一种基于双ＣＣＤ的四通道温度场测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于双ＣＣＤ的四通道温度场测量装置，包括：光学镜头，用于将待测物体的辐射聚焦在分光棱镜组的入射面上；分光棱镜组，将投射的辐射分解为近红外波段辐射及可见光波段辐射，分别从两个出射面出射；黑白ＣＣＤ面阵传感器，对近红外波段辐射进行成像，获取近红外波段辐射信号；彩色ＣＣＤ面阵传感器，对可见光波段辐射进行成像，并分解转换为红、绿、蓝三路波段辐射信号；数据采集分析单元，同时采集近红外波段辐射信号及红、绿、蓝三路波段辐射信号共四路测量信号，并利用多光谱测温法进行温度场计算。本实用新型专利技术的技术方案可以实现温度场测量，应用范围广泛；且技术方案实现简单，在高温检测等工业生产领域易于推广应用。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光学测温技术，尤其涉及一种基于双CCD(Charge Coupled Device,电荷耦合器件)融合的四通道辐射温度场测量装置。
技术介绍
在石油化工、冶金、钢铁、水泥、玻璃等工业生产行业的高温检测领域，辐射测温仪 器具有巨大的市场需求和广阔的应用空间。例如，冶金行业的高温炉膛内部温度测量与控 制对于生产过程有着重要的作用。在这些典型的应用领域，传统的热电偶接触式测温手段， 由于测量的局限性以及高成本的材料消耗，目前正在逐步被价格较低、性能稳定、低消耗使 用、非接触式的光学测温设备所取代。光学测温设备的应用将成为高温测量的主流趋势，现 有技术已有的应用与研究现状可概括如下 —种是以点测量的光电/热释电传感器作为光学测温设备的探测传感器，通过在 多个特定波长下的辐射强度测量，基于比色测温原理、多波长测温原理，实现高温物体的 单点温度测量。例如，孙利群等人提出一种基于黑体辐射的双波长光电测温仪(公开号 CN1687722)，其应用于金属冶炼测温领域，利用和钢水达到热平衡的石英玻璃作为发光体， 通过透镜、分光滤光片、窄带滤光片和光电转换器件实现两路波长信号的传输采集和转换， 结合比色测温原理，以实现温度测量；刘玉芳等人提出了一种利用钽酸锂热释电探测器实 现的实用化双波长光纤测温仪(光学技术，31(1) :142-145,2005);戴景民等人先后建立了 多波长辐射测温仪、便携式比色高温计(红外与毫米波学报，14(6) :461-466,1995 ;热能动 力工程，14(3) :185-187， 1999)。然而，上述几种设备都仅能实现单点温度测量，难于对具有 一定几何形状的物体进行空间温度分布的测量。 另一种方案是以CCD等面阵传感器作为光学测温设备的探测传感器，通过对物体 进行光学成像的手段，实现高温物体二维成像温度场的测量。例如，王飞等人利用单个彩色 CCD，基于彩色CCD红、绿、蓝三通道信息，结合比色测温法，获得了二维温度场的分布(中国 电机工程学报，20(1) :70-72,2000);吴海滨等人提出了一种基于彩色和近红外双CCD的图 像测温装置(公开号CN1553157A)，该装置包括双光路光学镜头、一个彩色CCD摄像机、一个 近红外CCD摄像机等，利用它们分别感应的红光与红外光进行比色测量。上述具有代表性 的温度场测量设备，均是以比色法为测温的基本原理，无法更好地适用于非灰体温度场测 上述第二种方案中所述的基于CCD面阵传感器的温度场测量设备，较之第一种方 案中所述的非成像点测温设备，由于获得了更多的空间温度信息，将有更大的应用优势与 应用前景，但无论是采用单CCD或是双CCD的温度场测量设备，目前大都是以比色测温法的 原理为基础进行温度计算的，仅适用于灰体或具有单参数发射率表现的物体温度测量。因 而，针对具有连续辐射性质的实际高温物体(非灰体、发射率表现复杂的物体)，例如炉膛 燃烧火焰、高温叶片、烧蚀材料等，如何在方法和技术上实现高温温度场的测量将是很有意 义的工作，同时也是难点问题。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于双CCD的四通道温度场测量装置，以克服现有技术中温度场测量技术仅适用于灰体或具有单参数发射率物体的局限性。 为了达到上述目的，本技术的技术方案提出一种基于双CCD的四通道温度场测量装置，该装置包括光学镜头、分光棱镜组、黑白CCD面阵传感器、彩色CCD面阵传感器及数据采集分析单元， 所述光学镜头，用于光学成像，将待测物体的辐射聚焦在所述分光棱镜组的入射 面上； 所述分光棱镜组，将投射的辐射分解为近红外波段辐射及可见光波段辐射，分别 从两个出射面出射； 所述黑白CCD面阵传感器，对所述分光棱镜组出射的近红外波段辐射进行成像， 获取待测物体的近红外波段辐射信号； 所述彩色CCD面阵传感器，对所述分光棱镜组出射的可见光波段辐射进行成像， 并分解转换为待测物体的红、绿、蓝三路波段辐射信号； 所述数据采集分析单元，采集所述近红外波段辐射信号及红、绿、蓝三路波段辐射 信号共四路测量信号，并利用多光谱测温法进行温度场计算。 