專利名稱：一種測(cè)量物體發(fā)射率的測(cè)量系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)射率測(cè)量領(lǐng)域，特別是一種發(fā)射率測(cè)量方法及基于探測(cè)器測(cè)量物體波段發(fā)射率的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
物體真實(shí)溫度的測(cè)量在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)和目標(biāo)探測(cè)等領(lǐng)域有重要的作用，發(fā)射率是測(cè)量物體真實(shí)溫度最重要的參數(shù)。發(fā)射率是實(shí)際物體與理想黑體的自身輻射能量之比，因此精確測(cè)量物體的發(fā)射率是物體精確測(cè)溫的基礎(chǔ)。目前存在的使用探測(cè)器測(cè)量物體波段發(fā)射率的方法有以下二種一是參考物體法，該方法分為近距離和遠(yuǎn)距離兩種，近距離基于發(fā)射率的定義，在相同溫度和相同波段下，測(cè)量被測(cè)樣品的輻射能量與黑體的輻射能量的比值。該方法缺點(diǎn)是測(cè)量常溫附近的材料光譜發(fā)射率比較困難，當(dāng)試樣和探測(cè)器都處于常溫時(shí)，從原理上講是得不到探測(cè)器輸出的，即使試樣溫度高出探測(cè)器溫度幾度至二、三十度，探測(cè)器輸出的信噪比也是比較低的，影響測(cè)試準(zhǔn)確度；遠(yuǎn)距離利用被測(cè)物體附近已知參考體，該方法缺點(diǎn)不適宜測(cè)量無(wú)法放置參考體的地方，同時(shí)不適宜未知溫度的物體；方法二，直接測(cè)量法，通過(guò)測(cè)量物體溫度，并利用普朗克公式測(cè)量計(jì)算物體發(fā)射率，該方法不適用于無(wú)法進(jìn)行接觸測(cè)量表面溫度的物體?，F(xiàn)有方法需要借助于參考體或接觸被測(cè)物體，而不能滿足單獨(dú)對(duì)物體進(jìn)行非接觸測(cè)量。目前常用高精度發(fā)射率測(cè)量裝置為采用對(duì)稱雙光路的光機(jī)結(jié)構(gòu)，整個(gè)裝置由樣品加熱爐、參考黑體、溫度控制器、水冷光攔、光學(xué)系統(tǒng)、單色儀以及數(shù)據(jù)采集/處理電路和計(jì)算機(jī)組成，該系統(tǒng)測(cè)量原理采用了方法一的參考物體法，利用兩個(gè)探測(cè)器分別測(cè)量待測(cè)目標(biāo)和黑體在同溫、同波長(zhǎng)下的兩路輻射能，利用其比值確定樣品在該溫度下的發(fā)射率。該系統(tǒng)無(wú)法測(cè)量常溫附近的材料光譜發(fā)射率，并且安裝困難，需要較高的安裝精度，操作復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)射率測(cè)量方法及非接觸無(wú)需參考體測(cè)量精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便的基于探測(cè)器的物體發(fā)射率測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種測(cè)量物體發(fā)射率的測(cè)量系統(tǒng)，包括探測(cè)器、輻射源和分光鏡，探測(cè)器置于與被測(cè)物體及分光鏡同一光路中，輻射源提供主動(dòng)輻射，與探測(cè)器、分光鏡所處光路所在的直線垂直，并與分光鏡處于同一直線上；分光鏡分別與探測(cè)器探測(cè)面、輻射源表面成度角，分光鏡處于被測(cè)物體與探測(cè)器中間光路；輻射源表面入射光線與分光鏡反射面成度角，經(jīng)分光鏡表面反射的光線到達(dá)被測(cè)物體，光線經(jīng)被測(cè)物體表面反射到達(dá)分光鏡并經(jīng)分光鏡透射到達(dá)探測(cè)器表面。所述分光鏡固定在支架上，分光鏡為半透半反射鏡，包括紅外半透半反射鏡、可見(jiàn)光半透半反射鏡和全波段半透半反射鏡。所述探測(cè)器包括紅外熱像儀、CCD照相機(jī)以及光譜輻射計(jì)；所述輻射源采用面源黑體。
所述被測(cè)物體表面與探測(cè)器表面平行。一種測(cè)量物體發(fā)射率的方法，步驟如下
第一步，以輻射源為基準(zhǔn)建立探測(cè)器的系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)，以t攝氏度為輻射源溫度間隔，采樣輻射源輻射反映到探測(cè)器上的灰度值，溫度間隔t滿足在[T1，T2]溫度范圍內(nèi)有10個(gè)或10個(gè)以上采樣點(diǎn)。第二步，取[Tl，Τ2]區(qū)間內(nèi)的η個(gè)采樣點(diǎn)，η>=10,用最小二乘法擬合經(jīng)過(guò)η個(gè)采樣點(diǎn)的探測(cè)器輸出值，擬合出該探測(cè)器的系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)為
