本发明专利技术公开了一种基于彩色相机芯片的高温温度场相机，包括光学镜头、温度场相机和含显示软件的计算机；光学镜头与温度场相机连接；温度场相机与含显示软件的计算机电连接；温度场相机包括带通滤光片、彩色相机芯片、电路及温度图像处理单元，带通滤光片与彩色相机芯片相连；待测高温目标发出的光辐射，经光学镜头聚焦，经带通滤光片滤除带外噪声，成像到彩色相机芯片上，彩色相机芯片按照R、G、B三基色，将光信号转换成电信号，经电路及温度图像处理单元处理后传输到计算机，给出待测高温目标的温度场分布。本发明专利技术的测试结果，受待测目标状态、表面粗糙程度、表面化学特性等因素影响小，能够准确地实现高温待测目标的温度场分布的测试。
【技术实现步骤摘要】
一种基于彩色相机芯片的高温温度场相机
本专利技术属于温度测试
，更具体的说是涉及一种基于彩色相机芯片的高温温度场相机。
技术介绍
在金属冶炼、陶瓷烧制等领域，高效精准地测量和监测生产过程中产品表面的温度，是保证产品质量的重要环节之一；在发动机领域，特别是航空发动机领域，为了保证发动机本身性能的稳定性和提高其使用寿命，需要对高速运转的轮叶温度进行精准的测试；在科学研究领域，航天飞机进入大气层的温度特性，超高速目标风洞研究过程中的温度特性、新工艺、新材料的研发等过程中的温度测试与控制，这些都离不开对高温的温度场分布，实时精确反应待测目标的温度场特性。目前市场上的温度场测试设备主要有两类，基于辐射测温的热像仪和示温漆(温敏漆)。热像仪有两种，一种是工作在远红外(8μm-14μm)波段，一种是工作在可见光红光及近红外波(0.6μm-1.1μm)，这两种波段的热像仪均是采用单波段，认为材料的发射率是常量，不随温度和状态的变化而改变，而且在测试时，需要手工输入近似值，这对于具有明确发射率的材料，以及温度测试精度要求不太高的条件下，对测试结果的影响不大，但是对于高温情况，特别是固液状态转变、表面粗糙度变化以及有无氧化层等情况，材料发射率对测试结果的影响不可忽略。示温漆是一种涂敷在待测物体表面，且其颜色随温度的变化而改变，通过对颜色的变化来判读物体表面温度及其分布的功能涂料。这种测温方式属于非侵入式，不需要测试引线，不会对试验件造成破坏，不会对目标温度场产生干扰，可用于恶劣环境下测量，不破坏被测件的结构和工作状态，不影响被测试件的启动和传热特性，对较高速度旋转结构和复杂构件的壁面温度以及显示大面积分布有独到之处，使用方便，成本低。其缺点是测温范围窄，所测温度低，温度分辨精度低，用完即废，属于易耗品。因此，如何提供一种基于彩色相机芯片的高温温度场相机是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于彩色相机芯片的高温温度场相机，受待测目标状态、表面粗糙程度、表面化学特性等因素影响小，能够准确地实现高温待测目标的温度场分布的测试，实时精确反应待测目标的温度场特性。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于彩色相机芯片的高温温度场相机，包括：光学镜头、温度场相机和含显示软件的计算机；其中，所述光学镜头与所述温度场相机螺纹连接；所述温度场相机与所述含显示软件的计算机通过数据线电连接；所述温度场相机包括带通滤光片、彩色相机芯片、电路及温度图像处理单元，所述带通滤光片与所述彩色相机芯片机械连接或采用光学胶粘接；待测高温目标发出的光辐射，经所述光学镜头聚焦，经所述带通滤光片滤除带外噪声，成像到所述彩色相机芯片上，所述彩色相机芯片按照R、G、B三基色，将相应波段的光信号转换成电信号，经所述电路及温度图像处理单元放大、AD变换，运算后，经所述数据线传输到所述含显示软件的计算机，经显示软件，给出待测高温目标的温度场分布。优选的，基于比色法的测温原理，待测目标的温度满足式中，λR、λG、λB分别为相机芯片R、G、B三基色分色滤色片的中心波长；ΔλR、ΔλG、ΔλB分别指以λR、λG、λB为中心波长的光谱带宽；TR-G为用R与G表征的目标热力学温度；TB-G为用B与G表征的目标热力学温度；C2为普朗克第二辐射常数；AR、AG和AB分别为R、G、B三基色的灰度与信号强度转化系数，为常数；H(λR)、H(λG)、H(λB)分别为R、G、B三基色对应的光谱灰度；ε(λR,T)、ε(λG,T)、ε(λB,T)分别为R、G、B三基色谱段内中心波长的光谱发射率；I(λR)、I(λG)、I(λB)分别为λR、λG、λB为中心波长的强度分布函数；在可见光范围内，为常数，且设式中，IR、IG、IB为相机芯片R、G、B三基色像元对应的强度信息；则所以待测目标表面的辐射温度为优选的，光学镜头具有焦距调节和光圈调节的功能。优选的，带通滤光片的带宽为0.4μm～0.8μm。优选的，所述彩色相机芯片为硅基CCD或CMOS彩色相机芯片。