一种基于多光谱比色的高温瞬态测量系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于多光谱比色的高温瞬态测量系统和方法，属于非接触测温领域。本发明专利技术的测量系统包括光谱摄取单元、光电转换单元和主控处理单元；谱摄取单元包括望远系统、孔径光阑、准直系统、色散系统、聚焦系统，光电转换单元包括光敏探测器阵列和放大电路，主控处理单元包括主控芯片和A/D电路。该测量方法包括光谱摄取单元设计、光电转换单元设计、光学系统参数标定，标定光敏探测器阵列像元上的波长分布、测量系统的温度曲线标定和待测物体的多光谱温度测量。本发明专利技术具有电路结构简单，响应速度快，动态测试范围能力高，系统成本低的特点，采用多光谱测温技术，利用多个通道在不同温度段之间的比值反演温度，具有更高的测温精度。精度。精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多光谱比色的高温瞬态测量系统和方法


[0001]本专利技术属于光谱温度测量和非接触测温领域，具体涉及一种基于多光谱比色的高温瞬态测量系统和方法。

技术介绍

[0002]瞬态温度测量在工程中具有广泛的需求，例如在火箭发动机燃烧、航空发动机燃烧、弹药燃爆、煤粉及粉尘燃烧、激光加工等，通过瞬态温度变化的测量，分析燃烧规律和燃爆能量变化过程。在测温领域中，按照测温的手段可以分为接触式测温和非接触式测温。常规的接触式测温方法由于受温度传感器热惯性的影响，难以满足瞬态测温的需求，特别是在高温、爆炸等极端条件下，更难以通过接触式测温的方式获取瞬态燃爆过程中的温度变化全过程信息。与接触式测温方法相比，非接触式测温方法更能有效解决温度快速变化的测温问题，特别适合于高温、甚高温瞬变温度的测量。
[0003]目前常用的非接触测温方法有红外热成像测温、激光测温和多光谱测温等方法。红外热成像测温能测量温度分布，但由于受成像器件的响应时间限制，不能实现瞬态温度的测量；激光光谱测温对于常规物体是一种较好的测温手段，然而在辐射光强很强的环境下，激光信号会被掩盖本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多光谱比色的高温瞬态测量系统，其特征在于，该测量系统包括光谱摄取单元、光电转换单元和主控处理单元；所述光谱摄取单元包括望远系统、孔径光阑、准直系统、色散系统、聚焦系统，各个组成部件顺次摆放，用于实现对光谱信息的分离；其中，望远系统摄取物体光线；孔径光阑控制视场角；准直系统将光线变成同心光束；色散系统用于将同心光束分解成多光谱；聚焦系统用于将色散系统分解后的光谱的不同波长的光线聚焦在不同的像面上；所述光电转换单元包括光敏探测器阵列和放大电路，用于对辐射物体的离散化后的光谱进行光电转换；其中，光敏探测器阵列放置在像面上，用于对不同像面上的光谱强度进行光电流转换，输出的电流输入到放大电路中，由放大电路实现电流电压转换，以及信号放大；所述主控处理单元包括主控芯片和A/D电路，A/D电路用于将电压信号进行模数转换，主控芯片用于根据电压实现温度的标定和测量。2.如权利要求1所述的基于多光谱比色的高温瞬态测量系统，其特征在于，所述色散系统包括棱镜或光栅或两者的组合。3.如权利要求1所述的基于多光谱比色的高温瞬态测量系统，其特征在于，所述放大电路为多级放大电路组成的高动态范围放大电路。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的基于多光谱比色的高温瞬态测量系统，其特征在于，所述光敏探测器阵列包括多个像元，每一个光敏探测器阵列像元上的光电二极管代表一个通道，需要匹配一个放大电路。5.一种基于如权利要求1
‑
4任一项所述的测量系统的基于多光谱比色的高温瞬态测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1、光谱摄取单元设计：通过设计光谱摄取单元中各个组成部件的位置，摄取工作范围的光谱并使之离散分布在不同的像面位置，实现高光谱分辨率；S2、光电转换单元设计：将光敏探测器阵列放置在像面，使用光敏探测器阵列将光谱信息转换成电流信号，通过放大电路进行电流电压转换以及信号放大；S3、光学系统参数标定，标定光敏探测器阵列像元上的波长分布：不同波长的光谱会打到不同的成像面上，记录光敏探测器阵列像元上不同波长的对应位置，以标定光敏探测器阵列像元上的波长分布；S4、测量系统的温度曲线标定：以黑体炉为标准辐射源入射测量系统，不同温度段的光谱强度的变化体现在系统电压变化，在固定一个波长的情况下，选择一个参考温度和对应的参考电压，拟合出该波长下温度与电压比值之间的曲线关系；进而得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩焱，曾朝斌，张璇，刘宾，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：