一种三波长二维温度场测量装置及方法制造方法及图纸

一种三波长二维温度场测量装置及方法，属于温度场测量装置及方法。测量装置：遮光筒K减弱环境杂散光的影响；主物镜L1，用于光学成像，将待测物体的辐射成像在视场光阑上；透镜L2，产生平行光线；孔径光阑，控制成像光束的光能量；干涉滤光片F1，F2，F3，只允许某个特定波长的光通过；光电传感器阵列D1，D2，D3，用于接收滤光后的辐射，将辐射能转化为电信号；V/F转换装置，将电压信号转换为频率信号，便于采集信息；数据采集分析器，采集由光电传感器经V/F转换后的信息并进行处理，获得各点的相对光谱强度信息，进而采用指数线性发射率模型对各点温度进行反演。优点：实现简单，采集系统成本低，性能稳定，在高温检测领域易于推广应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种温度场测量装置及方法，特别是一种三波长二维温度场测量装置及方法。
技术介绍
温度测量方法一般分为接触式测量法与非接触式测量法两类，常用的接触式测温仪表主要包括热电偶温度计，热电阻温度计和接触式光纤高温计。接触测温仪表在技术上已经比较成熟，在工业炉的温度测量中起到了很好的作用，但这些传感器通常一次只能测量某一点或几个点的温度值，无法获取高温对象的温度场分布，而且其中某些传感器热惰性比较大，热平衡建立比较困难，难以实现对高温对象的连续监测，此外，高温生产过程往往存在设备体积大、物料多，工况复杂、酸碱腐蚀性及电磁干扰强的情况，容易导致接触式测温设备寿命不长，测量精确度低。生产现场的恶劣环境也限制了接触式测温仪器的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种三波长二维温度场测量装置及方法，解决传统接触式测温仪器只能测某个点或者某几个点温度的问题，无知晓发射率及空间位置定标。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术的三波长二维温度场测量包括三波长测温装置及二维温度场的测量方法；三波长测温装置包括：主物镜L1、透镜L2、孔径光阑、第一干涉滤光片F1、第二干涉滤光片F2、第三干涉滤光片F3、第一光电传感器D1、第二光电传感器D2、第三光电传感器D3、V/F转换装置、数据采集分析器和遮光筒K；主物镜L1、透镜L2、孔径光阑和第一光电传感器D1串联同位于第一光轴上，透镜L2和孔径光阑之间有第一干涉滤光片F1；在第二光电传感器D2与第一干涉滤光片F1之间有第二干涉滤光片F2，在第三光电传感器D3和第二干涉滤光片F2之间有第三干涉滤光片F3；从第一干涉滤光片F1折射的第二光轴通过第二干涉滤光片F2到达第二光电传感器D2上，第二干涉滤光片F2折射的第三光轴通过第三干涉滤光片F3到达第三光电传感器D3；第一光电传感器D1、第二光电传感器D2和第三光电传感器D3分别通过V/F转换装置与数据采集分析器连接，遮光筒K用来减小杂散光的影响；所述主物镜L1用于光学成像，将待测物体的辐射成像在视场光阑上；所述透镜L2，用于产生平行光线；所述孔径光阑，用于控制成像光束的光能量；所述第一干涉滤光片F1，第二干涉滤光片F2，第三干涉滤光片F3，用于通过某个范围内的波长；所述第一光电传感器D1，第二光电传感器D2，第三光电传感器D3，工作于某一波长；所述V/F转换装置，用于将电压信号转换为频率信号，便于采集信息；所述数据采集分析器，用于采集由光电传感器经V/F转换装置发来的信息并进行处理。所述的三波长测温装置采用三波长测量来实现对整个温度场的测量，无需进行空间位置定标条件下实现温度场的精确测量。该二维温度场测量方法：采用三个辐射测量通道，实现目标区域内各点所出的三个特定波长辐射强度的测量，测量过程中将辐射强度信号转化为频率信号输出，由数据采集分析器接收，测量信号与辐射强度之间的转换系数可以由黑体定标方法来确定；由各目标点发射的三个波长的辐射强度信息来反演目标真温，引入待测物体表面光谱发射率函数，采用维恩近建立辐射测量方程，实现温度场的精确测量；具体步骤如下：(1)将目标区域发射辐射成像在视场光阑上,再转换成平行光,通过干涉滤波片进行分光处理；(2)采用阵列传感器分别各像点上三个特定波长的辐射信息进行测量；先将光信号转换为电信号，再将电信息转换为频率信号，由数据采集分析器接收，转换为目标点的光谱强度信息，为进一步温度反演做好准备；(3)采用指数线性发射率模型，对各点温度进行反演，以获得二维温度场信息；(4)无需提前知晓和设定发射率，测量不受空间位置的影响。