[發明專利]一種基于數字微鏡的多光譜測溫裝置

有效

• 申請號: 201811286703.X
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109141652B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 儀建華;秦釗;李文昊;楊晨光;許毅;趙鳳起;王長健;孫志華;郝寧
• 申請（專利權）人: 西安近代化學研究所
• 主分類號: G01J5/10
• 分類號: G01J5/10;G01J5/08
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011
• 代理人: 梁勇

本發明公開了一種基于數字微鏡的多光譜測溫裝置，解決了現有技術真實溫度不能獲得的問題。本裝置中，光源輻射光譜信號由耐高溫和沖擊的光學探測單元經兩段光纖傳輸到DMD光譜儀，經由狹縫入射到分光成像系統，由前透鏡準直為復色平行光，在反射式刻線光柵表面色散為光譜帶，光譜帶由透鏡會聚，按波長順序依次入射到DMD的不同位置進行波長選通，之后由透鏡聚焦在單點探測器上進行光譜采集，最后，由上位機高速光譜并行處理，經Hadamard逆變換解碼，即可得到光源的真實溫度和光譜發射率。該裝置具有高速、高分辨率、高信噪比和極強環境適應能力的特點。本發明適用于火炸藥燃燒和爆炸火焰輻射溫度的實時測量，也適用于高溫部件表面溫度的測量。

技術領域

本發明涉及一種基于數字微鏡的多光譜測溫裝置，適用于火炸藥燃燒和爆炸火焰溫度的測量。

背景技術

溫度是最重要物質狀態參數之一，溫度測控在國防工業、科學實驗及生產生活中具有十分重要的作用，特別是在高溫、超高溫的測量在航空、航天、兵器、材料及能源等領域中占有極重要地位。由于非接觸測溫法具有響應速度快、測溫無上限、不影響被測物體溫度場等優勢使之相比于接觸測溫法更適合測量快速變化的高溫測量，且隨著電子技術的發展，非接觸測溫法已經成為測量燃燒和爆炸溫度的主流方法。其中，輻射測溫法應用最為廣泛，從測量原理角度出發，主要有單色高溫計、雙譜線溫度計、比色高溫計、紅外熱像儀及基于CCD(電荷耦合器件)成像技術的多譜段輻射測溫裝置等應用于燃燒和爆炸場合的溫度測量中。

單色溫度計結構簡單，最早出現于爆炸領域輻射測溫，它是利用濾光片使得只有某個指定波長的能量能進入光電倍增管，所以測得的溫度實際上是被測物體的亮溫。若想得到被測物體的真溫，則需要估計被測物體的發射率，而這種通過估計方法得到的被測物體的發射率具有較大誤差，使所測量物體的真溫同樣具有較大偏差。雙譜線溫度計是利用原子發射光譜進行測溫的，為保證爆炸過程中含有銅原子的發射光譜線，需在被測物中加入微量銅粉，爆炸將銅粉被激發為高溫原子，通過望遠系統收集爆炸的光，經過一分為二的光纖束分別將光傳至不同波長的兩片銅譜線濾光片，再經兩個相同的光電倍增管傳遞至數據采集系統，通過數據處理計算得出被測物體的溫度。應用雙譜線溫度計測得的是物體在爆炸過程中的激發溫度，激發溫度和真實溫度在概念和數值上均不等同。比色溫度計與雙譜線溫度計結構相似，均為在一個高溫計中制造兩個光譜通道，通過對兩個通道的光譜信息計算得出物體的溫度。但是兩者的原理和計算方法有著很大的不同。比色溫度計假定被測物體是灰體，即發射率不受工作波長的影響，只與溫度有關。但在實際情況中，物體發射率受波長的影響較大，可視為灰體的物體極少，所以應用此方法對爆炸溫度進行測量勢必引入較大誤差；同時，該方法測得的溫度為亮溫，而非真溫。紅外熱像儀具有面成像、數據信息量大的優點被應用于溫度測量中，在研究炸藥爆炸火團擴溫度散方面具有其他高溫計不可比擬的優勢。但該方法測得的溫度為亮溫，并未能解決發射率未知的條件下物體真溫測量的問題。

隨著CCD生產技術的提高，研究人員以RGB彩色CCD作為圖像傳感器，將CCD成像技術與多光譜測溫技術結合，提出了CCD多光譜輻射測溫法。由于通道的選擇并不是針對輻射測溫的要求來決定，對于高溫火焰，由于亮度太高，會導致CCD勢阱中的電荷飽和并出現電荷“溢出”現象，單色輻射亮度和CCD三色通道輸出信號的一一對應關系就會遭受破壞。CCD的響應曲線受帶寬的限制和被測物體光譜發射率的影響較嚴重，儀器標定較困難，測量精度較低。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于數字微鏡(Digital Micromirror Device，DMD)的多光譜測溫裝置，以克服現有火炸藥燃燒和爆炸火焰溫度測量裝置由于光譜發射率等因素的影響造成真實溫度不能獲得之不足。

本發明實現過程如下：

一種基于數字微鏡的多光譜測溫裝置，包括光學探測單元、光纖轉接法蘭、DMD光譜儀、上位機及由光纖轉接法蘭轉接的兩段入射光纖。