[发明专利]基于快照光谱成像技术的瞬态温度测量装置和方法

说明书

本发明公开了基于快照光谱成像技术的瞬态温度测量装置和方法，涉及辐射测温技术领域，解决了传统多光谱测温系统的谱段数较少、时间分辨能力差等多方面问题。本发明包括带通滤光片(1)、光学成像物镜(2)、快照型光谱成像模块(3)、高速面阵图像传感器(4)、图像采集存储模块(5)、图像处理模块(6)和温度反演模块(7)，所述快照型光谱成像模块(3)用于透过所述光学成像物镜(2)将含有被测物体辐射的光谱信息与二维空间信息融合形成一幅二维图像，用于单次曝光实现对被测物体的二维空间信息和光谱信息的同时探测；本发明结构简单，温度测量精度高，测量范围宽，时间分辨率高，适用于瞬态变化过程的温度场测量。

技术领域

本发明涉及辐射测温技术领域，具体涉及基于快照光谱成像技术的瞬态温度测量装置和方法。

背景技术

在工农业生产、科学研究以及航空航天等诸多重要领域，作为最基本的物理量之一，温度是一直是人们十分关注的重要参数。随着科学技术的不断发展，对温度测量的手段的多样化及其达到的测量精度要求越来越高。根据测量手段的不同，一般可将现有的测温技术分为接触式测温和非接触式测温两种类型，多光谱温度测量系统作为一种典型的非接触测温方式，可以在不干扰被测物体温度场的情况下获取不同波长下的辐射信息，结合发射率模型，采用一定的算法重建出被测物体的温度。传统的多光谱测温系统需要采用相机阵列或者光谱分光的方式，其光学采集系统结构复杂，价格昂贵，并且出于对体积和重量的考虑，一般只能获取几个或十几个光谱通道的信息，在温度测量范围、测量精度和时间分辨能力等方面受到很大限制，实用性和通用性方面有待进一步提高，构建适当的多光谱采集系统仍是困扰该领域的重要问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：传统多光谱测温系统的谱段数较少、时间分辨能力差等多方面问题。本发明提供了解决上述问题的基于快照光谱成像技术的瞬态温度测量装置和方法。

本发明通过下述技术方案实现：

基于快照光谱成像技术的瞬态温度测量装置，测量被测物体的瞬态温度的测量装置包括带通滤光片、光学成像物镜、快照型光谱成像模块、高速面阵图像传感器、图像采集存储模块、图像处理模块和温度反演模块；

所述带通滤光片结合高速面阵图像传感器用于限定所述测量装置的工作波段，用于选通工作波长范围内的光辐射，截止工作波长范围以外的光辐射，所述高速面阵图像传感器为近红外面阵传感器；所述带通滤光片和所述高速面阵图像传感器将工作波长范围限制在800nm～2500nm，对应的温度测量范围为1160K～3600K；

优选的，所述高速面阵图像传感器也可为中红外面阵传感器，所述带通滤光片和所述高速面阵图像传感器将工作波长范围限制在2500nm～5000nm，对应的温度测量范围为580K～1160K；

所述高速面阵图像传感器也可为单个面阵传感器或多个面阵传感器组成的传感器阵列，所述高速面阵图像传感器用于以优于微秒级的时间分辨率探测被测物体瞬时的温度场变化过程；

所述光学成像物镜用于将所述被测物体的辐射收集进入所述测量装置；

所述快照型光谱成像模块用于透过所述光学成像物镜将含有被测物体辐射的光谱信息与二维空间信息融合形成一幅二维图像，所述快照型光谱成像模块，利用微透镜阵列和双折射棱镜组建立共光路干涉，将来自被测物体的、包含多波长信息的光辐射进行偏振光干涉，得到二维干涉图案阵列，通过傅里叶变换技术反演被测物体的光谱图像序列，用于单次曝光实现对被测物体的二维空间信息和光谱信息的同时探测；

所述高速面阵图像传感器用于将所述二维图像转换为数字图像，所述数字图像中包括光辐射信息，高速面阵图像传感器的最高工作帧频决定系统的时间分辨能力；

所述图像采集存储模块储存所述数字图像同时控制所述高速面阵图像传感器，所述图像采集存储模块包括控制所述高速面阵图像传感器的电子快门、曝光时间、帧率、图像采集区域；