CN102589706A - 一种光纤束发射光谱层析中光纤传感单元的标定方法 - Google Patents

一种光纤束发射光谱层析中光纤传感单元的标定方法 Download PDF

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Abstract

一种光纤束发射光谱层析中光纤传感单元输出数字电压与所对应的带通黑体辐射强度关系的标定方法,方法为光纤传感单元由光纤支架固定,沿黑体炉出射圆孔轴线放置,出射圆孔至光纤传感单元入射端面距离为L.本方法可建立所有光纤单元数字电压与所对应的带通黑体辐射强度关系数据库,为光纤束发射层析测试提供前提和基础.本发明的技术效果是：基于本发明的标定方法及发射光谱层析算法,可反演出待测目标空间各点对应的带通黑体辐射强度,从而准确计算出空间温度分布,解决光纤束发射层析实际应用的关键问题。

Description

一种光纤束发射光谱层析中光纤传感单元的标定方法
技术领域
本发明涉及发射光谱层析领域, 尤其涉及一种光纤束发射光谱层析中光纤传感单元的标定方法。
背景技术
发射光谱层析是一种三维流场测试的方法, 该方法无需主动激光源, 利用待测目标多方向的辐射信息, 进行目标内部三维物理量分布的反演, 属于一种被动式无损检测方法, 具有其它光学层析方法所不具备的优点. 传统的发射光谱层析利用多方向面阵探测器成像方式进行目标辐射信息采集, 但成像射线束形成的是锥束层析数据, 因此带来很大的重建误差. 光纤束发射光谱层析可获取待测目标多方向平行束层析数据, 可减小锥束层析的重建误差. 但光纤束发射光谱层析离实际应用要求还相差很远, 其主要问题在于基于微元间辐射热平衡的物理模型要求重建待测目标空间各点对应的黑体辐射强度, 因此光纤束传感的辐射信息必须转化为对应的黑体辐射强度以进行层析反演; 其次, 以往的标定方法都是针对单色黑体辐射强度进行, 因此与实际情况相差很远, 进而带来很大的误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光纤束发射光谱层析中光纤传感单元的标定方法,该方法可标定出光纤束层析中所有光纤传感单元输出数字电压与所对应的带通黑体辐射强度关系,解决光纤束发射层析实际应用的关键问题。
本发明是这样来实现的，方法为：光纤传感单元由近红外传感光纤、光纤耦合器、近红外光电传感器、模拟放大电路、模数转换器组成. 光纤传感单元的波长传感范围Dl由近红外传感光纤及对应的近红外光电传感器决定; 光纤传感单元由光纤支架固定, 沿黑体炉出射圆孔轴线放置, 出射圆孔至光纤传感单元入射端面距离为L. 调节黑体炉至某一温度值T1, 根据普朗克黑体辐射定律, 可得到该温度下对应于Dl波长范围的带通黑体辐射强度I1, 读出光纤传感单元中模数转换器输出的数字电压V1, 可得到一个数字电压与带通黑体辐射强度的对应关系(I1, V1). 继续调节黑体炉至其它的温度值T2 、T3、T4、…、Tn, 采用相同的方法可得到一系列的对应关系(I2, V2)、(I3, V3)、(I4, V4)、…、(In, Vn).根据这些对应关系值, 可拟合出函数关系: I=f(V). 改变距离L, 重复以上步骤, 可标定出不同距离L下, 光纤传感单元输出数字电压与所对应的带通黑体辐射强度关系I=f(V, L) .所有的光纤传感单元都按该方法进行标定, 可建立所有光纤单元辐射传感数据库, 为光纤束发射层析测试提供前提和基础。
本发明的技术效果是：基于本发明的标定方法及发射光谱层析算法, 可反演出待测目标空间各点对应的带通黑体辐射强度, 从而准确计算出空间温度分布, 解决光纤束发射层析实际应用的关键问题。
附图说明
图1为本发明的原理图。
在图中，1、黑体炉2、出射圆孔3、轴线4、近红外传感光纤5、光纤支架 6、光纤耦合器 7、近红外光电传感器 8、模拟放大电路 9、模数转换器。
具体实施方式
本发明的原理如图1所示，光纤传感单元由近红外传感光纤4、光纤耦合器6、近红外光电传感器7、模拟放大电路8、模数转换器9组成. 光纤传感单元的波长传感范围Dl由近红外传感光纤4及对应的近红外光电传感器7决定; 光纤传感单元由光纤支架5固定, 沿黑体炉1出射圆孔2的轴线3放置, 出射圆孔2至光纤传感单元入射端面距离为L. 调节黑体炉1至某一温度值T1, 根据普朗克黑体辐射定律, 可得到该温度下对应于Dl波长范围的带通黑体辐射强度I1:
Figure 499355DEST_PATH_IMAGE001
式中c 1 、c 2 分别为第一和第二辐射常数; 带宽Dl = l 2-l 1. 读出光纤传感单元中模数转换器9输出的数字电压V1, 可得到一个数字电压与带通黑体辐射强度的对应关系(I1, V1). 继续调节黑体炉1至其它的温度值T2 、T3、T4、…、Tn, 采用相同的方法可得到一系列的对应关系(I2, V2)、(I3, V3)、(I4, V4)、…、(In, Vn).根据这些对应关系值, 可拟合出函数关系: I=f(V), 改变距离L, 重复以上步骤, 可标定出不同距离L下, 光纤传感单元输出数字电压与所对应的带通黑体辐射强度关系I=f(V, L) .所有的光纤传感单元都按该方法进行标定, 可建立所有光纤单元辐射传感数据库, 为光纤束发射层析测试提供前提和基础.基于本发明的标定方法及发射光谱层析算法, 可反演出待测目标空间各点对应的带通黑体辐射强度, 从而准确计算出空间温度分布, 解决光纤束发射层析实际应用的关键问题。

Claims (1)

1.一种光纤束发射光谱层析中光纤传感单元的标定方法，其特征是：光纤传感单元的波长传感范围为Dl，光纤传感单元由光纤支架固定, 沿黑体炉出射圆孔轴线放置, 出射圆孔至光纤传感单元入射端面距离为L，调节黑体炉至某一温度值T1, 根据普朗克黑体辐射定律, 可得到该温度下对应于Dl波长范围的带通黑体辐射强度I1, 读出光纤传感单元中模数转换器输出的数字电压V1, 可得到一个数字电压与带通黑体辐射强度的对应关系(I1, V1). 继续调节黑体炉至其它的温度值T2 、T3、T4、…、Tn, 采用相同的方法可得到一系列的对应关系(I2, V2)、(I3, V3)、(I4, V4)、…、(In, Vn).根据这些对应关系值, 可拟合出函数关系: I=f(V)，改变距离L, 重复以上步骤, 可标定出不同距离L下, 光纤传感单元输出数字电压与所对应的带通黑体辐射强度关系I=f(V, L) 。
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