CN108827475A - 一种线阵高速红外测温系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种线阵高速红外测温系统，涉及一种实现瞬态二维温度场时空信息记录的红外测温系统，属于工程材料的高速温度测量领域。本发明包括阵列红外相机、平面反射镜、旋转装置、弧形滑轨、触发系统和时序同步控制系统。红外相机线阵中的红外相机采用圆弧分布，包括红外相机和弧形滑轨。平面反射镜表面蒸镀膜。旋转装置用于实现平面反射镜的转动。时序同步控制系统能够实现不同时间间隔设置，以达到不同幅频的控制与同步，进而实现瞬态二维温度场时空信息的记录。本发明能够实现高速冲击下材料瞬态二维温度场时空信息的记录，进而利于分析高速冲击下材料的变形过程和失效机理。
Description
技术领域
本发明涉及一种线阵高速红外测温系统，特别是涉及到一种实现瞬态二维温度场时空信息记录的红外测温系统，属于工程材料的高速温度测量领域。
背景技术
高速冲击下材料的变形过程(时间100～200μs)和失效机理日益受到科研工作者的重视，是固体力学方向中的研究热点之一，具有重要的科学意义和工程应用价值。材料的高速冲击性能测试过程中需要应用到高速红外测温系统。目前，适用于高速冲击下材料力学行为研究的高速红外测温系统极其匮乏，主要限于红外相机采样频率及高速红外探测器的空间分辨率。红外信号处理技术使得红外测温系统的采样频率与空间分辨率之间存在一种此消彼长关系，高采样频率和高空间分辨率是不可同时兼得的。但是高分辨率可以带来更详细的二维温度分布信息，利于科研工作者分析高速冲击下材料的变形过程和失效机理。因此，迫切需要提出一种技术解决方案已解决当前技术缺陷。
发明内容
针对已有技术中高速红外测温系统存在的下述缺陷：主要限于红外相机采样频率及高速红外探测器的空间分辨率，高采样频率和高空间分辨率是不可同时兼得的，但是高分辨率能够带来更详细的二维温度分布信息，利于分析高速冲击下材料的变形过程和失效机理。本发明公开的一种线阵高速红外测温系统要解决的技术问题为实现高速冲击下材料瞬态二维温度场时空信息的记录，进而利于分析高速冲击下材料的变形过程和失效机理。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明公开的一种线阵高速红外测温系统，包括阵列红外相机、平面反射镜、旋转装置、弧形滑轨、触发系统和时序同步控制系统。
所述的红外相机线阵中的红外相机采用圆弧分布，包括红外相机和弧形滑轨，所述的红外相机的曝光时间在1μs～5μs之间。
所述的平面反射镜表面蒸镀膜，所述的蒸镀膜需保证在红外波段内具有高反射率，所述的高反射率指反射率在90％以上。
所述的旋转装置用于实现平面反射镜的转动，所述的转动装置的转速具有可调节性，转动装置的中心位于弧形滑轨的圆心上。
所述的弧形滑轨用于固定红外相机和调节相邻红外相机的间隔，弧形滑轨的半径等于红外相机线阵中红外相机焦距的一半；
所述的触发系统用于接收外部触发信号和输出信号，所述输出信号用于触发转动装置和时序同步控制系统。
所述的平面反射镜的位置a与位置b1的夹角为α，从位置a转动到位置b1的时间t1＝α/2πn，其中n为转动装置的转速，时间t1为触发系统触发时序同步控制系统的延迟时间。
所述的时序同步控制系统用于实现红外相机的触发拍照，通过各自独立地输出通道输出不同时间间隔的脉冲信号，利用脉冲信号的前沿信号触发红外相机线阵进行拍照，进而能够实现线阵中只有一个红外相机在对应时刻进行瞬态二维温度场时空信息的记录。所述的时序同步控制系统能够实现不同时间间隔设置，以达到不同幅频的控制与同步，进而实现瞬态二维温度场时空信息的记录。
所述的光栅靶面刻有光栅。
所述的高速冲击下材料瞬态二维温度场时空信息的记录，能够分析高速冲击下材料的变形过程和失效机理。
本发明公开的一种线阵高速红外测温系统的调试工作方法，包括如下步骤：
