[發明專利]基于光纖光譜儀的高精度色溫測量方法及系統

在審

• 申請號: 201810081209.3
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN108398191A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 柏連發;余榮偉;陸駿;趙壯;韓靜;張毅
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01J5/60
• 分類號: G01J5/60
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

1.一種基于光纖光譜儀的色溫測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，通過光纖光譜儀獲得輻射目標的光譜；

步驟2，基于比色測溫法或者三色測溫法計算輻射目標的色溫；

基于比色測溫法時，先選定一個波長λ₁，變化另一個波長λ₂，該波長變化范圍為輻射目標光譜的波長范圍，畫出λ₂與色溫的關系圖，觀察關系圖中色溫平穩處對應的波段，該波段即為λ₂的合理選擇波段；

基于三色測溫法時，先選定波長λ₁、λ₂，變化波長λ₃，λ₃的變化范圍為輻射目標光譜的波長范圍，畫出波長λ₃與色溫的關系圖，觀察關系圖中色溫平穩處對應的波段，該波段即為λ₃的合理選擇波段；所述色溫平穩處對應的波段是指波動在20K以內的波段。

2.根據權利要求1所述的基于光纖光譜儀的色溫測量方法，其特征在于，所述光纖光譜儀在測量之前使用標準高溫黑體進行標定，得到響應系數。

3.根據權利要求2所述的基于光纖光譜儀的色溫測量方法，其特征在于，標定光纖光譜儀的具體過程為：

選定一個標準高溫黑體對光纖光譜儀進行標定，系統的標定轉換公式如下：

i(λ,T)＝η(λ)L(λ,T)

i(λ,T)為光纖光譜儀在波長λ處的輸出值；η(λ)為光纖光譜儀在波長λ處的響應率，與溫度無關；L(λ,T)為輻射體的輻射亮度；

將標準高溫黑體的溫度設置為1500℃，光纖光譜儀的光纖探頭對準黑體爐的出口，得到光纖光譜儀去除暗噪聲后的輸出強度為i(λ,T)，光纖光譜儀的響應系數為：

C₁為第一輻射常數，C₁＝3.7418×10^-16W·m²，C₂為第二輻射常數，C₂＝1.4388×10^-2m·K，最后將標定計算的結果進行歸一化處理，得到光纖光譜儀的響應系數。

4.根據權利要求3所述的基于光纖光譜儀的色溫測量方法，其特征在于，比色測溫法計算輻射目標真實溫度的公式為：

其中C₂為第二輻射常數，C₂＝1.4388×10^-2m·K，L(λ₁,T)和L(λ₂,T)為輻射目標在波長λ₁、λ₂下的輻射亮度，ξ(λ₁,T)和ξ(λ₂,T)為輻射目標在波長λ₁、λ₂下的光譜發射率，令ξ(λ,T)＝1，光纖光譜儀在波長λ₁和λ₂下的輸出值分別為i(λ₁,T)和i(λ₂,T)，光纖光譜儀在波長λ₁和λ₂下的響應率分別為η(λ₁)和η(λ₂)，則被測輻射目標的色溫為：

上式即為基于比色測溫法的輻射目標色溫測量計算公式。

5.根據權利要求4所述的基于光纖光譜儀的色溫測量方法，其特征在于，三色測溫法計算輻射目標真實溫度的公式為：

令ξ(λ,T)＝1，光纖光譜儀在波長λ₁、λ₂和λ₃下的輸出值分別為i(λ₁,T)、i(λ₂,T)和i(λ₃,T)，光纖光譜儀在波長λ₁、λ₂和λ₃下的響應率分別為η(λ₁)、η(λ₂)和η(λ₃)，則被測輻射目標的色溫為：

上式即為基于三色測溫法的輻射目標色溫測量計算公式。

6.一種基于權利要求1～5所述高精度色溫測量方法的色溫測量系統，包括光纖光譜儀和計算機；

所述光纖光譜儀用于得到輻射目標的光譜；

所述計算機基于比色測溫法或者三色測溫法計算輻射目標的色溫。