[发明专利]一种双波长辐射测温装置及方法

说明书

本发明公开了一种双波长辐射测温装置及方法，该装置包括用于将待测物体的辐射光束聚焦于半透半反分光系统的光学镜头，半透半反分光系统包括用于将辐射光束分成透射光束和反射光束的半透半反分光片，收透射光束和反射光束通过传感器接收并生成的光辐射测量信号，数据采集分析单元及误差评估系统根据光辐射测量信号计算待测物体的温度数值，并对温度数值误差预测评估。该方法包括以下步骤：松驰逼近，求解修正的双波长温度；单色概率逼近，求解单色概率平均温度；平均化，将修正的双波长温度和单色概率平均温度取平均值。本发明可以在未知晓发射率行为条件下实现灰体表面或非灰表面温度的高精度测量，并且基于所测温度可以方便进行误差评估预测。

技术领域

本发明涉及光学测量技术，尤其涉及一种无需进行比色求解而适用于具有非灰体特征物体表面温度测量的装置及方法。

背景技术

在石油化工、冶金、钢铁、水泥、玻璃、电厂等工业生产领域，基于辐射测量的测温仪器具有巨大的市场需求和广阔的应用前景。在这些应用领域，传统的热电偶接触式测温手段，由于测量的局限性以及高成本的材料消耗，目前正在逐步被更低价、性能更稳定的非接触光学测温设备所取代。多波长测温信噪比低，发射率行为难以确定，温度反演稳定性差，单色测温在未知发射率条件下测量误差可能较大。基于双波长辐射测量的比色测温方法具有二者的优点，但仅局限在灰体表面温度的测量。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种无需进行比色求解而适用于具有非灰体特征物体表面温度测量的装置及方法，以克服多波长测温、单色测温和比色测温方法应用的局限性。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种双波长辐射测温装置，其特征在于：包括光学镜头、半透半反分光系统、单色滤色片a、传感器a、数据采集分析单元及误差评估系统、传感器b和单色滤色片b；

光学镜头用于将待测物体的辐射光束聚焦于半透半反分光系统，半透半反分光系统包括半透半反分光片，半透半反分光片用于将辐射光束分成透射光束和反射光束，单色滤色片a用于矫正透视光束色彩偏差，单色滤色片b用于矫正反射光束色彩偏差，传感器a用于接收透过单色滤色片a的透视光束并生成光辐射测量信号，传感器b用于接收透过单色滤色片b的反射光束并生成光辐射测量信号，数据采集分析单元及误差评估系统用于采集传感器a和传感器b生成的光辐射测量信号，然后根据光辐射测量信号计算待测物体的温度数值，并对温度数值误差进行预测评估。

进一步的，所述半透半反分光系统还包括用于准直透射光束和反射光束的准直器。

根据上述双波长辐射测温装置的双波长辐射测温方法，包括以下步骤：

步骤1、松驰逼近

所述待测物体的辐射光束通过光学镜头和半透半反分光系统后分成透射光束和反射光束，透射光束通过单色滤色片a被传感器a接收，反射光束透过单色滤色片b后被传感器b接收，传感器a和传感器b生成的光辐射测量信号为：

其中K_i是仪器常数，通过辐射定标确定，ε_i为待测物体的光谱发射率，ε_i的限定区间为[0.3,1]，λ_i是测量波长，C₁是第一辐射常数，C₂是第二辐射常数，T_true为未知的待测物体表面真实温度，i＝1,2，1、2表示两个波长下辐射测量通道；

透射光束和反射光束的辐射强度可以表示为：

将方程(2)变形为：