專利名稱：一種測量物體發(fā)射率的測量系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)射率測量領(lǐng)域，特別是一種發(fā)射率測量方法及基于探測器測量物體波段發(fā)射率的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
物體真實溫度的測量在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)和目標探測等領(lǐng)域有重要的作用，發(fā)射率是測量物體真實溫度最重要的參數(shù)。發(fā)射率是實際物體與理想黑體的自身輻射能量之比，因此精確測量物體的發(fā)射率是物體精確測溫的基礎(chǔ)。目前存在的使用探測器測量物體波段發(fā)射率的方法有以下二種一是參考物體法，該方法分為近距離和遠距離兩種，近距離基于發(fā)射率的定義，在相同溫度和相同波段下，測量被測樣品的輻射能量與黑體的輻射能量的比值。該方法缺點是測量常溫附近的材料光譜發(fā)射率比較困難，當試樣和探測器都處于常溫時，從原理上講是得不到探測器輸出的，即使試樣溫度高出探測器溫度幾度至二、三十度，探測器輸出的信噪比也是比較低的，影響測試準確度；遠距離利用被測物體附近已知參考體，該方法缺點不適宜測量無法放置參考體的地方，同時不適宜未知溫度的物體；方法二，直接測量法，通過測量物體溫度，并利用普朗克公式測量計算物體發(fā)射率，該方法不適用于無法進行接觸測量表面溫度的物體?，F(xiàn)有方法需要借助于參考體或接觸被測物體，而不能滿足單獨對物體進行非接觸測量。目前常用高精度發(fā)射率測量裝置為采用對稱雙光路的光機結(jié)構(gòu)，整個裝置由樣品加熱爐、參考黑體、溫度控制器、水冷光攔、光學系統(tǒng)、單色儀以及數(shù)據(jù)采集/處理電路和計算機組成，該系統(tǒng)測量原理采用了方法一的參考物體法，利用兩個探測器分別測量待測目標和黑體在同溫、同波長下的兩路輻射能，利用其比值確定樣品在該溫度下的發(fā)射率。該系統(tǒng)無法測量常溫附近的材料光譜發(fā)射率，并且安裝困難，需要較高的安裝精度，操作復雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)射率測量方法及非接觸無需參考體測量精度高、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便的基于探測器的物體發(fā)射率測量系統(tǒng)及測量方法。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種測量物體發(fā)射率的測量系統(tǒng)，包括探測器、輻射源和分光鏡，探測器置于與被測物體及分光鏡同一光路中，輻射源提供主動輻射，與探測器、分光鏡所處光路所在的直線垂直，并與分光鏡處于同一直線上；分光鏡分別與探測器探測面、輻射源表面成度角，分光鏡處于被測物體與探測器中間光路；輻射源表面入射光線與分光鏡反射面成度角，經(jīng)分光鏡表面反射的光線到達被測物體，光線經(jīng)被測物體表面反射到達分光鏡并經(jīng)分光鏡透射到達探測器表面。所述分光鏡固定在支架上，分光鏡為半透半反射鏡，包括紅外半透半反射鏡、可見光半透半反射鏡和全波段半透半反射鏡。所述探測器包括紅外熱像儀、CCD照相機以及光譜輻射計；所述輻射源采用面源黑體。
所述被測物體表面與探測器表面平行。一種測量物體發(fā)射率的方法，步驟如下
第一步，以輻射源為基準建立探測器的系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)，以t攝氏度為輻射源溫度間隔，采樣輻射源輻射反映到探測器上的灰度值，溫度間隔t滿足在[T1，T2]溫度范圍內(nèi)有10個或10個以上采樣點。第二步，取[Tl，Τ2]區(qū)間內(nèi)的η個采樣點，η>=10,用最小二乘法擬合經(jīng)過η個采樣點的探測器輸出值，擬合出該探測器的系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)為
權(quán)利要求
1.一種測量物體發(fā)射率的測量系統(tǒng)，其特征在于包括探測器[I]、輻射源[2]和分光鏡[3]，探測器[I]置于與被測物體[4]及分光鏡[3]同一光路中，輻射源[2]提供主動輻射，與探測器[I]、分光鏡[3]所處光路所在的直線垂直，并與分光鏡[3]處于同一直線上；分光鏡[3]分別與探測器[I]探測面、輻射源[2]表面成45度角，分光鏡[3]處于被測物體[4]與探測器[I]中間光路；福射源[2]表面入射光線與分光鏡[3]反射面成45度角，經(jīng)分光鏡[3]表面反射的光線到達被測物體[4]，光線經(jīng)被測物體[4]表面反射到達分光鏡[3]并經(jīng)分光鏡[3]透射到達探測器[I]表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量物體發(fā)射率的測量系統(tǒng)，其特征在于所述分光鏡[3]固定在支架上，分光鏡[3]為半透半反射鏡，包括紅外半透半反射鏡、可見光半透半反射鏡和全波段半透半反射鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量物體發(fā)射率的測量系統(tǒng)，其特征在于所述探測器[I]包括紅外熱像儀[1-1]、CCD照相機[1-2]以及光譜輻射計[1-3];所述輻射源[2]采用面源黑體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量物體發(fā)射率的測量系統(tǒng)，其特征在于所述被測物體[4]表面與探測器[I]表面平行。
5.一種測量物體發(fā)射率的方法，其特征在于，步驟如下第一步，以輻射源為基準建立探測器的系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)，以t攝氏度為輻射源溫度間隔，采樣輻射源輻射反映到探測器上的灰度值，溫度間隔t滿足在[T1，T2]溫度范圍內(nèi)有10個或10個以上采樣點；第二步，取[Τ1，Τ2]區(qū)間內(nèi)的η個采樣點，η>=10，用最小二乘法擬合經(jīng)過η個采樣點的探測器輸出值，擬合出該探測器的系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)為P = + ，其中V為探測器輸出值，Lf探測器本身雜散能量，α為探測器響應(yīng)度，L為到達探測器表面的有效輻射量；第三步，根據(jù)發(fā)射率推導公式分別測量輻射源改變前后輻射值及物體輻射輸出值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測量物體發(fā)射率的方法，其特征在于，所述步驟三根據(jù)發(fā)射率推導公式分別測量輻射源改變前后輻射值及物體輻射輸出值的方法如下`3.1探測器接收到的有效輻射包括三個部分目標自身輻射、目標對周圍環(huán)境反射輻射和大氣輻射，到達探測器表面的有效輻射量表達式如下
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測量物體發(fā)射率的測量系統(tǒng)及方法，測量系統(tǒng)包括探測器、輻射源和分光鏡，探測器置于與被測物體及分光鏡同一光路中，輻射源與探測器、分光鏡所處光路所在的直線垂直，并與分光鏡處于同一直線上；分光鏡分別與探測器探測面、輻射源表面成45度角，分光鏡處于被測物體與探測器中間光路。所述發(fā)射率測量方法涉及同過改變輻射源的輻射量分別測量探測器的輸出值，利用發(fā)射率推導公式進行計算。本發(fā)明系統(tǒng)安裝簡單，測量光路穩(wěn)定并且易于調(diào)整，操作方便；能夠避免絕對測量造成的誤差，從而實現(xiàn)發(fā)射率的精確測量。
文檔編號G01J5/00GK103063312SQ201210591729
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月29日
發(fā)明者屈惠明, 李圓圓, 陳錢, 顧國華, 鄭奇, 曹丹, 劉文俊, 龔靖棠, 黃源 申請人:南京理工大學