优选的，所述电路及温度图像处理单元采取如下步骤进行待测目标对应点的温度解析：步骤一：所述电路及温度图像处理单元(230)的中央处理器采集R、G、B三基色像元强度信息IR、IG、IB；步骤二：判读IR、IG、IB数值，如果IR、IG均远大于0，根据公式(3)计算待测高温目标对应点的温度；如果IR接近或等于0，而IB、IG均大于0，则根据公式(4)计算待测高温目标对应点的温度；在式(6)或式(7)中，若IG等于0，或者IR、IG、IB的数值有二项为0，则目标的温度低于可判断阈值而无法判断温度，均显示最低可判断温度；步骤三：将步骤二解析的各点温度信息，通过数据线，传输到所述含显示软件的计算机(300)，经显示软件，构建待测高温目标的温度场，给出温度场分布信息。本专利技术的有益效果在于：本专利技术受待测目标状态、表面粗糙程度、表面化学特性等因素影响小，能够工作在窑炉、热轧等能见度较低环境，可准确地实现高温待测目标的温度场分布的测试，满足窑炉、冶炼和风洞测试等需求，实时精确反应待测目标的温度场特性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1附图为本专利技术的结构示意图。图2附图为本专利技术的结构框图。图3附图为本专利技术电路及温度图像处理单元进行待测目标对应点的温度解析的方法流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅附图1-2，本专利技术提供了一种基于彩色相机芯片的高温温度场相机，包括：光学镜头100、温度场相机200和含显示软件的计算机300；其中，光学镜头100与温度场相机200螺纹连接；温度场相机200与含显示软件的计算机300通过数据线电连接；温度场相机200包括带通滤光片210、彩色相机芯片220、电路及温度图像处理单元230，带通滤光片210与彩色相机芯片220机械连接或采用光学胶粘接；待测高温目标发出的光辐射，经光学镜头100聚焦，经带通滤光片210滤除带外噪声，成像到彩色相机芯片220上，彩色相机芯片220按照R、G、B三基色，将相应波段的光信号转换成电信号，经电路及温度图像处理单元230放大、AD变换，运算后，经数据线传输到含显示软件的计算本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于彩色相机芯片的高温温度场相机，其特征在于，包括：光学镜头(100)、温度场相机(200)和含显示软件的计算机(300)；/n其中，所述光学镜头(100)与所述温度场相机(200)螺纹连接；所述温度场相机(200)与所述含显示软件的计算机(300)通过数据线电连接；/n所述温度场相机(200)包括带通滤光片(210)、彩色相机芯片(220)、电路及温度图像处理单元(230)，所述带通滤光片(210)与所述彩色相机芯片(220)机械连接或采用光学胶粘接；/n待测高温目标发出的光辐射，经所述光学镜头(100)聚焦，经所述带通滤光片(210)滤除带外噪声，成像到所述彩色相机芯片(220)上，所述彩色相机芯片(220)按照R、G、B三基色，将相应波段的光信号转换成电信号，经所述电路及温度图像处理单元(230)放大、AD变换，运算后，经所述数据线传输到所述含显示软件的计算机(300)，经显示软件，给出待测高温目标的温度场分布。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于彩色相机芯片的高温温度场相机，其特征在于，包括：光学镜头(100)、温度场相机(200)和含显示软件的计算机(300)；
其中，所述光学镜头(100)与所述温度场相机(200)螺纹连接；所述温度场相机(200)与所述含显示软件的计算机(300)通过数据线电连接；
所述温度场相机(200)包括带通滤光片(210)、彩色相机芯片(220)、电路及温度图像处理单元(230)，所述带通滤光片(210)与所述彩色相机芯片(220)机械连接或采用光学胶粘接；
待测高温目标发出的光辐射，经所述光学镜头(100)聚焦，经所述带通滤光片(210)滤除带外噪声，成像到所述彩色相机芯片(220)上，所述彩色相机芯片(220)按照R、G、B三基色，将相应波段的光信号转换成电信号，经所述电路及温度图像处理单元(230)放大、AD变换，运算后，经所述数据线传输到所述含显示软件的计算机(300)，经显示软件，给出待测高温目标的温度场分布。
2.根据权利要求1所述的一种基于彩色相机芯片的高温温度场相机，其特征在于，基于比色法的测温原理，待测目标的温度满足
式中，λR、λG、λB分别为相机芯片R、G、B三基色分色滤色片的中心波长；ΔλR、ΔλG、ΔλB分别指以λR、λG、λB为中心波长的光谱带宽；TR-G为用R与G表征的目标热力学温度；TB-G为用B与G表征的目标热力学温度；C2为普朗克第二辐射常数；AR、AG和AB分别为R、G、B三基色的灰度与信号强度转化系数，为常数；H(λR)、H(λG)、H(λB)分别为R、G、B三基色对应的光谱灰度；ε(λR,T)、ε(λG,T)、ε(λB,T)分别为R、G、B三基色谱段内中心波长的光谱发射率；I(λR)、I(λG)、I(λ...
【专利技术属性】
技术研发人员：李昌立，
申请(专利权)人：菲兹克光电长春有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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