上述的基于双CCD的四通道温度场测量装置中，所述待测物体为温度范围为 1000K 3000K的具有连续辐射特性的高温物体。 上述的基于双CCD的四通道温度场测量装置中，所述近红外波段为800nm 900nm，所述可见光波段为400nm 700nm。 本技术的技术方案通过双CCD融合采集四通道辐射强度信息，并利用适用性 更强的多光谱测温法，可以实现温度场测量，应用范围更为广泛；通过采用测温数据库，提 高了温度求解速度，可应用于实时在线温度计算；且技术方案实现简单，集成系统的成本不 高、性能稳定，在高温检测等工业生产领域易于推广应用。附图说明图1为本技术基于双CCD的四通道温度场测量装置的实施例结构图。具体实施方式以下实施例用于说明本技术，但不用来限制本技术的范围。 图1为本技术基于双CCD的四通道温度场测量装置的实施例结构图，如图所 示，本实施例的温度场测量装置包括光学镜头11、分光棱镜组12、黑白CCD面阵传感器 13、彩色CCD面阵传感器14及数据采集分析单元15。其中，光学镜头11用于光学成像，将 待测物体10的辐射聚焦在分光棱镜组12的入射面上，其可设计为定焦距或是变焦距的镜 头。分光棱镜组12是一个常用的光学器件，其呈正方体结构，通过棱镜镀膜设计，将投射 的辐射分解为A min2 A max2 (本实施例取为800nm 900nm)的近红外波段辐射及A minl 入m^(本实施例取为400nm 700nm)的可见光波段辐射，分别从两个出射面出射。黑白CCD 面阵传感器13与彩色CCD面阵传感器14为具有同一型号CCD芯片的传感器；黑白CCD面阵传感器13置于分光棱镜组12出射辐射为800nm 900nm —侧的出射面上，对出射的近 红外波段辐射进行成像，获取待测物体10的近红外波段辐射信号；彩色CCD面阵传感器14 则置于分光棱镜组12出射辐射为400nm 700nm—侧的出射面上，对出射的可见光波段辐 射进行成像，并利用内嵌的红、绿、蓝三个波段感应单元将其分解转换为待测物体10的红、 绿、蓝三路波段辐射信号。数据采集分析单元15，以个人电脑为平台，通过CCD传感器的数 据输出接口采集近红外波段辐射信号及红、绿、蓝三路波段辐射信号共四路测量信号，并利 用多光谱测温法进行温度场计算。 上述的待测物体是指温度范围在1000K 3000K之间的具有连续辐射特性的高温 物体，其在CCD传感器的波段响应区间内的自发辐射强度要远远大于背景环境反射辐射强 度的干扰，使得CCD传感器获得的测量信号能够直接定量反映高温物体自发辐射强度的大 小。 上述的多光谱测温法为一种常用的辐射测温方法，通用的表述如下具有连续辐 射特性的物体发射率用一个关于波长的多项式函数予以描述，在多个波长下测量物体的辐 射强度，结合光谱发射率模型，可以求得物体的温度。通常在有限的波段区间内，常用0阶 (灰体)、1阶(线性)、2阶(二次函数)形式。在后续本实施例中将采用2阶多项式函数的 表述形式(灰体、线性发射率函数均是其的特例形式)，发射率函本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双ＣＣＤ的四通道温度场测量装置，其特征在于，该装置包括：光学镜头、分光棱镜组、黑白ＣＣＤ面阵传感器、彩色ＣＣＤ面阵传感器及数据采集分析单元，　　所述光学镜头，用于光学成像，将待测物体的辐射聚焦在所述分光棱镜组的入射面上；　　所述分光棱镜组，将投射的辐射分解为近红外波段辐射及可见光波段辐射，分别从两个出射面出射；　　所述黑白ＣＣＤ面阵传感器，对所述分光棱镜组出射的近红外波段辐射进行成像，获取待测物体的近红外波段辐射信号；　　所述彩色ＣＣＤ面阵传感器，对所述分光棱镜组出射的可见光波段辐射进行成像，并分解转换为待测物体的红、绿、蓝三路波段辐射信号；　　所述数据采集分析单元，同时采集所述近红外波段辐射信号及红、绿、蓝三路波段辐射信号共四路测量信号，并利用多光谱测温法进行温度场计算。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：符泰然，余景文，龚玮，程晓舫，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]