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专利号: 2019103555349
申请人: 中国地质大学(武汉)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于多光谱的温度测量系统,其特征在于,包含依次设置的:光纤,光纤的一端朝向被测物体,以使得被测物体发出光能够从所述一端进入光纤;

衰减片,设置于光纤的另一端处,以使得从光纤另一端出来的光能被衰减片衰减;

液晶可调谐滤光片,用于对经过衰减片衰减后的光进行进一步衰减,并只允许指定波长的光通过;

光电二极管,用于对液晶可调谐滤光片衰减后的光进行光电转换;

信号调理电路,信号调理电路的输入端连接所述光电二极管,用于对光电二极管转换得到电信号进行调理,使得调理后的信号大小处于后续电路的处理范围内;

A/D转换器,A/D转换器输入端连接信号调理电路的输出端;

处理器,处理器的信号输入端连接A/D转换器的输出端,控制信号输出端通过一D/A转换器连接至液晶可调谐滤光片的控制信号输入端用以改变液晶可调谐滤光片的波长通道。

2.根据权利要求1所述的基于多光谱的温度测量系统,其特征在于,光纤的所述另一端垂直于衰减片,且与衰减片抵接或者是间隔一定距离。

3.根据权利要求1所述的基于多光谱的温度测量系统,其特征在于,还包括一个显示器,显示器连接至处理器,用于显示测量的温度。

4.根据权利要求1所述的基于多光谱的温度测量系统,其特征在于,所述液晶可调谐滤光片选用perkinEime公司的VarispecTM液晶可调谐滤光片,具体型号为VIS/VISR、SNIR/NIRR、LNIR及XNIR中的一种。

5.根据权利要求1所述的基于多光谱的温度测量系统,其特征在于,所述光电二极管为硅光电二极管。

6.根据权利要求1所述的基于多光谱的温度测量系统,其特征在于,所述衰减片与所述液晶可调谐滤光片平行设置。

7.一种利用如权利要求1-6任一项所述的基于多光谱的温度测量系统的温度测量方法,其特征在于,包含如下步骤:S1、将所述温度测量系统的光纤的一端朝向被测物体;

S2、处理器控制液晶可调谐滤光片每次处于一种波长通道,每处于一种波长通道时,控制器获取液晶可调谐滤光片采集的信号的幅值强度h(λ);

S3、通过下式计算得到被测物体进入液晶可调谐滤光片的辐射能量:其中,E(λ)、E0(λ)分别为单位时间内被测物体和光谱分布已知的标准光源进入液晶可调谐滤光片的辐射能量,h0为所述标准光源对应的信号幅度,τ(λ)为测量时电调谐滤波片的光谱透过率;

E0(λ)和h0的获取方式如下:

S1’、将所述温度测量系统的光纤的一端朝向所述标准光源;

S2’、处理器控制液晶可调谐滤光片每次处于一种波长通道,每处于一种波长通道时,控制器获取液晶可调谐滤光片采集的信号的幅值强度h0(λ);其中,步骤S2与S2’中所采用的波长通道相同;

S3’、根据下述公式计算出E0(λ):

E0(λ)=I0(λ)*α*2π(1-cosθ)*Q;

其中,I0(λ)为标准光源的幅值强度,α为光纤窗口透过率,θ为光纤孔径角,Q为衰减片系数;

S4、根据下述公式计算出每种所述波长通道下的待测物体的幅值强度:Iexp(λ)=E(λ)/Q/α/2π(1-cosθ);

S5、根据以下述公式为目标函数进行最小二乘法拟合,得出T和ε的最优解,并将T的最优解作为被测物体的温度:其中,T为被测物体的真温,λ为所述波长通道对应的波长,beta为调整因子,χ2为平方误差的和,IPl(λ,T)为普朗克幅亮度,且:式中,C1=3.743x108W·μm/m2,C2=1.4388x104μm·K,ε为灰体发射率。

8.根据权利要求1所述的温度测量方法,其特征在于,所述被测物体发出的光包含可见光谱,S2与S2’中所采用的波长通道数均为7个,对应的波长λ分别为400nm、450nm、500nm、

550nm、600nm、650nm、700nm。