,j·a0·β2,0+Φi,j·a1·β2,1V3i,j=Φi,j·a0·β3,0+Φi,j·a1·β3,1---(5)]]>

預先對于每個溫度求解所述6個積分量并建立存儲溫度與6個積分量對應關系的測溫數據庫，之后利用所述測溫數據庫及三個已知量對方程組(5)進行迭代運算，反演得到溫度T^i，j。