步骤一：测量前取下光栅靶，红外光斑经过反射达到红外相机靶面上，根据红外光斑的位置调整红外相机的高度，使得红外光斑正好位于红外相机靶面的中心。依次调整弧形滑轨上的红外相机，使得所有的红外相机位于同一高度。
步骤二：将光栅靶放置在红外光源与平面反射镜之间，调节光栅靶面的高度使得红外光斑正好穿过光栅靶的中心位置。
步骤三、调整平面反射镜的位置a与位置b1的夹角α，确定转动装置的工作转速n和平面反射镜从位置a到位置b1的时间t1＝α/2πn，设置触发系统的输出信号的延迟时间为t1＝α/2πn，设置时序同步控制系统输出的红外相机的触发信号；然后进行信号设置检查，确保设置无误；
步骤四：触发系统触发转动装置和时序同步控制系统，红外光源发出的红外光斑依次穿过光栅靶和平面反射镜，通过转动装置使得弧形滑轨上的红外相机线阵中的红外相机依次记录栅线图像，进而能够应用到冲击加载实验中实现高速冲击下材料瞬态二维温度场时空信息的记录，从而能够分析高速冲击下材料的变形过程和失效机理。
有益效果：
1、本发明公开的一种线阵高速红外测温系统，线阵红外相机采阵列用圆弧分布，通过旋转装置实现平面反射镜的转动，进而实现线阵中只有一个红外相机在对应时刻进行瞬态二维温度场时空信息的记录。
2、本发明公开的一种线阵高速红外测温系统，触发系统用于接收外部触发信号和输出信号，通过输出信号控制触发转动装置和时序同步控制系统；通过转动装置将被测物体的红外信号传输到不同的红外相机上，通过时序同步控制系统各自独立地输出通道输出不同时间间隔的脉冲信号，利用脉冲信号的前沿信号触发红外相机线阵进行拍照。时序同步控制系统实现不同时间间隔设置，以达到不同幅频的控制与同步，进而实现瞬态二维温度场时空信息的记录。
3、本发明公开的一种线阵高速红外测温系统，应用到冲击加载实验中能够实现高速冲击下材料瞬态二维温度场时空信息的记录，从而能够分析高速冲击下材料的变形过程和失效机理。
附图说明
图1为本发明公开的一种线阵高速红外测温系统结构原理示意图；
图2为本发明公开的一种线阵高速红外测温系统触发设置原理框图；
图3为本发明公开的一种线阵高速红外测温系统调试方法流程图。
其中：1-红外光源；2-光栅靶；3-转动装置；4-平面反射镜；5-弧形滑轨；6-红外相机线阵；7-时序同步控制系统，8-触发系统，9-固定板。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
本实施例公开的一种新型线阵高速红外测温系统，如图1所示，该系统主要包括红外光源1、转动装置3、平面反射镜4、弧形滑轨5、红外相机线阵6、时序同步控制系统7、触发系统8、固定板9；
所述的红外相机线阵中的红外相机6采用弧形布置，固定在弧形滑轨5上，红外相机的焦点位于光栅靶上；
所述的转动装置3的转速具有可调节性，转动装置3的中心位于弧形滑轨5的圆心上；
所述的弧形滑轨5用于固定红外相机和调节相邻红外相机的间隔，弧形滑轨5的半径等于红外相机线阵6中红外相机焦距的一半；
所述的平面反射镜4安装在转动装置3上，平面反射镜4表面蒸镀一层厚度为1000埃的金膜；
所述的平面反射镜4的位置a与位置b1的夹角为α，从位置a转动到位置b1的时间t1＝α/2πn，时间t1为触发系统8触发时序同步控制系统7的延迟时间。
所述的触发系统8用于接收外部触发信号和触发转动装置3和时序同步控制系统7；所述的触发系统8接收外触发信号后，输出信号激活转动装置3，经过时间t1后触发时序同步控制系统7输出红外相机的触发信号；
所述的光栅靶2表面刻有50线/mm的光栅；
本实施例公开的一种线阵高速红外测温系统，调节方法具体步骤如下：
步骤一、红外相机线阵布置：实验前取下光栅靶2，红外光斑经过反射达到红外相机6靶面上，根据红外光斑的位置调整红外相机的高度，使得红外光斑正好位于红外相机靶面的中心。依次调整红外相机线阵上的红外相机，使得整个红外相机位于同一高度。
步骤二、光栅靶高度调节：将光栅靶面放置在红外光源1与平面反射镜4之间，调节光栅靶面的高度使得红外光斑正好穿过光栅靶2的中心位置。
