[发明专利]一种基于红外数字全息技术的透射式温度场测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于红外数字全息技术的透射式温度场测量装置，其特征在于：包括红外激光器（1）、分束镜I（2）、扩束镜I（3）、扩束镜II（4）、透镜I（5）、透镜II（6）、反射镜I（7）、反射镜II（8）、透镜III（9）、透镜IV（10）、分束镜II（11）、红外焦平面阵列成像传感器（12）、微型计算机（13）、不透光外壳（14）；

红外焦平面阵列成像传感器（12）设置在U形不透光外壳（14）内部，微型计算机（13）设置在U形不透光外壳外部；微型计算机（13）通过数据线缆与红外焦平面阵列成像传感器（12）相连接；U形不透光外壳（14）侧壁上设置有两个圆孔用于安置透镜III（9）、透镜IV（10），且两圆孔中心点的连线与红外物光束的光路相重合，透镜III（9）、透镜IV（10）固定于U形不透光外壳侧壁上的圆孔内；

红外激光器（1）发射红外激光，经分束镜I（2）将分束成为两束红外激光，一束红外激光经扩束镜I（3）扩束后，经透镜I（5）准直成为一束平行红外激光光束，该平行红外激光光束到达反射镜I（7）后，经反射到达透镜III（9），通过透镜III（9）射出U形不透光外壳，然后到达透镜IV（10），再通过透镜IV（10）进入U形不透光外壳，该光束通过透镜IV（10）后到达分束镜II（11），该光束称为红外物光束；透镜III（9）与透镜IV（10）之间沿光路方向为温度场测量区域；

分束镜I（2）分束的另一束红外激光束经过扩束镜II（4）扩束后，经透镜II（6）准直成为一束平行红外激光光束，该平行红外激光光束到达反射镜II（8）后，经反射镜II（8）反射后到达分束镜II（11），此光束称为红外参考光束；

红外物光束与红外参考光束在分束镜II（11）上形成一系列干涉条纹，这一系列干涉条纹被称为红外全息干涉图，红外全息干涉图由红外焦平面阵列成像传感器（12）进行接收记录，并将接收到的光信号转化为电信号，再将电信号传送至微型计算机（13）进行存储及数据处理。

2.根据权利要求1所述基于红外数字全息技术的透射式温度场测量装置，其特征在于：所述红外激光器（1）选用发射激光波长为10.64μm的红外激光器。

3.根据权利要求1所述基于红外数字全息技术的透射式温度场测量装置，其特征在于：透镜III（9）、透镜IV（10）为锗材质透镜；U形不透光外壳（14）侧壁内侧为纯黑色。

4.根据权利要求1所述基于红外数字全息技术的透射式温度场测量装置，其特征在于：所述红外焦平面阵列成像传感器（12）用感应波段包含红外激光器（1）波长波段的CCD图像传感器替代。

5.根据权利要求1所述基于红外数字全息技术的透射式温度场测量装置，其特征在于：红外物光束与红外参考光束皆为扩束过后的平行光，且红外物光束与红外参考光束所经过光路的光程最大差值为1cm。

6.权利要求1~5任意一项所述装置用于测量温度场的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

（1）打开红外激光器（1），用CCD图像传感器或者红外焦平面阵列成像传感器（12）采集此时分束镜II（11）上所产生的干涉图样，并将采集到的干涉图样存储于微型计算机中，该干涉图样被称为初始温度场红外全息图；

（2）将所需测量温度场区域置于透镜III（9）与透镜IV（10）之间的U形不透光外壳（14）的凹陷区域，且让所需测量温度场区域处于光路中；

（3）待需测量温度场区域稳定后，用CCD图像传感器或者红外焦平面阵列成像传感器（12）采集此时分束镜II（11）上所产生的干涉图样，并将采集到的干涉图样存储于微型计算机中，该干涉图样被称为变化后温度场红外全息图；

（4）将初始温度场红外全息图与变化后温度场红外全息图做图像相减处理，计算出温度场变化前后红外全息图中各干涉条纹的位移量d；

（5）由得到的条纹位移量d计算出各干涉条纹的条纹级次N；

（6）将得到的条纹干涉级次N结合格拉德斯通－戴尔关系所描述的气体折射率和气体密度之间的关系结合理想气体状态方程得出一个温度与条纹级次的数学关系式，通过数学计算得出各点的温度，综合各点的温度信息重建出温度场测量区域的温度场分布。