[發(fā)明專利]基于快照光譜成像技術(shù)的瞬態(tài)溫度測(cè)量裝置和方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010467446.0
• 申請(qǐng)日: 2020-05-28
• 公開（公告）號(hào): CN111458044A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張大勇;劉倉(cāng)理;沈志學(xué);趙祥杰;駱永全;王海峰;儲(chǔ)松南;黃立賢;劉海濤;曾建成;喬冉;吳凡;李大鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號(hào): G01J5/60
• 分類號(hào): G01J5/60
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 李朝虎

1.基于快照光譜成像技術(shù)的瞬態(tài)溫度測(cè)量裝置，其特征在于，測(cè)量被測(cè)物體的瞬態(tài)溫度的測(cè)量裝置包括帶通濾光片(1)、光學(xué)成像物鏡(2)、快照型光譜成像模塊(3)、高速面陣圖像傳感器(4)、圖像采集存儲(chǔ)模塊(5)、圖像處理模塊(6)和溫度反演模塊(7)；

所述帶通濾光片(1)結(jié)合高速面陣圖像傳感器(4)用于限定所述測(cè)量裝置的工作波段，用于選通工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光輻射，截止工作波長(zhǎng)范圍以外的光輻射；

所述光學(xué)成像物鏡(2)用于將所述被測(cè)物體的光輻射收集進(jìn)入所述測(cè)量裝置；

所述快照型光譜成像模塊(3)用于透過(guò)所述光學(xué)成像物鏡(2)將含有被測(cè)物體輻射的光譜信息與二維空間信息融合形成一幅二維圖像，用于單次曝光實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物體的二維空間信息和光譜信息的同時(shí)探測(cè)；

所述高速面陣圖像傳感器(4)用于將所述二維圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，所述數(shù)字圖像中包括光輻射信息，所述高速面陣圖像傳感器(4)用于以優(yōu)于微秒級(jí)的時(shí)間分辨率探測(cè)被測(cè)物體瞬時(shí)的溫度場(chǎng)變化過(guò)程；

所述圖像采集存儲(chǔ)模塊(5)儲(chǔ)存所述數(shù)字圖像同時(shí)控制所述高速面陣圖像傳感器(4)，所述圖像采集存儲(chǔ)模塊(5)包括控制所述高速面陣圖像傳感器(4)的電子快門、曝光時(shí)間、幀率、圖像采集區(qū)域；

所述圖像處理模塊(6)用于反演所述二維圖像得到所述被測(cè)物體的光譜信息和空間分布信息，所述光譜信息和空間分布信息包括被測(cè)物體在同一時(shí)刻，多個(gè)波長(zhǎng)下的光譜圖像序列；

所述溫度反演模塊(7)基于所述光譜圖像序列，結(jié)合關(guān)于波長(zhǎng)的多項(xiàng)式描述的光譜發(fā)射率模型和最小二乘法計(jì)算得到包括所述被測(cè)物體的真實(shí)溫度、光譜反射率模型的多項(xiàng)式系數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于快照光譜成像技術(shù)的瞬態(tài)溫度測(cè)量裝置，其特征在于，所述快照型光譜成像模塊(3)還包括順序排布的微透鏡陣列(31)、線偏振起偏器(32)、Nomarski棱鏡(33)、檢偏器(36)和焦平面(37)；

所述微透鏡陣列(31)用于將入射光分解成M×N個(gè)陣列子束；

所述線偏振起偏器(32)用于產(chǎn)生線偏振光，振動(dòng)方向與所述Nomarski棱鏡(33)的光軸成45°；

陣列子束的線偏振光經(jīng)過(guò)所述Nomarski棱鏡(33)的兩個(gè)相互垂直的光楔，分解為兩束光，分別為o光和e光，在所述Nomarski棱鏡(33)第一個(gè)光楔中的o光為子束Ⅰ，e光為子束Ⅱ，進(jìn)入第二個(gè)光楔后轉(zhuǎn)變o光為e光、轉(zhuǎn)變e光為o光；

所述Nomarski棱鏡(33)用于產(chǎn)生子束Ⅰ和子束Ⅱ的光學(xué)延遲量差值δ；

所述檢偏器(36)的透振方向與所述線偏振起偏器(32)平行，用于透過(guò)子束Ⅰ和子束Ⅱ后在所述焦平面(37)上形成干涉條紋。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于快照光譜成像技術(shù)的瞬態(tài)溫度測(cè)量裝置，其特征在于，所述快照型光譜成像模塊(3)還包括在消色散λ/2波片(34)和另一個(gè)Nomarski棱鏡(35)；

在所述Nomarski棱鏡(33)和所述檢偏器(36)之間順序加入一個(gè)消色散λ/2波片(34)和另一個(gè)Nomarski棱鏡(35)，所述消色散λ/2波片(34)用于分別獨(dú)立旋轉(zhuǎn)所述子束Ⅰ和子束Ⅱ的偏振方向，旋轉(zhuǎn)大小為π/2；

所述另一個(gè)Nomarski棱鏡(35)用于加倍子束Ⅰ和子束Ⅱ的光程差，加倍后子束Ⅰ和子束Ⅱ光學(xué)延遲量差值為2δ。