[发明专利]一种非朗伯体红外测温精度的测量方法和装置

权利要求书

1.一种非朗伯体红外测温精度的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

1.1确定非朗伯体温度范围：根据被测非朗伯体在常见使用环境中的实际温度变化范围，给出覆盖实际温度变化范围的目标温度范围，记为[Ta，Tb]；

1.2确定环境温度范围：根据非朗伯体的常见使用环境的温度变化范围，给出环境温度范围，记为[TSa，TSb]；

1.3确定黑体温度范围：黑体的辐射率不随波长和温度而变化，黑体温度范围设为等于或者小于目标温度范围，以降低黑体通过对流和辐射热交换对红外探测器的热影响，黑体温度范围记为[TBa，TBb]；

1.4制作载有非朗伯体样品的变温装置；

1.5对非朗伯体温度范围等间隔采样获取m个温度点，记为温度数列{Ti}；对黑体温度范围等间隔采样获取z个温度点，记为温度数列{Tq}；对环境温度范围采样获取n个温度点，获得温度数列{TSj}；

1.6温度数列{Ti}和{TSj}两两组合，获得m×n个温度参数组合[Ti，TSj]；温度数列{Tq}和{TSj}两两组合，获得z×n个温度参数组合[Tq，TSj]；

1.7测量不同温度参数组合对应的红外测温装置的仪器读数R，所述仪器读数R为红外焦平面阵列探测器的所有像元读数的平均值；从温度参数组合[Ti，TSj]的第一项开始，非朗伯体样品温度和镜头温度分别设置为温度参数组合[Ti，TSj]中每一项对应的温度值，其中镜头温度对应TSj，同时获取红外测温装置对应的仪器读数{Rs}，s＝1，2，..k，其中，k＝m×n；测量时，保证被测非朗伯体样品充满镜头视场；

从温度参数组合[Tq，TSj]的第一项开始，黑体温度和镜头温度分别设置为温度参数组合[Tq，TSj]中每一项对应的温度值，其中镜头温度对应TSj，同时获取红外测温装置对应的仪器读数{RBr}，r＝1，2，..h，其中，h＝z×n；测量时，保证黑体发射面充满镜头视场；

1.8给出黑体温度分别为数列{Ti}，{Tq}和{TSj}中各温度值时，在[λ1，λ2]波长范围内的波段辐射出射度，分别记为数列{Mi}，{Mq}和{MSj}；

1.9数列{Mi}和{MSj}两两组合，获得k个辐射出射度参数组合[Mi，MSj]，每个组合对应一个仪器读数{Rs}，s＝1，2，...k，其中，k＝m×n；仪器读数表示如式(1)所示：

R＝D*M+E*MS+F (1)

[Mi，MSj]和对应的仪器读数{Rs}代入式(1)的仪器读数方程，获得k个二元一次方程，组成一个超定方程组，如式(2)所示：

1.10数列{Mq}和{MSj}两两组合，获得h个辐射出射度参数组合[Mq，MSj]，每个组合对应一个仪器读数{RBr}，r＝1，2，...h，其中，h＝z×n；代入式(1)，进而获得h个二元一次方程，组成另一个超定方程组，如式(3)所示：

1.11求解仪器读数方程组系数：根据最小二乘法，获得每个方程组中各方程误差的平方和最小值对应的系数D，E，F，分别记为D0，E0，F0以及Db，Eb，Fb；

1.12求解非朗伯体温度的函数表达式：

被测非朗伯体和镜头在[λ1，λ2]波段内的光谱辐射出射度用温度表示，代入仪器读数方程，获得以镜头温度为自变量，被测非朗伯体温度T的函数表达式，如式(4)所示：

T＝((R-F0-E0*FS*σTS^4)/D0*F*σ)^1/4 (4)

简写为T＝f(TS)，其中TS为镜头温度，F为温度T的黑体在[λ1，λ2]波段内的谱带辐射出射度与总辐射出射度的比值，FS为温度TS的黑体在[λ1，λ2]波段内的谱带辐射出射度与总辐射出射度的比值，σ为斯特潘-玻尔兹曼常数，单位为W/cm^2·K^4；T和TS确定时，F和FS为常数；黑体温度的函数表达式，如式(5)所示：

TB＝((R-Fb-Eb*FS*σTS^4)/Db*F*σ)^1/4 (5)

1.13：计算S值，如式(6)所示：

S＝f'(TS) (6)

把镜头温度为TS，红外测温装置测量温度为T的非朗伯体和黑体时的仪器读数R1和R2代入上式，计算出两个S值，分别记为S1和S2，其中S1为测量非朗伯体的S值，S2为测量黑体的S值；

1.14：获取红外测温装置测量非朗伯体的测温精度σ_p，如式(7)所示：

σ_p＝σ*(S1/S2) (7)

其中，σ为红外测温装置测量黑体时的测温精度，是红外测温装置的一项基本性能参数。