[發明專利]一種多光譜溫度場測量裝置

有效

• 申請號: 201710086792.2
• 申請日: 2017-02-17
• 公開（公告）號: CN106644099B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 邢鍵;梁家鋒;葉穎慧
• 申請（專利權）人: 東北林業大學
• 主分類號: G01J5/20
• 分類號: G01J5/20;G01K13/02
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 陳潤明

本發明涉及了一種多光譜溫度場測量裝置,包括：被測溫度場、物鏡組、平行光管、多面分光棱錐、平面反射鏡、窄帶濾光片、成像透鏡和面陣CCD傳感器，物鏡組將被測溫度場的輻射通過平行光管聚焦在多面分光棱錐的入射面上，多面分光棱錐將投射的輻射等分至少八束不同方向的波段輻射到平面反射鏡的入射面上，平面反射鏡將輻射反射到窄帶濾光片上，輻射通過窄帶濾光片被成像透鏡并將輻射聚焦在面陣CCD傳感器上。本發明分光光譜通道數至少8個光譜通道，光譜通道越多，獲得的待測場信息越多，利于檢測，同時，提高了溫度求解速度，可應用實時在線溫度計算，操作簡單，且性能穩定。

技術領域

本發明涉及光學測溫技術領域，尤其涉及一種多光譜溫度場測量裝置。

背景技術

多光譜輻射溫度測量方法是一種非接觸的輻射測溫方法，主要用于測量高溫，如火箭尾噴火焰溫度場、船舶用大型發動機燃燒場溫度測量等領域，通過待測場發出的熱輻射進行測溫，具有無測量上限、響應速度快及不影響被測溫度場等優點。該方法是在一個儀器中制成多個光譜通道，利用多個光譜的物體輻射亮度信息，再經過數據處理，得到物體的真實溫度和材料的光譜發射率。但是目前，多光譜高溫計由于受光路的限制只能測量單點的溫度，而實際應用過程中往往需要獲得待測溫度場的分布，為此，本發明實現了一種待測溫度場各點的多光譜信息的同時獲取，通過多個面陣CCD(電荷耦合元件)獲得各點光譜強度信息，進而通過數據處理獲得待測輻射表面各點溫度值。

發明內容

本發明的目的是針對待測的某一表面發出的熱輻射，經過本發明設計的光路后，可實現二維表面各點多光譜信息的同時采集，通過光電轉換后，經反演計算獲得各個點的溫度值，從而實現多光譜二維表面溫度的實時測量，進而提出了一種多光譜溫度場測量裝置。

上述的目的通過以下的技術方案實現：

一種多光譜溫度場測量裝置，包括：被測溫度場、物鏡組、平行光管、多面分光棱錐、平面反射鏡、窄帶濾光片、成像透鏡和面陣CCD傳感器，

所述物鏡組將被測溫度場的輻射通過平行光管聚焦在多面分光棱錐的入射面上；

所述多面分光棱錐將投射的輻射等分至少八束不同方向的波段輻射到平面反射鏡的入射面上；

所述平面反射鏡將輻射反射到窄帶濾光片上，輻射通過窄帶濾光片被成像透鏡并將輻射聚焦在面陣CCD傳感器上。

對本發明的進一步限定，所述物鏡組包括：按照輻射方向分別第一物鏡和第二物鏡。

對本發明的進一步限定，所述采用窄帶濾光片，可以獲得更精細的光譜信息，直接帶入

式中T為待測溫度，T_i為標定溫度，C₂為第二輻射常數，λ_i為光譜波長值，ε_i(λ_i，T)為光譜發射率。

對本發明的進一步限定，所述光譜發射率函數求解方程為

轉換為式中，T_ri為每個通道的溫度計算值，為每個通道計算溫度的平均值，

即尋找一組合適發射率帶入上述方程，使得由上述方程式構成的方程組中每一個方程得到的溫度T_ri都相等，實際情況是在約束條件即發射率ε∈[0,1]條件下，如果即讓小于某個較小的數(迭代截止條件)，說明此時找到了合適一組發射率，溫度此時也為真溫。

本發明的有益效果是：

1、本發明分光光譜通道數至少8個光譜通道，光譜通道越多，獲得的待測場信息越多，利于檢測。

2、本發明提高了溫度求解速度，可應用實時在線溫度計算。