专利名称：一种可见光与红外光分光系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分光系统，尤其涉及一种利用分光片和半透半反透镜的可见光与红外光分光系统，此系统可将一束光束分为可见光一束及红外光三束，其中一束为全波段的红外光，其他两束为波长不同的单色红外光。
背景技术：
燃烧火焰的测量一直是从事燃烧技术研究和动力、冶金、化工等行业的工程技术人员所关注的问题，因此也是长期以来燃烧学科重要的研究方向之一。燃料燃烧的基本要求在于建立和保持稳定的燃烧火焰。而由于燃料一般杂质含量较多、热值较低、着火困难， 经常出现燃烧不稳定、燃烧效率降低、以及污染物排放量增加等问题。所以在炉内配备功能齐全、性能可靠的炉膛火焰监视系统就显得十分必要。目前国内在锅炉上安装的火焰监测设备，一般只能对火焰的明灭进行监控，即使有些可以测量温度场，也无法实现实时在线的测量。常用的可视化火焰温度测量方法是比色测温。其基本原理是通过分光系统，将被测目标所发出的光束分成两个或两个以上中心波长不同的光束，每个光束具有一定的宽带并形成一幅相应的灰度图像，通过比较不同图像的亮度值可以得到待测温度。现有的火焰可视化测量系统根据使用的CCD数目分类主要有一下两种
1.单目C⑶法。利用单个彩色CXD的红绿蓝三色特性，通过分析红、绿、蓝三路光谱的相应数据，并利用比色测温法测量火焰的温度；
2.双目C⑶法。通过两个CXD同时采集到不同波长的辐射热图像，并通过比色测温法测量火焰的温度。这些方法存在的问题在于不能很好的显示燃烧背景，如炉膛水冷壁、喷燃器的情况等；设备比较复杂，如方法2 ；不同CCD特性对测量结果的影响增加，不能保证采集到的图像大小一致。如方法2。
发明内容
本发明目的解决的技术问题是提供一种可见光与红外光分光系统，此分光系统可以将一光束分成四光束，其中一束为可见光，另外三束为红外光，即一束为全波段的红外光，另外两束为波长不同的单色光。该分光系统可用于红外热成像、可见光与红外光图像的实时拍摄及融合，也可用于红外测温领域，如比色测温。而且本分光系统具有调焦功能。本发明提供的可见光与红外光分光系统，包括窗口、主镜、次镜、透镜组、分光片、 两个半透半反透镜、三个全反射镜和两个滤光片；
所述分光系统的光路结构是
在主光路上依次放置窗口、次镜、主镜及透镜组，次镜位于窗口和主镜之间，其中次镜与主镜都为反射镜；在透镜组的后方放置分光片，分光片与主光路成 45°夹角，反射面向上，在分光片的反射光路上放置第一全反射镜，第一全反射镜与光路成 45°夹角，反射面向下；
在分光片后方的光路上依次放置第一半透半反透镜和第二半透半反透镜，第一半透半反透镜与主光路成45°夹角，反射面向上，在第一半透半反透镜的反射光路上放置第二全反射镜，第二全反射镜与光路成45°夹角，反射面向下；
第二半透半反透镜与光路成45°夹角，反射面向下，在第二半透半反透镜的透射光路上放置第一滤光片，第一滤光片与光路垂直，在第二半透半反透镜的反射光路上放置第三全反射镜，第三全反射镜与光路成45°夹角，反射面向上，在第三全反射镜的反射光路上放置一个第二滤光片，第二滤光片与光路垂直；
被测目标发出的一束光经此分光系统后，被分为四束光，一束光为可见光，被探测器接收后可直接进行可视化观察；其他三束光为红外光，其中一束光没有经过滤光片为全波段的红外光，可用于红外热成像及温度的测量，其他两束光经过不同的滤光片为波长不同的单色红外光，可用于比色测温。所述的次镜能够在光路上前后移动，使本分光系统具有调焦功能。所述的第一滤光片可透过的光波的中心波长为λ ”第二滤光片可透过的光波的中心波长为λ2，其中X1^ A20其中滤光片可以根据不同的测量需要进行更换。
本发明的优点和有益效果
本发明提出了一种可见光与红外光分光系统，此分光系统可以将一光束分成四光束， 一束为可见光，另外三束为红外光，其中两束为波长不同的单色光，另外一束为全波段的红外光。应用本发明可以同时拍摄红外图像与可见光图像，并具有调焦功能，便于红外光与可见光图像的实时拍摄及融合。应用本发明还可以用于红外热成像，也可以利用比色测温技术，实时监测被监测目标的温度场变化，并进行实时故障诊断，例如应用于火焰温度场的实时监测与分析。同时可以根据测量的需要选择不同的滤光片，从而得到不同波长的单色红外光。
图1为本发明可见光与红外光分光系统的结构及原理示意图。为了更加清楚的说明本发明的目的及特点，下面结合附图与具体实施方式
进行详细说明。
具体实施例方式如图1所示可见光与红外光分光系统，包括窗口、主镜、次镜、透镜组、分光片、两个半透半反透镜、三个全反射镜和两个滤光片，两个滤光片可透过光波的中心波长不同。其中分光片的作用是反射可见光、投射红外光；半透半反透镜的作用是将一束光分为光强相等的两束光；滤光片可以透过单一波长的光波。其光路结构是
