温度场测温装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种温度场测温装置及方法，该装置包括：激光模块，用于发出激光；分光模块，用于将激光反射至探测目标上以在探测目标上激发出辐射荧光信号，并透射辐射荧光信号；成像模块，包括：第一通道，用于根据第一波长范围的热辐射信号进行成像，得到第一热辐射图像；第二通道，用于根据第二波长范围的辐射荧光信号进行成像，得到第一荧光图像，并根据第二波长范围的热辐射信号进行成像，得到第二热辐射图像；第三通道，用于根据第三波长范围的辐射荧光信号进行成像，得到第二荧光图像；计算及显示模块，用于根据第一荧光图像、第二荧光图像、第一热辐射图像和第二热辐射图像计算并显示探测目标不同位置的温度。并显示探测目标不同位置的温度。并显示探测目标不同位置的温度。

【技术实现步骤摘要】
温度场测温装置及方法


[0001]本专利技术涉及温度测量
，更具体地，涉及一种温度场测温装置及方法。

技术介绍

[0002]温度测量技术主要包括接触式、非接触式两类。热电偶等接触式测温技术的不足之处体现在抗干扰能力弱、接触式测量、空间和时间分辨率较低、测量端老化以及信号引线困难等，无法准确获得热端部件温度变化情况。
[0003]相比于接触式测温技术，非接触式的热辐射测温技术通过对目标辐射的热辐射信号进行测量，确定目标的温度。热辐射测温技术具有非接触、温度场测量、信号传输便捷的特点，可以克服传统接触式测温的缺点。但采用单一响应波段(可见光，或近红外，或红外)的热辐射测温技术的测温范围有限，仅适用于中高温测量，难以实现中低温测量。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种温度场测温装置及方法，以期至少部分地解决提及的技术问题中的至少之一。
[0005]本专利技术的一个方面提供了一种温度场测温装置，包括：
[0006]激光模块，适用于发出激光；
[0007]分光模块，适用于将上述激光反射至探测目标上以在上述探测目标上激发出辐射荧光信号，并透射上述辐射荧光信号；
[0008]成像模块，包括：
[0009]第一通道，适用于根据上述探测目标发出的第一波长范围的热辐射信号进行成像，得到第一热辐射图像；
[0010]第二通道，适用于根据经上述分光模块透射后的第二波长范围的辐射荧光信号进行成像，得到第一荧光图像，并根据上述探测目标发出的第二波长范围的热辐射信号进行成像，得到第二热辐射图像；以及
[0011]第三通道，适用于根据经上述分光模块透射后的第三波长范围的辐射荧光信号进行成像，得到第二荧光图像；以及
[0012]计算及显示模块，适用于根据上述第一荧光图像、上述第二荧光图像、上述第一热辐射图像和上述第二热辐射图像计算并显示上述探测目标不同位置的温度；
[0013]其中，上述第一波长范围、上述第二波长范围和上述第三波长范围各不相同。
[0014]根据本专利技术的实施例，上述计算及显示模块包括：
[0015]计算单元，适用于根据上述第一荧光图像和上述第二荧光图像计算上述探测目标的一部分区域不同位置的温度，并根据上述第一热辐射图像和上述第二热辐射图像计算得到上述探测目标另一部分区域不同位置的温度；以及
[0016]显示单元，适用于显示计算得到的上述探测目标不同位置的温度。
[0017]根据本专利技术的实施例，根据上述第一荧光图像和上述第二荧光图像计算上述探测
目标的一部分区域不同位置的温度包括：
[0018]获取第一目标成像位置在上述第一荧光图像的第一发光强度；
[0019]获取第一目标成像位置在上述第二荧光图像的第二发光强度；以及
[0020]根据上述第一发光强度和上述第二发光强度，确定与上述第一目标成像位置对应的上述探测目标部分区域的位置的温度，进而确定上述探测目标部分区域不同位置的温度。
[0021]根据本专利技术的实施例，上述第一发光强度、上述第二发光强度与上述第一目标成像位置(i,j)对应的上述探测目标部分区域的位置的温度之间满足如下关系：
