[发明专利]一种基于数字微镜的多光谱测温装置

摘要

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。

主权项

1.一种基于数字微镜的多光谱测温装置，其特征在于包括光学探测单元(1)、光纤转接法兰(2)、DMD光谱仪(3)和上位机(4)：所述的光学探测单元(1)为不锈钢材质，采用三段结构设计；光纤头部(13)与压块(12)螺纹连接，聚焦透镜(14)夹在其中；压块(12)与连接块(8)螺纹连接，上下垫有石墨垫圈(10)的蓝宝石台阶窗片(9)、压块连接件(11)夹在其中；垫有金属垫圈(7)的连接块(8)与样品管上的平凸台螺纹连接；前端使用蓝宝石台阶窗片(9)与燃烧和爆炸现场直接接触；所述的DMD光谱仪(3)，包括入射光纤及其接口(17)、狭缝－光阑(18)、准直透镜－滤光片(19)、光栅(20)、成像透镜(21)、DMD(22)、聚焦透镜(23)及探测器(24)，其中入射光纤(17)由多根细光纤成单列排列而成，另一端呈圆形排列；入射光纤接口选用带安装法兰的光纤适配器，入射光纤通过螺纹固定连接在光谱仪上；狭缝(18)采用光刻方式精密加工；装调时，狭缝通过自身的定位孔定位在框架上，利用压片固定，狭缝后面增设有光阑；准直透镜－滤光片(19)的透镜与成像透镜(21)为非球面，镀有双面增透膜；非球面镜通过隔圈和压环安装固定在镜筒中，镜筒底座上有长销孔，以方便非球面镜组沿光轴方向进行调整，在透镜与压圈间有弹簧隔圈，镜筒上开有注胶孔；准直透镜(19)后面有长波通滤光片；滤光片安装时与非球面准直透镜有夹角，用定位螺栓定位和固定，滤光片利用弹性压环固定；分光元件光栅(20)采用反射式刻线光栅，镀铝膜，其表层刻出平行刻线，确定光栅常数及工作波段内反射率；光栅在DMD光谱仪机箱中的位置与光轴偏转的角度可微调；光栅固定在安装座上；DMD(22)根据工作波段、光谱区域和分辨率要求配置数十万个不等的微镜，每个微镜在静电驱动电路作用下可以绕对称轴偏转为开或关状态；DMD模块与其控制模块固定在底座上，通过对底座的调整来完成DMD在光谱仪机箱中的位置调整；DMD具有编码信号控制、图案存储、串口接口功能；经过DMD波长选通之后的光由透镜(23)聚焦在近红外探测器(24)上；DMD光谱仪(3)各组件装调完毕后，通过定位销钉和高强度螺钉定位、固定在底板上；所有内部结构件都做了染黑处理，镜筒内部车有消光螺纹；外壳体(27)采用了台阶式配合方式；所述的上位机(4)，核心器件为高速光谱并行处理电路，包括前置放大及信号调理阵列(28)、数据采集处理模块(29)；所述前置放大及信号调理阵列(28)实现对探测器弱电流的I－V转换和放大、滤波处理，得到高信噪比的无失真光谱强度信号；数据采集处理模块(29)实现光谱模拟信号的AD转换、数据采集、汇总、存储及读出。