[发明专利]一种高精度红外测温系统和方法

权利要求书

1.一种高精度红外测温系统，其特征在于：包括红外测温装置，红外测温装置通过出液管和进液管与水冷机的进、出液口连接；

红外测温装置包括红外探测机芯和反射式聚辐射镜头；反射式聚辐射镜头包括镜头底座和镜头罩体，镜头罩体的内表面为圆台形或球台形，镜头底座中心有底座圆形通孔，镜头罩体中心设有罩体圆形通孔，反射式聚辐射镜头内设有环状液冷腔体，环状液冷腔体设有进液口和出液口；

红外测温装置对目标进行测温时，反射式聚辐射镜头需靠近被测目标；测温过程如下：

其中，反射式聚辐射镜头不控温时：

不使用循环液冷系统，所述镜头背部增设温度传感器，用于实时测量所述镜头的温度；固定所述镜头和目标的距离，使两者距离为d；启动红外测温装置，获取红外测温装置读数Rm，并利用温度传感器获取对应的镜头温度Te；计算出温度为Te的黑体，在外红测温机芯工作波段r1～r2内的波段辐射亮度LE；根据温度定标出得系数a、b、c，把Rm和对应镜头温度Te的波段辐射亮度LE带入温度定标公式R＝a*L+b*LE+c，计算出目标的波段辐亮度L；根据目标的波段辐亮度和普朗克黑体辐射定律，计算出在r1～r2波段内与目标波段辐亮度相等的黑体温度，即为测量出的目标温度；

反射式聚辐射镜头控温时：

启动水冷机，为红外测温装置提供恒温冷却液，温度记为Te；固定所述镜头和目标的距离，使两者距离为d；启动红外测温装置，获取红外测温装置读数Rm；给出温度为Te的黑体，在外红测温机芯工作波段r1～r2内的波段辐射亮度LE；根据定标出得系数a、b、c，把Rm和波段辐射亮度LE，带入公式R＝a*L+b*LE+c，计算出目标波段辐亮度L；根据目标波段辐亮度，计算出在r1～r2波段内与目标波段辐亮度相等的黑体温度，即为目标温度；

其中，测温之前首先进行定标，获得温度定标公式，定标过程如下：

确定定标温度范围：根据被测目标的温度变化范围，给出涵盖目标温度变化范围的定标范围[Tn，Tx]；

确定定标用的变温装置：根据被测目标的辐射率，选择辐射率非常接近的变温装置，变温装置的温度调节范围覆盖定标温度范围；对于辐射率大于0.95的被测目标，变温装置选用面源黑体；

对定标温度范围[Tn，Tx]等间隔采样m项，获得温度数列{Ti}，i＝1，2，...m；

确定环境温度变化范围：根据测温设备的使用环境，给出覆盖环境温度起伏的环境温度范围[TEn，TEx]；对环境温度范围[TEn，TEx]等间隔采样n项，获得温度数列{TEj}，j＝1，2，...n；{Ti}和{TEj}两两组合，获得MxN个温度参数组合[Ti，TEj]；

测量不同温度参数组合对应的红外测温装置读数：

从温度参数组合[Ti，TEj]的第一项开始，变温装置温度和反射式聚辐射镜头的冷却液温度分别设置为温度参数组合[Ti，TEj]中每一项对应的温度值，其中反射式聚辐射镜头的冷却液温度对应TEj，同时获取红外测温装置对应的读数{Rs}，s＝1，2，..k，其中，k＝M×N；各项测量时所述镜头与目标的距离固定不变，记为d；

当红外测温装置采用焦平面阵列探测器时，红外测温装置读数为所有像元读数的平均值或者总和；

给出黑体温度分别为数列{Ti}和{TEj}中各温度值对应红外测温装置工作波段r1～r2的波段辐射亮度，记为数列{Li}和{LEj}；

{Li}和{LEj}两两组合，获得M×N个辐射亮度参数组合[Li，LEj]，每个组合对应一个红外测温装置读数{Rs}，s＝1，2，..k；

每个辐亮度组合[Li，LEj]与对应的红外测温装置读数{Rs}，为三维笛卡尔坐标系中的一个点，其中辐亮度组合对应x/y轴，红外测温装置读数对应z轴，一共k个点；

按照R＝a*L+b*LE+c获得k个二元一次方程，组成一个超定方程组，写成矩阵的形式为：

根据最小二乘法，获得上述超定方程组的最小二乘解，即获得各方程误差的平方和最小值对应的二元一次方程系数a，b和c。

2.根据权利要求1所述的高精度红外测温系统，其特征在于：镜头底座下表面通孔周边设置有异形凹槽，红外探测机芯的感光面位于镜头底座中心通孔的下方，接收从通孔入射来的红外辐射。