所述的数据采集分析器利用多光谱测温法进行温度场的计算是根据以下方程组完成的： V 1 i , j = A 1 i , j · ϵ λ 1 ( T i , j ) . I b , λ 1 ( T i , j ) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三波长二维温度场测量装置，其特征是：三波长测温装置包括：主物镜L1、透镜L2、孔径光阑、第一干涉滤光片F1、第二干涉滤光片F2、第三干涉滤光片F3、第一光电传感器阵列D1、第二光电传感器阵列D2、第三光电传感器阵列D3、V/F转换装置、数据采集分析器和遮光筒K；主物镜L1、透镜L2、孔径光阑和第一光电传感器D1串联，位于第一光轴上，透镜L2和孔径光阑之间有第一干涉滤光片F1；在第二光电传感器D2与第一干涉滤光片F1之间有第二干涉滤光片F2，在第三光电传感器D3和第二干涉滤光片F2之间有第三干涉滤光片F3；从第一干涉滤光片F1折射的第二光轴通过第二干涉滤光片F2到达第二光电传感器D2上，第二干涉滤光片F2折射的第三光轴通过第三干涉滤光片F3到达第三光电传感器D3；第一光电传感器D1、第二光电传感器D2和第三光电传感器D3分别通过V/F转换装置与数据采集分析器连接，遮光筒K用来减小杂散光的影响；所述主物镜L1用于光学成像，将待测物体的辐射成像在视场光阑上；所述透镜L2，用于产生平行光线；所述孔径光阑，用于控制成像光束的光能量；所述第一干涉滤光片F1，第二干涉滤光片F2，第三干涉滤光片F3，用于通过某个范围内的波长；所述第一光电传感器D1，第二光电传感器D2，第三光电传感器D3，工作于某一波长；所述V/F转换装置，用于将电压信号转换为频率信号，便于采集信息；所述数据采集分析器，用于采集由光电传感器经V/F转换装置发来的信息并进行处理。...

【技术特征摘要】
1.一种三波长二维温度场测量装置，其特征是：三波长测温装置包括：主物镜L1、透镜
L2、孔径光阑、第一干涉滤光片F1、第二干涉滤光片F2、第三干涉滤光片F3、第一光电传感器
阵列D1、第二光电传感器阵列D2、第三光电传感器阵列D3、V/F转换装置、数据采集分析器和
遮光筒K；
主物镜L1、透镜L2、孔径光阑和第一光电传感器D1串联，位于第一光轴上，透镜L2和孔
径光阑之间有第一干涉滤光片F1；在第二光电传感器D2与第一干涉滤光片F1之间有第二干
涉滤光片F2，在第三光电传感器D3和第二干涉滤光片F2之间有第三干涉滤光片F3；从第一
干涉滤光片F1折射的第二光轴通过第二干涉滤光片F2到达第二光电传感器D2上，第二干涉
滤光片F2折射的第三光轴通过第三干涉滤光片F3到达第三光电传感器D3；第一光电传感器
D1、第二光电传感器D2和第三光电传感器D3分别通过V/F转换装置与数据采集分析器连接，
遮光筒K用来减小杂散光的影响；
所述主物镜L1用于光学成像，将待测物体的辐射成像在视场光阑上；
所述透镜L2，用于产生平行光线；
所述孔径光阑，用于控制成像光束的光能量；
所述第一干涉滤光片F1，第二干涉滤光片F2，第三干涉滤光片F3，用于通过某个范围内
的波长；
所述第一光电传感器D1，第二光电传感器D2，第三光电传感器D3，工作于某一波长；
所述V/F转换装置，用于将电压信号转换为频率信号，便于采集信息；
所述数据采集分析器，用于采集由光电传感器经V/F转换装置发来的信息并进行处理。
2.根据权利要求1所述的三波长二维温度场测量装置，其特征在于：所述三波长测温装
置采用三波长测量来实现对整个温度场的测量，无需进行空间位置定标条件下实现温度场
的精确测量。
3.权利要求1所述的一种三波长二维温度场测量装置的测量方法，其特征是：该二维温
度场测量方法：采用三个辐射测量通道，实现目标区域内各点所出的三个特定波长辐射强
度的测量，测量过程中将辐射强度信号转化为频率信号输出，由数据采集分析器接收，测量
信号与辐射强度之间的转换系数可以由黑体定标方法来确定；由各目标点发射的三个波长
的辐射强度信息来反演目标真温，引入待测物体表面光谱发射率函数，采用维恩近建立辐
射测量方程，实现温度场的精确测量；
具体步骤如下：
(1)将目标区域发射辐射成像在视场光阑上,再转换成平行光,通过干涉滤波片进行分
光处理；
(2)采用阵列传感器分别各像点上三个特定波长的辐射信息进行测量；先将光信号转
换为电信号，...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛成运，马鹏楠，厉昌文，申运伟，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32