本發(fā)明涉及光學測溫技術領域，尤其涉及一種多光譜溫度場測量裝置。

背景技術：

多光譜輻射溫度測量方法是一種非接觸的輻射測溫方法，主要用于測量高溫，如火箭尾噴火焰溫度場、船舶用大型發(fā)動機燃燒場溫度測量等領域，通過待測場發(fā)出的熱輻射進行測溫，具有無測量上限、響應速度快及不影響被測溫度場等優(yōu)點。該方法是在一個儀器中制成多個光譜通道，利用多個光譜的物體輻射亮度信息，再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，得到物體的真實溫度和材料的光譜發(fā)射率。但是目前，多光譜高溫計由于受光路的限制只能測量單點的溫度，而實際應用過程中往往需要獲得待測溫度場的分布，為此，本發(fā)明實現(xiàn)了一種待測溫度場各點的多光譜信息的同時獲取，通過多個面陣CCD(電荷耦合元件)獲得各點光譜強度信息，進而通過數(shù)據(jù)處理獲得待測輻射表面各點溫度值。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對待測的某一表面發(fā)出的熱輻射，經(jīng)過本發(fā)明設計的光路后，可實現(xiàn)二維表面各點多光譜信息的同時采集，通過光電轉(zhuǎn)換后，經(jīng)反演計算獲得各個點的溫度值，從而實現(xiàn)多光譜二維表面溫度的實時測量，進而提出了一種多光譜溫度場測量裝置。

上述的目的通過以下的技術方案實現(xiàn)：

一種多光譜溫度場測量裝置，包括：被測溫度場、物鏡組、平行光管、多面分光棱錐、平面反射鏡、窄帶濾光片、成像透鏡和面陣CCD傳感器，

所述物鏡組將被測溫度場的輻射通過平行光管聚焦在多面分光棱錐的入射面上；

所述多面分光棱錐將投射的輻射等分至少八束不同方向的波段輻射到平面反射鏡的入射面上；

所述平面反射鏡將輻射反射到窄帶濾光片上，輻射通過窄帶濾光片被成像透鏡并將輻射聚焦在面陣CCD傳感器上。

對本發(fā)明的進一步限定，所述物鏡組包括：按照輻射方向分別第一物鏡和第二物鏡。

對本發(fā)明的進一步限定，所述采用窄帶濾光片，可以獲得更精細的光譜信息，直接帶入

式中T為待測溫度，T_i為標定溫度，C₂為第二輻射常數(shù)，λ_i為光譜波長值，ε_i(λ_i，T)為光譜發(fā)射率。

對本發(fā)明的進一步限定，所述光譜發(fā)射率函數(shù)求解方程為

轉(zhuǎn)換為式中，T_ri為每個通道的溫度計算值，為每個通道計算溫度的平均值，

即尋找一組合適發(fā)射率帶入上述方程，使得由上述方程式構(gòu)成的方程組中每一個方程得到的溫度T_ri都相等，實際情況是在約束條件即發(fā)射率ε∈[0,1]條件下，如果即讓小于某個較小的數(shù)(迭代截止條件)，說明此時找到了合適一組發(fā)射率，溫度此時也為真溫。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明分光光譜通道數(shù)至少8個光譜通道，光譜通道越多，獲得的待測場信息越多，利于檢測。

2、本發(fā)明提高了溫度求解速度，可應用實時在線溫度計算。

3、本發(fā)明操作簡單，且性能穩(wěn)定。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的光路圖；

圖2是本發(fā)明的八光譜通道光路成像端模擬圖；

圖3是本法的物鏡組結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的說明：

一種多光譜溫度場測量裝置，包括：被測溫度場1、物鏡組12、平行光管6、多面分光棱錐7、平面反射鏡8、窄帶濾光片9、成像透鏡10和面陣CCD傳感器11，

所述物鏡組12將被測溫度場1的輻射通過平行光管6聚焦在多面分光棱錐7的入射面上；

所述多面分光棱錐7將投射的輻射等分至少八束不同方向的波段輻射到平面反射鏡8的入射面上；

所述平面反射鏡8將輻射反射到窄帶濾光片9上，輻射通過窄帶濾光片9被成像透鏡10并將輻射聚焦在面陣CCD傳感器11上。

所述物鏡組12包括：按照輻射方向分別第一物鏡3和第二物鏡4。

所述采用窄帶濾光片9，可以獲得更精細的光譜信息，直接帶入

式中T為待測溫度，T_i為標定溫度，C₂為第二輻射常數(shù)，λ_i為光譜波長值，ε_i(λ_i，T)為光譜發(fā)射率。

所述光譜發(fā)射率函數(shù)求解方程為

轉(zhuǎn)換為式中，T_ri為每個通道的溫度計算值，為每個通道計算溫度的平均值，

即尋找一組合適發(fā)射率帶入上述方程，使得由上述方程式構(gòu)成的方程組中每一個方程得到的溫度T_ri都相等，實際情況是在約束條件即發(fā)射率ε∈[0,1]條件下，如果即讓小于某個較小的數(shù)(迭代截止條件)，說明此時找到了合適一組發(fā)射率，溫度此時也為真溫。

用坐標輪換法可以求解此類約束多維函數(shù)的極值問題。即

第一步，給定初始點x⁽⁰⁾，初始步長縮放因子u>1及精度ε₁>0,ε₂>0，置k＝0；

第二步，令y＝x^k；

第三步，從y出發(fā)，按步長沿坐標軸e¹的正方向搜索，y⁽¹⁾＝y(tǒng)+te¹，如果y⁽¹⁾在可行域內(nèi)，即滿足g(y⁽¹⁾)≥0，且有∫(y⁽¹⁾)<∫(y)，則取t＝2t，加速向前搜索直到不滿足可行性條件或函數(shù)值的條件，轉(zhuǎn)第五步；

第四步，如果沿坐標軸e¹的正方向和負方向都找不到同時滿足可行性條件和函數(shù)值下降的點，則將搜索步長減小，令δ⁰＝δ⁰/u，轉(zhuǎn)第五步；

第五步，依次沿其他坐標軸進行同樣的搜索，最終求得此輪搜索的最優(yōu)點y¹；

第六步，如果||y¹-x^k||≤ε₂，轉(zhuǎn)第七步，否則令x^k+1＝y(tǒng)¹,k＝k+1，則轉(zhuǎn)第二步；

第七步，如果步長max(ε⁰)≤ε₁，則x^k為最優(yōu)點，否則令δ⁰＝δ⁰/u，轉(zhuǎn)第二步。

待測溫度場1表面的熱輻射光譜(混和在一起)通過組合物鏡12后通過平行光管6出射平行光，進入多面分光棱錐7，通過多面分光棱錐7的多個側(cè)面反射實現(xiàn)分光，每個方向的光通過平面反射鏡8進入窄帶濾光片9，實現(xiàn)光譜提取，經(jīng)成像透鏡10進入面陣CCD，每個CCD對應一個光譜通道，CCD上的每個像素對應待測點的位置信息和光譜信息，這樣就獲得了待測溫度場各點的多光譜信息，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換得到電壓值后，根據(jù)坐標輪換算法同時計算真溫和發(fā)射率。