[发明专利]一种基于数字微镜的多光谱测温装置

说明书

本发明公开了一种基于数字微镜的多光谱测温装置，解决了现有技术真实温度不能获得的问题。本装置中，光源辐射光谱信号由耐高温和冲击的光学探测单元经两段光纤传输到DMD光谱仪，经由狭缝入射到分光成像系统，由前透镜准直为复色平行光，在反射式刻线光栅表面色散为光谱带，光谱带由透镜会聚，按波长顺序依次入射到DMD的不同位置进行波长选通，之后由透镜聚焦在单点探测器上进行光谱采集，最后，由上位机高速光谱并行处理，经Hadamard逆变换解码，即可得到光源的真实温度和光谱发射率。该装置具有高速、高分辨率、高信噪比和极强环境适应能力的特点。本发明适用于火炸药燃烧和爆炸火焰辐射温度的实时测量，也适用于高温部件表面温度的测量。

技术领域

本发明涉及一种基于数字微镜的多光谱测温装置，适用于火炸药燃烧和爆炸火焰温度的测量。

背景技术

温度是最重要物质状态参数之一，温度测控在国防工业、科学实验及生产生活中具有十分重要的作用，特别是在高温、超高温的测量在航空、航天、兵器、材料及能源等领域中占有极重要地位。由于非接触测温法具有响应速度快、测温无上限、不影响被测物体温度场等优势使之相比于接触测温法更适合测量快速变化的高温测量，且随着电子技术的发展，非接触测温法已经成为测量燃烧和爆炸温度的主流方法。其中，辐射测温法应用最为广泛，从测量原理角度出发，主要有单色高温计、双谱线温度计、比色高温计、红外热像仪及基于CCD(电荷耦合器件)成像技术的多谱段辐射测温装置等应用于燃烧和爆炸场合的温度测量中。

单色温度计结构简单，最早出现于爆炸领域辐射测温，它是利用滤光片使得只有某个指定波长的能量能进入光电倍增管，所以测得的温度实际上是被测物体的亮温。若想得到被测物体的真温，则需要估计被测物体的发射率，而这种通过估计方法得到的被测物体的发射率具有较大误差，使所测量物体的真温同样具有较大偏差。双谱线温度计是利用原子发射光谱进行测温的，为保证爆炸过程中含有铜原子的发射光谱线，需在被测物中加入微量铜粉，爆炸将铜粉被激发为高温原子，通过望远系统收集爆炸的光，经过一分为二的光纤束分别将光传至不同波长的两片铜谱线滤光片，再经两个相同的光电倍增管传递至数据采集系统，通过数据处理计算得出被测物体的温度。应用双谱线温度计测得的是物体在爆炸过程中的激发温度，激发温度和真实温度在概念和数值上均不等同。比色温度计与双谱线温度计结构相似，均为在一个高温计中制造两个光谱通道，通过对两个通道的光谱信息计算得出物体的温度。但是两者的原理和计算方法有着很大的不同。比色温度计假定被测物体是灰体，即发射率不受工作波长的影响，只与温度有关。但在实际情况中，物体发射率受波长的影响较大，可视为灰体的物体极少，所以应用此方法对爆炸温度进行测量势必引入较大误差；同时，该方法测得的温度为亮温，而非真温。红外热像仪具有面成像、数据信息量大的优点被应用于温度测量中，在研究炸药爆炸火团扩温度散方面具有其他高温计不可比拟的优势。但该方法测得的温度为亮温，并未能解决发射率未知的条件下物体真温测量的问题。

随着CCD生产技术的提高，研究人员以RGB彩色CCD作为图像传感器，将CCD成像技术与多光谱测温技术结合，提出了CCD多光谱辐射测温法。由于通道的选择并不是针对辐射测温的要求来决定，对于高温火焰，由于亮度太高，会导致CCD势阱中的电荷饱和并出现电荷“溢出”现象，单色辐射亮度和CCD三色通道输出信号的一一对应关系就会遭受破坏。CCD的响应曲线受带宽的限制和被测物体光谱发射率的影响较严重，仪器标定较困难，测量精度较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于数字微镜(Digital Micromirror Device，DMD)的多光谱测温装置，以克服现有火炸药燃烧和爆炸火焰温度测量装置由于光谱发射率等因素的影响造成真实温度不能获得之不足。

本发明实现过程如下：

一种基于数字微镜的多光谱测温装置，包括光学探测单元、光纤转接法兰、DMD光谱仪、上位机及由光纤转接法兰转接的两段入射光纤。