[0022][0023]其中，(i,j)是第一目标成像位置，A和B是系数；k是玻尔兹曼常数；ΔE为上述第二通道中的热耦合能级和上述第三通道中的热耦合能级间的能级差，为上述第一发光强度、为上述第二发光强度，Q
i,j
为荧光发光强度比，T
i,j
为与上述第一目标成像位置(i,j)对应的上述探测目标部分区域的位置的温度。
[0024]根据本专利技术的实施例，根据上述第一热辐射图像和上述第二热辐射图像计算得到上述探测目标另一部分区域目标位置的温度包括：
[0025]获取第二目标成像位置在上述第一热辐射图像的第三发光强度；
[0026]获取第二目标成像位置在上述第二热辐射图像的第四发光强度；以及
[0027]根据上述第三发光强度和上述第四发光强度，确定与上述第二目标成像位置对应的上述探测目标另一部分区域的位置的温度，进而确定上述探测目标另一部分区域不同位置的温度。
[0028]根据本专利技术的实施例，上述第三发光强度和上述第四发光强度与上述第二目标成像位置(m,n)对应的上述探测目标另一部分区域的位置的温度之间满足如下关系：
[0029][0030][0031]其中，(m,n)是第二目标成像位置，是第三发光强度，是第四发光强度，ε是探测目标的热辐射光谱发射率；T
m,n
为与上述第二目标成像位置(m,n)对应的上述探测目标另一部分区域的位置的温度；λ
R
是第一通道的光谱等效波长、λ
G
是第二通道的光谱等效波长；I
b
(λ
R
,T
m,n
)表示在温度T
m,n
、波长为λ
R
时的黑体光谱辐射强度分布函数，I
b
(λ
G
,T
m,n
)表示在温度T
m,n
、波长为λ
G
时的黑体光谱辐射强度分布函数。
[0032]根据本专利技术的实施例，在上述分光模块与上述激光模块之间还包括扩束模块，上述扩束模块适用于对上述激光模块发出的激光进行扩束。
[0033]根据本专利技术的实施例，在上述分光模块与上述成像模块之间还包括聚焦模块，上述聚焦模块适用于对上述分光模块透射出的上述辐射荧光信号进行聚焦，进而输入至上述成像模块。
[0034]根据本专利技术的实施例，还包括时序控制模块，适用于对上述激光模块、上述计算及显示模块以及上述成像模块进行控制。
[0035]根据本专利技术的实施例，上述成像模块的采集频率为上述激光的开关调制频率的2倍。
[0036]根据本专利技术的实施例，上述第一通道为R通道，上述第一波长范围为600
‑
700nm，上述第二通道为G通道，上述第二波长范围为500
‑
600nm，上述第三通道为B通道，上述第三波长范围为400
‑
500nm。
[0037]根据本专利技术的实施例，上述激光的开关调制频率为1
‑
30Hz。
[0038]根据本专利技术的实施例，上述激光的波长范围为300
‑
400nm。
[0039]本专利技术的另一个方面提供了一种测温方法，利用上述的温度场测温装置，上述测温方法包括：
[0040]利用分光模块将激光模块发出的激光反射至探测目标上，以在探测目标上激发出辐射荧光信号，以及利用分光模块透射辐射荧光信号；
[0041]利用第二通道对分光模块透射后的第二波长范围的辐射荧光信号进行成像，得到第一荧光图像；
[0042]利用第三通道对分光模块透射后的第三波长范围的辐射荧光信号进行成像，得到第二荧光图像本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种温度场测温装置，包括：激光模块，适用于发出激光；分光模块，适用于将所述激光反射至探测目标上以在所述探测目标上激发出辐射荧光信号，并透射所述辐射荧光信号；成像模块，包括：第一通道，适用于根据所述探测目标发出的第一波长范围的热辐射信号进行成像，得到第一热辐射图像；第二通道，适用于根据经所述分光模块透射后的第二波长范围的辐射荧光信号进行成像，得到第一荧光图像，并根据所述探测目标发出的第二波长范围的热辐射信号进行成像，得到第二热辐射图像；以及第三通道，适用于根据经所述分光模块透射后的第三波长范围的辐射荧光信号进行成像，得到第二荧光图像；以及计算及显示模块，适用于根据所述第一荧光图像、所述第二荧光图像、所述第一热辐射图像和所述第二热辐射图像计算并显示所述探测目标不同位置的温度；其中，所述第一波长范围、所述第二波长范围和所述第三波长范围各不相同。