基于光辐射的测温设备及系统技术方案

本实用新型专利技术提出了一种基于光辐射的测温设备及系统。该设备包括：光辐射等分装置，配置为接收待测对象的光辐射，将其等分为第一和第二光辐射，并其分别沿第一和第二路径射出；分别布置在第一和第二路径上的第一和第二滤光元件，配置为分别接收第一和第二光辐射，并将其过滤为波长为第一和第二波长的光；分别布置在第一和第二路径上的第一和第二探测装置，配置为分别接收波长为第一和第二波长的光并将其转换为相应的第一和第二光电信号参量；温度确定装置，配置为接收第一和第二光电信号参量，并根据第一和第二光电信号参量与温度的预定关系确定出待测对象的温度。本实用新型专利技术大幅度提高了测温的精度、使用方便，适用范围广。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及测温领域，特别涉及一种基于光辐射的测温设备及系统。
技术介绍
在航空航天、冶金及汽车制造业等领域，常常需要对待测对象以及各种在线工件进行快速、实时监控，以最大限度地减少事故隐患、提高产品的安全性能及其质量。沿用传统的接触式测温仪进行测量，虽然精度高，但必须使探测器接触待测对象。可是在某些特殊的场合下(如对发动机燃烧室及高温炉中的火焰进行测温时)无法使用接触式测温仪，由此产生了非接触式测温方法。红外测温方法就属于一种非接触式测温方法，该方法通过检测物体表面发射的能量来测量温度，具有测温范围广、响应速度快和不明显破坏测温度场等特点，被广泛应用于工业各个方面。红外测温方法主要基于黑体辐射理论，而黑体是个理想化的物理模型，而自然界中实际存在的物体(测温对象)，其吸收能力及辐射能力都比黑体小，称为灰体。根据普朗克辐射定律，一个绝对温度为T的黑体，单位表面积在波长λ1、λ2(λ1的附近单位波长)的间隔内向整个半球空间发射的辐射功率(简称光谱辐射度)为E0(λ，T)，而灰体的光谱辐射能量的计算公式为：E(λ，T)＝ε(λ，T)E0(λ，T)，其中ε(λ，T)为该灰体的辐射率。现有技术中红外测温主要经历了三个阶段的发展。第一阶段：传统的红外测温设备，一律按黑体的热辐射定律来设计。该设计方式假设红外测温仪实际接收到的热辐射是与被测物的光谱辐射能量E(λ，T)是成比例，故在使用红外测温仪时，必须求出待测对象的辐射率ε(λ，T)数值，即进行辐射率修正。遗憾的是，该辐射率ε(λ，T)与待测对象的材料、表面状态、波长，温度以及辐射条件、环境因素等均有复杂的关系，因而很难准确确定测定ε(λ，T)，同时由于在某些情况下待测对象的辐射率随温度变化太大，因而传统红外测温仪还存在着较大的误差。第二阶段：科学家们为解决传统的红外测温设备存在的问题，研究出了基于单波长窄带滤波红外测温技术。可是由于存在诸如水蒸气等的周围环境对红外线的吸收，在很大幅度上影响了单波长红外测温的准确性。第三阶段：利用双波长滤波红外测温技术来进行红外测温。双波长滤波红外测温技术的原理为：利用黑体辐射曲线中相邻两个波长对应的能量等比吸收的原理，在保证红外测温高精度测量的基础上，克服了环境对物体发射红外线吸收造成的测量误差。根据普朗克辐射定律，一个绝对温度为T的黑体，单位表面积λ1、λ2(λ1的附近单位波长)的间隔内向整个半球空间发射的辐射功率(简称光谱辐射度)E0(λ，T)，满足下式的变化关系： E 0 ( λ , T ) = 2 πhν 3 c 2 1 e h ν / k T - 1 = 2 πhc 2 λ 5 1 e h c / λ k T - 1 = C 1 λ - 5 ( e C 2 / λ T - 1 ) - 1 ]]>其中，c为真空光速c＝2.99792458×108m/s；h为普朗克常数，h＝6.62607004×10-34J·s；k为玻尔兹曼常数，k＝1.3806488×10-23J/K；C1为第一辐射常数，C1＝2πhc2＝3.741771790075259×10-16W·m2；C2为第二辐射常数，C2＝hc/k＝1.4387770620391×10-2m·K。而灰体的光谱辐射能量公式 E ( λ , T ) = ϵ ( λ , T ) E 0 ( λ , T ) = ϵ ( λ , T ) C 1 λ - 5 ( e C 2 / λ T - 1 ) - 1 , ]]>其中，E0(λ，T)为黑体发射的光谱辐射通量密度，λ为光谱辐射时的波长，T为黑体的绝对温度，单位为K，ε(λ，T)为待测对象温度为T，辐射波长为λ时的辐射率，0＜ε(λ，T)≤1。