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量物體發(fā)射率的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于包括探測(cè)器[I]、輻射源[2]和分光鏡[3]，探測(cè)器[I]置于與被測(cè)物體[4]及分光鏡[3]同一光路中，輻射源[2]提供主動(dòng)輻射，與探測(cè)器[I]、分光鏡[3]所處光路所在的直線垂直，并與分光鏡[3]處于同一直線上；分光鏡[3]分別與探測(cè)器[I]探測(cè)面、輻射源[2]表面成45度角，分光鏡[3]處于被測(cè)物體[4]與探測(cè)器[I]中間光路；福射源[2]表面入射光線與分光鏡[3]反射面成45度角，經(jīng)分光鏡[3]表面反射的光線到達(dá)被測(cè)物體[4]，光線經(jīng)被測(cè)物體[4]表面反射到達(dá)分光鏡[3]并經(jīng)分光鏡[3]透射到達(dá)探測(cè)器[I]表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量物體發(fā)射率的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述分光鏡[3]固定在支架上，分光鏡[3]為半透半反射鏡，包括紅外半透半反射鏡、可見(jiàn)光半透半反射鏡和全波段半透半反射鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量物體發(fā)射率的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述探測(cè)器[I]包括紅外熱像儀[1-1]、CCD照相機(jī)[1-2]以及光譜輻射計(jì)[1-3];所述輻射源[2]采用面源黑體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量物體發(fā)射率的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述被測(cè)物體[4]表面與探測(cè)器[I]表面平行。
5.一種測(cè)量物體發(fā)射率的方法，其特征在于，步驟如下第一步，以輻射源為基準(zhǔn)建立探測(cè)器的系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)，以t攝氏度為輻射源溫度間隔，采樣輻射源輻射反映到探測(cè)器上的灰度值，溫度間隔t滿足在[T1，T2]溫度范圍內(nèi)有10個(gè)或10個(gè)以上采樣點(diǎn)；第二步，取[Τ1，Τ2]區(qū)間內(nèi)的η個(gè)采樣點(diǎn)，η>=10，用最小二乘法擬合經(jīng)過(guò)η個(gè)采樣點(diǎn)的探測(cè)器輸出值，擬合出該探測(cè)器的系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)為P = + ，其中V為探測(cè)器輸出值，Lf探測(cè)器本身雜散能量，α為探測(cè)器響應(yīng)度，L為到達(dá)探測(cè)器表面的有效輻射量；第三步，根據(jù)發(fā)射率推導(dǎo)公式分別測(cè)量輻射源改變前后輻射值及物體輻射輸出值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)量物體發(fā)射率的方法，其特征在于，所述步驟三根據(jù)發(fā)射率推導(dǎo)公式分別測(cè)量輻射源改變前后輻射值及物體輻射輸出值的方法如下`3.1探測(cè)器接收到的有效輻射包括三個(gè)部分目標(biāo)自身輻射、目標(biāo)對(duì)周?chē)h(huán)境反射輻射和大氣輻射，到達(dá)探測(cè)器表面的有效輻射量表達(dá)式如下
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種測(cè)量物體發(fā)射率的測(cè)量系統(tǒng)及方法，測(cè)量系統(tǒng)包括探測(cè)器、輻射源和分光鏡，探測(cè)器置于與被測(cè)物體及分光鏡同一光路中，輻射源與探測(cè)器、分光鏡所處光路所在的直線垂直，并與分光鏡處于同一直線上；分光鏡分別與探測(cè)器探測(cè)面、輻射源表面成45度角，分光鏡處于被測(cè)物體與探測(cè)器中間光路。所述發(fā)射率測(cè)量方法涉及同過(guò)改變輻射源的輻射量分別測(cè)量探測(cè)器的輸出值，利用發(fā)射率推導(dǎo)公式進(jìn)行計(jì)算。本發(fā)明系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單，測(cè)量光路穩(wěn)定并且易于調(diào)整，操作方便；能夠避免絕對(duì)測(cè)量造成的誤差，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)射率的精確測(cè)量。
文檔編號(hào)G01J5/00GK103063312SQ201210591729
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月29日
發(fā)明者屈惠明, 李圓圓, 陳錢(qián), 顧國(guó)華, 鄭奇, 曹丹, 劉文俊, 龔靖棠, 黃源 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)