基于光辐射的测温设备、系统及方法_2

文档序号:9764648阅读:来源:国知局
[0056] 在一些实施方式中,所述数字微镜器件包括多个微镜和与所述多个微镜对应的多 个转动较链,各个转动较链根据所述预定控制将各个微镜向预设方向翻转,使得所述多个 微镜中的一半微镜将接收到的待测对象的一半的光福射沿第一路径射出,所述多个微镜中 的另一半微镜将接收到的待测对象的另一半的光福射沿不同于第一路径的第二路径射出。
[0057] 因此,通过FPGA控制DMD可W实现将光福射的光子数(或者光强)进行基本上达到1 :1的精确等分,提高了测溫的精度。
[0058] 在一些实施方式中,所述第一探测装置为第一点探测器,所述第二探测装置为第 二点探测器,并且
[0059] 所述测溫设备还包括布置在所述第一路径上、位于所述第一点探测器与所述空间 光调制器之间的第一会聚元件,和布置在所述第二路径上、位于所述第二点探测器与所述 空间光调制器之间的第二会聚元件,
[0060] 所述第一点探测器位于所述第一会聚元件的光焦点处;
[0061 ]所述第二点探测器位于所述第二会聚元件的光焦点处。
[0062] 由此,本实施方式通过将点探测器布置在反射光线聚焦形成的焦点处,而不是布 置在传统的焦平面后方的像平面(成像平面)处,不仅可W方便利用点探测器检测光电信号 参量,而且可W增加点探测器检测到的光子数,极大地增大了信号的强度,而将散粒噪声降 低到单个像素的水平,大幅度提高了测量信噪比,提高了采集数据的精确程度,进而大幅度 提高了测量溫度的灵敏度和精确度。本设备结构简单且可W用于不同要求测溫场合,适用 范围广。
[0063] 在一些实施方式中,所述测溫设备还包括:
[0064] 布置在所述第一路径上、位于所述第一点探测器与所述空间光调制器之间的第一 光强衰减元件,和
[0065] 布置在所述第二路径上、位于所述第二点探测器与所述空间光调制器之间的第二 光强衰减元件。
[0066] 由此,本装置通过设置光强衰减元件(例如中性密度滤光片)可W衰减光线的光电 信号参量,W防止强光对后续点探测器的损伤,提高了测溫精度,延长了产品的使用寿命。
[0067] 在一些实施方式中,所述第一滤光元件和所述第二滤光元件为中屯、波长相差至少 IOnm的第一窄带滤光片和第二窄带滤光片,所述第一窄带滤光片和第二窄带滤光片的半高 宽参数至少为lOnm。
[0068] 在一些实施方式中,所述光电信号参量包括光子数、电流值、电压值、电阻值中任 意一种。
[0069] 由此,增加了点探测器可W自由选择度,增强了产品的通用性能,也便于后期的维 护保养。
[0070] 在一些实施方式中,所述光福射为红外波段的光福射。
[0071] 在一些实施方式中,所述第一和第二点探测器选自近红外、中远红外、远红外波段 的外光电效应探测器组、内光电效应探测器组、强光探测器组和弱光探测器组中的任意一 种,其中,
[0072] 所述外光电效应探测器组包括:雪崩二极管、真空光电管、充气光电管、光电倍增 管、变像管、像增强器、摄像管;
[0073] 所述内光电效应探测器组包括:本征型光电导探测器、渗杂型光电导探测器、光磁 电效应探测器、光生伏特探测器;
[0074] 所述强光探测器组包括:内置或者外置有模数转换器的强光探测器;
[0075] 所述弱光探测器组包括:内置或者外置有计数器的弱光探测器。
[0076] 由此,点探测器可W自由选择各种类型W满足各种需求,增强了产品的通用性能, 也便于后期的维护保养。
[0077] 根据本发明的另一个方面,提供了一种基于光福射的测溫系统。该系统包括:
[0078] 上述的基于光福射的测溫设备W及定标装置,
[0079] 所述定标装置包括溫度可调节的基准光源,所述基准光源配置为在一个定标阶段 中,将调节成的不同溫度的光福射射向所述光福射等分装置,由所述光福射等分装置将接 收到的光福射等分为第一光福射和第二光福射,使第一光福射沿第一路径射出、第二光福 射沿不同于第一路径的第二路径射出,W获取多个第一和第二光电信号参量,并根据所述 不同溫度与所述第一和第二光电信号参量的计量值,确定出所述第一和第二光电信号参量 与溫度的预定关系。
[0080]在一些实施方式中,所述确定调节的不同溫度和获取的多个第一和第二光电信号 参量的预定关系为:
[00川 Edi(T)i/Ed2(T)i=A'exp(B'/Tdi),
[0082] 其中,i为I至n的自然数;A'、B'为预设系数,Tdi为所述基准光源发出的第i个溫度, Edi(T)I为第i次定标时测得的波长为第一波长的光的光电信号参量,Ed2(T)i为第i次定标时 测得的波长为第二波长的光的光电信号参量。
[0083] 在一些实施方式中,所述定标装置还包括将基准光源的光福射转化为平行光福射 的扩束准直透镜。
[0084] 在一些实施方式中,所述定标装置还包括将所述扩束准直透镜转化的平行光福射 射向所述光福射等分装置的分束器。
[0085] 根据本发明的又一个方面,提供了 一种基于光福射的测溫方法。该方法包括:
[0086] -种基于光福射的测溫方法,其特征在于,包括:
[0087] 利用光福射等分装置接收待测对象的光福射并直接将接收到的光福射等分为第 一光福射和第二光福射,并使所述第一光福射沿第一路径射出、所述第二光福射沿不同于 第一路径的第二路径射出;
[0088] 在所述第一路径上接收所述第一光福射,并将接收到的第一光福射过滤为波长为 第一波长的光;