步骤三、触发设置：调整平面反射镜4的位置a与位置b1的夹角α，确定转动装置3的工作转速n和平面反射镜4从位置a到位置b1的时间t1＝α/2πn，设置触发系统8的输出信号的延迟时间为t1＝α/2πn，设置时序同步控制系统7输出的红外相机的触发信号；然后进行信号设置检查，确保设置无误；
步骤四、红外图像采集：触发系统8触发转动装置3和时序同步控制系统7，红外光源1发出的红外光斑依次穿过光栅靶2和平面反射镜4，通过转动装置3使得弧形滑轨5上的红外相机线阵中的红外相机6依次记录栅线图像。
本实施例公开以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种线阵高速红外测温系统，其特征在于：包括阵列红外相机(6)、平面反射镜(4)、旋转装置(3)、弧形滑轨(5)、触发系统(8)和时序同步控制系统(7)；
所述的红外相机线阵中的红外相机(6)采用圆弧分布，包括红外相机(6)和弧形滑轨(5)，所述的红外相机(6)的曝光时间在1μs～5μs之间；
所述的平面反射镜(4)表面蒸镀膜，所述的蒸镀膜需保证在红外波段内具有高反射率，所述的高反射率指反射率在90％以上；
所述的旋转装置(3)用于实现平面反射镜(4)的转动，所述的转动装置(3)的转速具有可调节性，转动装置(3)的中心位于弧形滑轨(5)的圆心上；
所述的弧形滑轨(5)用于固定红外相机和调节相邻红外相机的间隔，弧形滑轨(5)的半径等于红外相机线阵(6)中红外相机焦距的一半；
所述的触发系统(8)用于接收外部触发信号和输出信号，所述输出信号用于触发转动装置(4)和时序同步控制系统(7)；
所述的平面反射镜(4)的位置a与位置b1的夹角为α，从位置a转动到位置b1的时间t1＝α/2πn，其中n为转动装置的转速，时间t1为触发系统(8)触发时序同步控制系统(7)的延迟时间；
所述的时序同步控制系统(7)用于实现红外相机的触发拍照，通过各自独立地输出通道输出不同时间间隔的脉冲信号，利用脉冲信号的前沿信号触发红外相机线阵进行拍照，进而能够实现线阵中只有一个红外相机在对应时刻进行瞬态二维温度场时空信息的记录；所述的时序同步控制系统(7)能够实现不同时间间隔设置，以达到不同幅频的控制与同步，进而实现瞬态二维温度场时空信息的记录。
2.如权利要求1所述的一种线阵高速红外测温系统，其特征在于：所述的高速冲击下材料瞬态二维温度场时空信息的记录，能够分析高速冲击下材料的变形过程和失效机理。
3.如权利要求1或2所述的一种线阵高速红外测温系统，其特征在于：所述的光栅靶面(2)刻有光栅。
4.如权利要求1或2所述的一种线阵高速红外测温系统，其特征在于：调试工作方法包括如下步骤，
步骤一：测量前取下光栅靶(2)，红外光斑经过反射达到红外相机靶面上，根据红外光斑的位置调整红外相机的高度，使得红外光斑正好位于红外相机靶面的中心；依次调整弧形滑轨(5)上的红外相机(6)，使得所有的红外相机位于同一高度；
步骤二：将光栅靶(2)放置在红外光源(1)与平面反射镜(4)之间，调节光栅靶面的高度使得红外光斑正好穿过光栅靶(2)的中心位置；
步骤三、调整平面反射镜(4)的位置a与位置b1的夹角α，确定转动装置(3)的工作转速n和平面反射镜(4)从位置a到位置b1的时间t1＝α/2πn，设置触发系统(8)的输出信号的延迟时间为t1＝α/2πn，设置时序同步控制系统(7)输出的红外相机的触发信号；然后进行信号设置检查，确保设置无误；
步骤四：触发系统(8)触发转动装置(3)和时序同步控制系统(7)，红外光源(1)发出的红外光斑依次穿过光栅靶(2)和平面反射镜(4)，通过转动装置(3)使得弧形滑轨(5)上的红外相机线阵(6)中的红外相机依次记录栅线图像，进而能够应用到冲击加载实验中实现高速冲击下材料瞬态二维温度场时空信息的记录，从而能够分析高速冲击下材料的变形过程和失效机理。
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