2.根据权利要求1所述的温度场测温装置，其特征在于，所述计算及显示模块包括：计算单元，适用于根据所述第一荧光图像和所述第二荧光图像计算所述探测目标的一部分区域不同位置的温度，并根据所述第一热辐射图像和所述第二热辐射图像计算所述探测目标另一部分区域不同位置的温度；以及显示单元，适用于显示计算得到的所述探测目标不同位置的温度。3.根据权利要求2所述的温度场测温装置，其特征在于，根据所述第一荧光图像和所述第二荧光图像计算所述探测目标的一部分区域不同位置的温度包括：获取第一目标成像位置在所述第一荧光图像的第一发光强度；获取第一目标成像位置在所述第二荧光图像的第二发光强度；以及根据所述第一发光强度和所述第二发光强度，确定与所述第一目标成像位置对应的所述探测目标部分区域的位置的温度，进而确定所述探测目标部分区域不同位置的温度。4.根据权利要求3所述的温度场测温装置，其特征在于，所述第一发光强度、所述第二发光强度与所述第一目标成像位置(i,j)对应的所述探测目标部分区域的位置的温度之间满足如下关系：其中，(i,j)是所述第一目标成像位置，A和B是系数，k是玻尔兹曼常数，ΔE为所述第二通道中的热耦合能级和所述第三通道中的热耦合能级间的能级差，为所述第一发光强度、为所述第二发光强度，Q
i,j
为荧光发光强度比，T
i,j
为与所述第一目标成像位置(i,j)对应的所述探测目标部分区域的位置的温度。5.根据权利要求2所述的温度场测温装置，其特征在于，根据所述第一热辐射图像和所述第二热辐射图像计算得到所述探测目标另一部分区域目标位置的温度包括：获取第二目标成像位置在所述第一热辐射图像的第三发光强度；
获取第二目标成像位置在所述第二热辐射图像的第四发光强度；以及根据所述第三发光强度和所述第四发光强度，确定与所述第二目标成像位置对应的所述探测目标另一部分区域的位置的温度，进而确定所述探测目标另一部分区域不同位置的温度。6.根据权利要求5所述的温度场测温装置，其特征在于，所述第三发光强度和所述第四发光强度与所述第二目标成像位置(m,n)对应的所述探测目标另一部分区域的位置的温度之间满足如下关系：之间满足如下关系：其中，(m,n)是所述第二目标成像位置，是所述第三发光强度，是所述第四发光强度，ε是所述探测目标的热辐射光谱发射率；T
m,n
为与所述第二目标成像位置(m,n)对应的所述探测目标另一部分区域的位置的温度；λ
R
是第一通道的光谱等效波长、λ
G
是第二通道的光谱等效波长；I
b
(λ
R
,T
m,n
)表示在温度T
m,n
、波长为λ
R
时的黑体光谱辐射强度分布函数，I
b
(λ
G
,T
m,n
)表示在温度T
m,n
、波长为λ
G
时的黑体光谱辐射强度分布函数。7.根据权利要求1所述的温度场测温装置，其特征在于，在所述分光模块与所述激光模块之间还包括扩束模块，所述扩束模块适用于对所述激光模块发出的激光进行扩束。8.根据权利要求1所述的温度场测温装置，其特征在于，在所述分光模块与所述成像模块之间还包括聚焦模块，所述聚焦模块适用于对所述分光模块透射出的所述辐射荧光信号进行聚焦，进而输入至所述成像模块。9.根据权利要求1所述的温度场测温装置，其特征在于，还包括时序控制模块，适用于对所述激光模块、所述计算及显示模块以及所述成像模块进行控制。10.根据权利要求1所述的温度场测温装置，其特征在于，所述成像模块的采集频率为所述激光的开关调制频率的2倍。11.根据权利要求1所述的温度场测温装置，其特征在于，所述第一通道为R通道，所述第一波长范围为600
‑
700nm，所述第二通道为G通道，所述第二波长范围为500
‑
600nm，所述第三通道为B通道，所述第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：符泰然，吴宇颂，张常贤，张达，王希影，荆甫雷，
申请(专利权)人：中国航空发动机研究院，
类型：发明
国别省市：