[0089] 在所述第二路径上接收所述第二光福射,并将接收到的第二光福射过滤为波长为 第二波长的光;
[0090] 在所述第一路径上接收所述波长为第一波长的光并将其转换为相应的第一光电 信号参量;
[0091] 在所述第二路径上接收所述波长为第二波长的光并将其转换为相应的第二光电 信号参量;W及
[0092] 根据所述第一和第二光电信号参量与溫度的预定关系确定出所述待测对象的溫 度。
[0093] 在一些实施方式中,所述待测对象的溫度根据如下的所述预定关系确定:
[0094] T = B7ln(X/A')
[00M]其中,X = Ei(T)/E2(T),A'、B'为预设系数,T为所述待测对象的溫度,Ei(T)为所述 第一光电信号参量,E2(T)为所述第二光电信号参量。
[0096] 在一些实施方式中,所述光福射等分装置包括:
[0097] 空间光调制器,配置为根据预定控制将接收到的待测对象的光福射等分为所述第 一光福射和第二光福射,并使第一光福射沿第一路径射出、第二光福射沿不同于第一路径 的第二路径射出;
[0098] 控制元件,配置为根据预定输入对所述空间光调制器进行上述预定控制。
[0099] 在一些实施方式中,所述空间光调制器选自数字微镜器件、光强数字调制器或液 晶光阀。
[0100] 在一些实施方式中,所述数字微镜器件包括多个微镜和与所述多个微镜对应的多 个转动较链,各个转动较链根据所述预定控制将各个微镜向预设方向翻转,使得所述多个 微镜中的一半微镜将接收到的待测对象的一半的光福射沿第一路径射出,所述多个微镜中 的另一半微镜将接收到的待测对象的另一半的光福射沿不同于第一路径的第二路径射出。 [0101 ] 在一些实施方式中,该方法进一步包括:
[0102] 将所述波长为第一波长的光会聚于第一焦点,并在所述第一焦点处设置第一点探 测装置用W接收所述波长为第一波长的光并将其转换为相应的第一光电信号参量;
[0103] 将所述波长为第二波长的光会聚于第二焦点,并在所述第二焦点处设置第二点探 测装置用W接收所述波长为第二波长的光并将其转换为相应的第二光电信号参量。
[0104] 在一些实施方式中,该方法进一步包括:
[0105] 对所述波长为第一波长的光的强度进行衰减;及对所述波长为第二波长的光的强 度进行衰减。
[0106] 在一些实施方式中,所述光福射为红外波段的光福射。
[0107] 在一些实施方式中,所述第一波长与所述第二波长相差至少lOnm。
[0108] 在一些实施方式中,所述光电信号参量包括光子数、电流值、电压值、电阻值中任 意一种。
[0109] 在一些实施方式中,在所述利用光福射等分装置接收待测对象的光福射、将接收 到的光福射等分为第一光福射和第二光福射、并使所述第一光福射沿第一路径射出、所述 第二光福射沿不同于第一路径的第二路径射出的步骤之前还包括定标步骤,
[0110] 所述定标步骤包括:
[0111] 利用光福射等分装置接收基准光源的光福射,将接收到的光福射等分为第一光福 射和第二光福射,并使所述第一光福射沿第一路径射出、所述第二光福射沿不同于第一路 径的第二路径射出;
[0112] 在所述第一路径上接收所述第一光福射,并将接收到的第一光福射过滤为波长为 第一波长的光;
[0113] 在所述第二路径上接收所述第二光福射,并将接收到的第二光福射过滤为波长为 第二波长的光;
[0114] 在所述第一路径上接收所述波长为第一波长的光并将其转换为相应的第一光电 信号参量;
[0115] 在所述第二路径上接收所述波长为第二波长的光并将其转换为相应的第二光电 信号参量;
[0116] 调苄基准光源发出多个不同溫度的光福射,并获取对应的多个第一和第二光电信 号参量;W及
[0117] 根据所述不同溫度与所述第一和第二光电信号参量的计量值,确定出所述第一和 第二光电信号参量与溫度的预定关系。
[0118] 由此,本系统通过提供定标装置,可W在正式测溫之前,进行试验测溫,从而制定 标准,使得后面的正式测溫可W参考试验测溫的数据进行运算,调整测得的溫度数据,进一 度调高了溫度的精度。
[0119] 在一些实施方式中,所述确定调节的不同溫度与获取的多个第一和第二光电信号 参量的预定关系为:
[0120] Edi(T)i/Ed2(T)i=A'exp(B'/Tdi),
[012。 其中,功语n的自然数;
[0122] A'、B'为预设系数,Tdi为第i个基准光源的溫度,Edi(T)I为第i次定标的波长为第一 波长的光的光电信号参量,EdS(T)I为第i次定标的波长为第二波长的光的光电信号参量。
[0123] 本实施方式舍去传统的反射效率和透射效率均不高、无法将接收的光福射进行精 确等分的二向色镜(半透半反镜),利用光福射等分装置将接收的光福射进行精确等分(此 处的等分为光子数和光的能量的等分),大幅度提高了后期的测溫的精度。
[0124] 进一步,利用光福射等分装置提高了反射的效率,减少了能量的损失,进一步提高 了后期的测溫的精度。
[0125] 本实施方式结构简单,操作简便,可W用于不同要求测溫场合,适用范围广。
[0126] 本实施例可W有效地克服了红外测溫中各种物体的"福射率修正"难题,克服了测 量条件复杂、现场测量条件波动或者水蒸气等因素的环境吸收造成的测量误差,进一步提 高了测溫的精度。
【附图说明】
[0127] 图1(a)为现有技术中一种双波长测
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