在主光路上依次放置窗口 1、次镜3、主镜2及透镜组4，次镜3位于窗口 1和主镜2之间，次镜3可以在光路上前后移动，使本分光系统具有调焦功能；
在透镜组4后方放置分光片5，分光片5与主光路成4 5°夹角，反射面向上，在其反射光路上放置第一全反射镜11，第一全反射镜11与主光路成45°夹角，反射面向下；
在分光片5后方依次放置第一半透半反透镜6和第二半透半反透镜7，第一半透半反透镜6与主光路成45°夹角，反射面向上，在其反射光路上放置第二全反射镜12，第二全反射镜12与主光路成45°夹角，反射面向下；
第二半透半反透镜7与主光路成45°夹角，反射面向下，在其透射光路上放置第一滤光片9，第一滤光片9与主光路垂直，在第二半透半反透镜7的反射光路上放置第三全反射镜 8，第三全反射镜8与主光路成45°夹角，反射面向上，在第三全反射镜8的反射光路上放置一个第二滤光片10，第二滤光片10与主光路垂直。如图1所示，目标发出的光束A经过窗口 1、次镜3、主镜2、及透镜组4，入射分光片5后被分为两束光，其中反射光束B为可见光，投射光束 C为全波长范围的红外光。 光束C经过半透半反透镜6后，被分为光强相等的两束红外光D和E，透射光束E经过半透半反透镜7后，再次被分为光强相等的两束红外光F和G，光束G经过第一滤光片后变为单色红外光I，光束F经全反射镜8、第二滤光片10后，变成单色红外光H。这样便得到了四束光可见光B、全波长范围的红外光D、两束中心波长不同的单色红外光H、I。例如将本发明的可见光与红外光分光系统用于火焰温度场的测量。本分光系统可以将被测目标发出的一束光分成四束光，其中一束为可见光，另外三束为红外光一束为全波段的红外光和两束波长不同的单色光。可见光用于火焰的可视化观察，全波段的红外光用于红外成像，同时可以实现火焰温度场的可见与红外光图像的实时融合；两束波长不同的单色光被探测器接收后可以利用比色测温技术实时测量火焰的温度场变化。利用本发明的火焰温度场监控装置，可以实现对燃烧过程的合理调整和控制，可以实现对燃烧区域多参数的实时测量及燃烧区域背景及火焰的同步显示，大幅提高了火焰温度场监控的价值。
权利要求
1.一种可见光与红外光分光系统，其特征在于该分光系统包括窗口、主镜、次镜、透镜组、分光片、两个半透半反透镜、三个全反射镜和两个滤光片；所述分光系统的光路结构是在主光路上依次放置窗口、次镜、主镜及透镜组，次镜位于窗口和主镜之间，其中主镜与次镜均为反射镜；在透镜组的后方放置分光片，分光片与主光路成 45°夹角，反射面向上，在分光片的反射光路上放置第一全反射镜，第一全反射镜与光路成 45°夹角，反射面向下；在分光片后方的光路上依次放置第一半透半反透镜和第二半透半反透镜，第一半透半反透镜与主光路成夹角，反射面向上，在第一半透半反透镜的反射光路上放置第二全反射镜，第二全反射镜与光路成45°夹角，反射面向下；第二半透半反透镜与主光路成45°夹角，反射面向下，在第二半透半反透镜的透射光路上放置第一滤光片，第一滤光片与光路垂直，在第二半透半反透镜的反射光路上放置第三全反射镜，第三全反射镜与光路成45°夹角，反射面向上，在第三全反射镜的反射光路上放置一个第二滤光片，第二滤光片与光路垂直；被测目标发出的一束光经此分光系统后，被分为四束光，一束光为可见光，被探测器接收后可直接进行可视化观察；其他三束光为红外光，其中一束光为全波段的红外光，可用于红外热成像及温度的测量，其他两束光为波长不同的单色红外光，可用于比色测温。
2.根据权利要求1所述的可见光与红外光分光系统，其特征在于所述的次镜能够在光路上前后移动，使本分光系统具有调焦功能。
3.根据权利要求1或2所述的可见光与红外光分光系统，其特征在于所述的第一滤光片可透过的光波的中心波长为X1，第二滤光片可透过的光波的中心波长为λ2，其中 A1^A2,可以根据测量需要进行更换。
全文摘要
一种可见光与红外光分光系统。包括窗口、主镜、次镜、透镜组、分光片、两个半透半反透镜、三个全反射镜和两个滤光片。在主光路上依次放置窗口、次镜、主镜及透镜组。透镜组后方放置分光片，分光片后方依次放置第一和第二半透半反透镜。第一半透半反透镜的反射光路上放置第二全反射镜。第二半透半反透镜的透射光路上放置第一滤光片，反射光路上放置第三全反射镜，第三全反射镜的反射光路上放置一个第二滤光片。此分光系统可以将一束光分成四束光，一束为可见光，三束为红外光，其中一束为全波段红外光，两束为波长不同的单色光。该分光系统可用于可见光图像与红外光图像的实时拍摄及融合，也可用于红外测温领域。而且本分光系统具有调焦功能。
文档编号G02B7/182GK102495473SQ201110359619
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者姜啸宇, 王茂榕, 苌浩, 赵彩敏, 赵思宁, 邢志广, 钟声, 魏臻 申请人:天津理工大学