[发明专利]一种瞬态连续温度的单点测量方法及系统

说明书

本发明公开了一种瞬态连续温度的单点测量方法及系统，该系统包括：光谱分光成像系统、条纹相机和计算机，所述光谱分光成像系统和条纹相机沿待测目标的辐射光传输的方向依次设置，所述计算机连接条纹相机，该方法包括光谱分光成像系统接收目标点发出的辐射光并色散成像至条纹相机的入射狭缝，条纹相机通过设置采集时间和扫描速度得到包含时间轴和光谱轴的二维数字图像传输至计算机；计算机通过标定的条纹相机探测器各像素对应的光谱和时间，通过已获取的数字图像的获得单点随时间变化的瞬态连续温度。本发明提供的方法及系统通过结合光谱分光成像系统和具有纳秒甚至皮秒时间分辨的条纹相机系统实现瞬态连续温度的单点测量。

技术领域

本发明涉及光谱测温技术领域，尤其是一种瞬态连续温度的单点测量方法及系统。

背景技术

温度是最基本的物理量之一，进行温度测量是冶金、医疗、军事和科学研究等领域一个必要的实验环节。温度测量方式可分为接触式测量和非接触式测量，当被测目标所处环境恶劣、空间局促、无法布置接触式探测器等情况下，就需要采用非接触式温度测量方式。基于普朗克辐射理论的光学辐射测温方法是目前一种比较典型的非接触式测温方法，其具有实时监测、测量灵敏度和分辨率高、不干扰被测目标等优点，能够很好的实现对高温高压、狭窄与异形空间等恶劣环境下不可接触目标的温度测量，尤其在极端环境动态载荷下的高温测量，如材料的冲击温度、卸载温度、残余温度、炸药爆轰温度、火药燃烧温度等。

常用的基于普朗克辐射原理的光谱测温方法包括：基于滤光片和光电倍增管的光学高温计测量技术、基于光谱仪的单点温度测量技术以及基于滤光片和高速分幅相机的面温度测量技术，然而以上基于普朗克辐射原理的光谱测温技术，是无法实现纳秒甚至皮秒级的动态物理过程的连续温度测量能力。

因此，亟需一种适用于纳秒甚至皮秒级时间分辨物理过程测量的瞬态连续温度单点测量方法及系统。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种瞬态连续温度的单点测量方法及系统，该方法及系统通过结合光谱分光成像系统和具有纳秒甚至皮秒时间分辨的条纹相机系统实现瞬态连续温度的单点测量。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种瞬态连续温度的单点测量系统，所述系统包括：光谱分光成像系统、条纹相机和计算机，所述光谱分光成像系统和条纹相机沿待测目标的辐射光传输的方向依次设置，所述计算机连接条纹相机。

优选的，所述光谱分光成像系统包括：按光传输的方向依次设置的前置成像镜、小孔板、准直镜、分光器件和聚焦镜；所述前置成像镜、小孔板、准直镜同轴布置，小孔板的中心小孔位于轴线，且位于前置成像镜的焦点处；

所述条纹相机系统的光入射狭缝位于聚焦镜的焦点处。

优选的，所述前置成像镜、准直镜和聚焦镜为球面镜或者透镜组，所述透镜组具有消色差的功能。

优选的，所述小孔板的中心小孔的直径为10μm～500μm。

优选的，所述光谱分光成像系统适用波长为400nm～850nm。

优选的，所述分光器件为分光棱镜或者投射光栅。

优选的，所述条纹相机的时间分辨率为5ps～5ns。

一种连续温度的瞬态单点测量方法，所述方法上述瞬态连续温度的单点测量系统进行测量，所述方法包括：

S1：预设条纹相机的时间分辨率；

S2：标定条纹相机每个像素对应的时间和光谱波长；

S3：利用光谱分光成像系统对待测目标进行光谱成像，并利用条纹相机获取具有光谱和时间轴的二维数字图像；

S4：计算机根据标定条纹相机每个像素对应的时间和光谱波长，计算待测点的每个时刻的光谱强度灰度值和能量响应线性常数，进而计算每个时刻的温度值T，计算公式如下：