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

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

本發(fā)明公開了基于快照光譜成像技術(shù)的瞬態(tài)溫度測量裝置和方法，涉及輻射測溫技術(shù)領(lǐng)域，解決了傳統(tǒng)多光譜測溫系統(tǒng)的譜段數(shù)較少、時(shí)間分辨能力差等多方面問題。本發(fā)明包括帶通濾光片(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)，所述快照型光譜成像模塊(3)用于透過所述光學(xué)成像物鏡(2)將含有被測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)被測物體的二維空間信息和光譜信息的同時(shí)探測；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，溫度測量精度高，測量范圍寬，時(shí)間分辨率高，適用于瞬態(tài)變化過程的溫度場測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及輻射測溫技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于快照光譜成像技術(shù)的瞬態(tài)溫度測量裝置和方法。

背景技術(shù)

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究以及航空航天等諸多重要領(lǐng)域，作為最基本的物理量之一，溫度是一直是人們十分關(guān)注的重要參數(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)溫度測量的手段的多樣化及其達(dá)到的測量精度要求越來越高。根據(jù)測量手段的不同，一般可將現(xiàn)有的測溫技術(shù)分為接觸式測溫和非接觸式測溫兩種類型，多光譜溫度測量系統(tǒng)作為一種典型的非接觸測溫方式，可以在不干擾被測物體溫度場的情況下獲取不同波長下的輻射信息，結(jié)合發(fā)射率模型，采用一定的算法重建出被測物體的溫度。傳統(tǒng)的多光譜測溫系統(tǒng)需要采用相機(jī)陣列或者光譜分光的方式，其光學(xué)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，并且出于對(duì)體積和重量的考慮，一般只能獲取幾個(gè)或十幾個(gè)光譜通道的信息，在溫度測量范圍、測量精度和時(shí)間分辨能力等方面受到很大限制，實(shí)用性和通用性方面有待進(jìn)一步提高，構(gòu)建適當(dāng)?shù)亩喙庾V采集系統(tǒng)仍是困擾該領(lǐng)域的重要問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：傳統(tǒng)多光譜測溫系統(tǒng)的譜段數(shù)較少、時(shí)間分辨能力差等多方面問題。本發(fā)明提供了解決上述問題的基于快照光譜成像技術(shù)的瞬態(tài)溫度測量裝置和方法。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

基于快照光譜成像技術(shù)的瞬態(tài)溫度測量裝置，測量被測物體的瞬態(tài)溫度的測量裝置包括帶通濾光片、光學(xué)成像物鏡、快照型光譜成像模塊、高速面陣圖像傳感器、圖像采集存儲(chǔ)模塊、圖像處理模塊和溫度反演模塊；

所述帶通濾光片結(jié)合高速面陣圖像傳感器用于限定所述測量裝置的工作波段，用于選通工作波長范圍內(nèi)的光輻射，截止工作波長范圍以外的光輻射，所述高速面陣圖像傳感器為近紅外面陣傳感器；所述帶通濾光片和所述高速面陣圖像傳感器將工作波長范圍限制在800nm～2500nm，對(duì)應(yīng)的溫度測量范圍為1160K～3600K；

優(yōu)選的，所述高速面陣圖像傳感器也可為中紅外面陣傳感器，所述帶通濾光片和所述高速面陣圖像傳感器將工作波長范圍限制在2500nm～5000nm，對(duì)應(yīng)的溫度測量范圍為580K～1160K；

所述高速面陣圖像傳感器也可為單個(gè)面陣傳感器或多個(gè)面陣傳感器組成的傳感器陣列，所述高速面陣圖像傳感器用于以優(yōu)于微秒級(jí)的時(shí)間分辨率探測被測物體瞬時(shí)的溫度場變化過程；

所述光學(xué)成像物鏡用于將所述被測物體的輻射收集進(jìn)入所述測量裝置；

所述快照型光譜成像模塊用于透過所述光學(xué)成像物鏡將含有被測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，所述快照型光譜成像模塊，利用微透鏡陣列和雙折射棱鏡組建立共光路干涉，將來自被測物體的、包含多波長信息的光輻射進(jìn)行偏振光干涉，得到二維干涉圖案陣列，通過傅里葉變換技術(shù)反演被測物體的光譜圖像序列，用于單次曝光實(shí)現(xiàn)對(duì)被測物體的二維空間信息和光譜信息的同時(shí)探測；

所述高速面陣圖像傳感器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，高速面陣圖像傳感器的最高工作幀頻決定系統(tǒng)的時(shí)間分辨能力；

所述圖像采集存儲(chǔ)模塊儲(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，所述圖像采集存儲(chǔ)模塊包括控制所述高速面陣圖像傳感器的電子快門、曝光時(shí)間、幀率、圖像采集區(qū)域；