在经典近似情况下，在红外测温仪的测温范围内满足此条件，则E0(λ，T)可近似简化为Wien公式： E 0 ( λ , T ) = C 1 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光辐射的测温设备，其特征在于包括：光辐射等分装置，配置为接收待测对象的光辐射，将接收到的光辐射等分为第一光辐射和第二光辐射，并使所述第一光辐射沿第一路径射出、所述第二光辐射沿不同于第一路径的第二路径射出；布置在所述第一路径上的第一滤光元件，配置为接收所述第一光辐射，并将接收到的第一光辐射过滤为波长为第一波长的光；布置在所述第二路径上的第二滤光元件，配置为接收所述第二光辐射，并将接收到的第二光辐射过滤为波长为第二波长的光；布置在第一路径上的第一探测装置，配置为接收波长为第一波长的光并将其转换为相应的第一光电信号参量；布置在第二路径上的第二探测装置，配置为接收波长为第二波长的光并将其转换为相应的第二光电信号参量；温度确定装置，配置为接收来自所述第一探测装置和第二探测装置的所述第一和第二光电信号参量，并根据所述第一和第二光电信号参量与温度的预定关系确定出所述待测对象的温度。

【技术特征摘要】
1.一种基于光辐射的测温设备，其特征在于包括：光辐射等分装置，配置为接收待测对象的光辐射，将接收到的光辐射等分为第一光辐射和第二光辐射，并使所述第一光辐射沿第一路径射出、所述第二光辐射沿不同于第一路径的第二路径射出；布置在所述第一路径上的第一滤光元件，配置为接收所述第一光辐射，并将接收到的第一光辐射过滤为波长为第一波长的光；布置在所述第二路径上的第二滤光元件，配置为接收所述第二光辐射，并将接收到的第二光辐射过滤为波长为第二波长的光；布置在第一路径上的第一探测装置，配置为接收波长为第一波长的光并将其转换为相应的第一光电信号参量；布置在第二路径上的第二探测装置，配置为接收波长为第二波长的光并将其转换为相应的第二光电信号参量；温度确定装置，配置为接收来自所述第一探测装置和第二探测装置的所述第一和第二光电信号参量，并根据所述第一和第二光电信号参量与温度的预定关系确定出所述待测对象的温度。2.根据权利要求1所述的测温设备，其特征在于，所述温度确定装置根据如下的所述预定关系确定待测对象的温度：T＝B’/ln(X/A’)其中，X＝E1(T)/E2(T)，A’、B’为预设系数，T为所述待测对象的温度，E1(T)为所述第一光电信号参量，E2(T)为所述第二光电信号参量。3.根据权利要求1或2所述的测温设备，其特征在于，所述光辐射等分装置包括：空间光调制器，配置为根据预定控制将接收到的待测对象的光辐射等分为所述第一光辐射和第二光辐射，并使第一光辐射沿第一路径射出、第二光辐射沿不同于第一路径的第二路径射出；控制元件，配置为根据预定输入对所述空间光调制器进行上述预定控制。4.根据权利要求3所述的测温设备，其特征在于，所述空间光调制器为选自数字微镜器件、光强数字调制器或液晶光阀。5.根据权利要求4所述的测温设备，其特征在于，所述数字微镜器件包括多个微镜和与所述多个微镜对应的多个转动铰链，各个转动铰链根据所述预定控制将各个微镜向预设方向翻转，使得所述多个微镜中的一半微镜将接收到的待测对象的一半的光辐射沿第一路径射出，所述多个微镜中的另一半微镜将接收到的待测对象的另一半的光辐射沿不同于第一路径的第二路径射出。6.根据权利要求3所述的测温设备，其特征在于，所述第一探测装置为第一点探测器，所述第二探测装置为第二点探测器，并且所述测温设备还包括布置在所述第一路径上、位于所述第一点探测器与所述空间光调制器之间的第一会聚元件，和布置在所述第二路径上、位于所述第二点探测器与空间光调制器之间的第二会聚元件，所述第一点探测器位于所述第一会聚元件的光焦点处；所述第二点探测器位于所述第二会聚元件的光焦点处。7.根据权利要求6所述的测温设备，其特征在于，所述测温设备还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞文凯，赵清，葛墨林，翟光杰，刘雪峰，姚旭日，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：新型
国别省市：北京;11