[發明專利]免天空測溫的水體表面溫度紅外測溫儀

在審

• 申請號: 202011586578.1
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112880842A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 張凱臨;管磊;曲利芹
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01J5/52
• 分類號: G01J5/52;G01J5/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種可測量室外水體表面溫度的測溫儀方案，具體說來是運用物體的黑體輻射理論進行測溫的儀器方案，儀器內的測溫傳感器不需要具有探測天空低溫亮溫范圍的能力，對現有的方案進行了改良和創新。本測溫儀方案，包括輻射測溫傳感器，帶通濾波鏡片，旋轉掃描反射鏡以及總控電子電路，其特征是本水體表面溫度的測溫傳感器不需要具有探測天空低溫亮溫范圍的能力，取而代之的是只需要測量相對于水體表面兩個或兩個以上不同測量角度的輻射溫度值，代入不同角度值的反射值理論曲線加以擬合，即可精確測定待測水體表面的溫度。

技術領域

本發明公開了一種可測量室外水體表面溫度的測溫儀方案，具體說來是運用物體的黑體輻射理論進行測溫的儀器方案，儀器內的測溫傳感器不需要具有探測天空低溫亮溫范圍的能力，對現有的方案進行了創新和提升。

背景技術

現有的非接觸式紅外輻射測溫方案，是運用普朗克方程定律，即物體的自發黑體輻射的輻射峰值和強度，只和自身的絕對溫度相關，如果測量頻率限定在一定的帶寬內，那么輻射強度只跟黑體的自身溫度有關。以上描述的是物體的發射率是1的情況，如果物體的發射率不到1，那么物體的輻射就會包括部分反射的接收到的外來輻射。以較接近水面時測量水體表面的溫度為例，以往的方案需要測定水面的輻射溫度，再測量與之鏡像角度的天空輻射溫度，以天空輻射的溫度修正水體表面發射率不為1的部分，才會精確測量得到水體表面的溫度。這種方案就需要測量天空的輻射溫度，由于天空的輻射溫度有時可以達到-20攝氏度以下，因此就需要輻射計具有超低溫的測量能力，因此整體儀器的造價較高，不利于儀器的推廣與使用。本發明以巧妙的方法，避免使用超低溫測溫輻射測量傳感器，因此成本較低，精度也有保證。

發明內容

本發明公開了一種可測量室外水體表面溫度的測溫儀方案，包括輻射測溫傳感器，帶通濾波鏡片，旋轉掃描反射鏡以及總控電子電路，其特征在于本水體表面溫度的測溫傳感器不需要具有探測天空低溫亮溫范圍的能力，取而代之的是只需要測量相對于水體表面兩個或兩個以上不同測量角度的輻射溫度值，代入不同角度值的反射值理論曲線加以擬合，即可高精度測定待測水體表面的溫度。上述的水體表面，也可不限定于水，可適用于一切于水體表面有近似紅外輻射特性的表面，包括其它種類的液體、固體或固液混合物。上述的探測天空低溫亮溫范圍，通常是指探測低于零下20攝氏度以下的溫度范圍。

本發明的有益效果是，整體儀器設計可以避免采用超低溫范圍的測溫傳感器，整體造價可以降低，以利于設備的推廣和使用。

附圖說明

圖1是本發明的總體方案設計圖。

1，輻射測溫傳感器，2，旋轉反射鏡，3，水體表面，4，大角度測量位置，5，小角度測量位置，6，其他測量位置，7，天空亮溫輻射。

圖2是水體表面發射率隨角度變化特性曲線圖。

8，測量角度軸，9，發射率軸，10，水體表面發射率隨角度變化特性曲線。

具體實施例

下面結合附圖對本發明如何實施做以解釋說明。

請參閱圖1，是本發明的總體方案設計圖。

圖1中，1是輻射測溫傳感器，包括輻射測溫傳感器、帶通濾波鏡片和鏡頭等傳統測溫儀通用方案的零部件；2是旋轉反射鏡，由設備控制反射鏡按一定角度旋轉，把水體表面的輻射反射入1的旋轉反射鏡；3是被測水體，或者和水體有類似性質的固體、液體、固液混合體等；4、5、6是水體表面不同角度的熱輻射，通過旋轉反射鏡2將不同輻射角度的輻射反射入傳感器1中。7是天空亮溫輻射，相對于圖2 曲線中的不同角度對應的不同發射率值，接近1.00但不到1.00的部分，是由天空亮溫輻射貢獻的部分。

圖2 是水體表面不同角度的輻射值，和水體表面發射率的關系曲線圖。橫軸8是測量角度軸，縱軸9是發射率軸，曲線10是水體表面發射率隨角度變化特性曲線。由圖中可以看出，垂直于水面的輻射，發射率最高，接近1.00，隨著角度逐漸區域水平，發射率有逐漸降低的趨勢。這個曲線是可以通過計算或實測得知的，是水體固有性質，所以可以利用這個曲線來進行高精度水體表面溫度測量。