一种基于多光谱比色的温度测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113588115A(43)申请公布日2021.11.02(21)申请号202110812639.X(22)申请日2021.07.19(71)申请人中北大学地址030051山西省太原市尖草坪区学院路3号(72)发明人韩焱曾朝斌张璇刘宾(74)专利代理机构中国兵器工业集团公司专利中心11011代理人辛海明(51)Int.Cl.G01K11/00(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种基于多光谱比色的温度测量方法(57)摘要本发明涉及一种基于多光谱比色的温度测量方法，属于光谱温度测量和非接触测温领域。本发明将物体辐射出来的光谱分解为不同波长的单色光到成像面的不同像元上；学系统参数标定，标定成像器件像元上的波长分布；利用黑体炉产生不同的温度，辐射出来的光谱分解为不同波长的单色光到成像器件成像面的不同像元上，并获取到不同波长的电压；在同一温度下，将各波长信号两两比色计算，即计算各波长信号的电压比值，进而计算通过比色计算获得的温度值，以及所有通过比色计算获得的温度值的方差；取方差最小的温度值做电压比值温度曲线；利用上述电压比值温度曲线对其他物体温度进行测量，根据电压比值推算出温度值。本发明提高了温度测量的准确度。CN113588115ACN113588115A权利要求书1/2页1.一种基于多光谱比色的温度测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1、将物体辐射出来的光谱分解为不同波长的单色光到成像器件成像面的不同像元上；S2、光学系统参数标定，标定成像器件像元上的波长分布：不同波长的光谱会打到成像面的不同像元上，记录成像器件像元上不同波长的对应位置，以标定成像器件像元上的波长分布；S3、利用黑体炉产生不同的温度，辐射出来的光谱分解为不同波长的单色光到成像器件成像面的不同像元上，并获取到不同波长的电压；S4、在同一温度下，将各波长信号两两比色计算，即计算各波长信号的电压比值，进而计算通过比色计算获得的温度值，以及所有通过比色计算获得的温度值的方差；S5、以黑体炉为标准源会有一个参考温度，将计算出来的温度作为参考温度做精确度分析，选取方差最小的温度值做电压比值——温度曲线；S6、温度反演，利用上述电压比值——温度曲线对其他物体温度进行测量，根据电压比值推算出温度值。2.如权利要求1所述的基于多光谱比色的温度测量方法，其特征在于，该方法应用于基于多光谱比色的的温度测量系统，该系统具体分为光谱摄取单元、光电转换单元和主控处理单元。3.如权利要求2所述的基于多光谱比色的温度测量方法，其特征在于，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。4.如权利要求3所述的基于多光谱比色的温度测量方法，其特征在于，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流转换；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。5.如权利要求4所述的基于多光谱比色的温度测量方法，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。6.如权利要求4所述的基于多光谱比色的温度测量方法，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。7.如权利要求4所述的基于多光谱比色的温度测量方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：光学系统参数标定时，固定好光学器件，以单色仪输出的光线入射测量系统，通过调节单色仪的输出波长，以单个波长进行移动，记录标定每个像元上的波长。8.如权利要求1所述的基于多光谱比色的温度测量方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：剔除超过3倍方差的温度。9.如权利要求1‑8任一项所述的基于多光谱比色的温度测量方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：假设光谱离散化的第i个，i＝1…n，通道的输出电信号为：2CN113588115A权利要求书2/2页式中，τ(λi)和S(λi)分别表示只与波长有关而与温度无关的光学系统的透过率和光敏器件灵敏度的检定常数；其中，根据普朗克辐射定律在温度T和波长λ处的物体辐射强度为：式中，L(λ,T)为物体的辐射亮度(W·m‑2·μm‑1·sr‑1)，λ为波长(μm)，T为绝对温度(K)；84‑2ε(λ,T)为物体的光谱发射率；普朗克第一辐射常数C1＝3.7415×10W·