CN110926614A - 一种自反射式红外发射率及温度测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自反射式红外发射率及温度测量装置，本发明包括第一红外探测器、半透半反镜、第二红外探测器、旋转遮板、入射光系统、放大器、A/D转换器、键盘、显示器、触控器和MCU处理器，本发明不需要人工设置物体的参考发射率，对部分物体其测量精度较高，键盘及显示设置在装置的侧面。由于此测温装置结构简单、轻巧，且不用手动设置参考发射率，因此，利于在实际工业生产物体的测量，尤其适于表面光滑的物体。
Description
技术领域
本发明涉及一种非接触红外光学技术发射率及温度测量装置，尤其涉及一种自反射式红外发射率及温度测量装置。
背景技术
红外测温技术是通过光学系统测量目标的红外辐射能量，根据黑体辐射理论，从而导出目标温度。测温方法按波长分有单波长法、双波长法、多波长法、全光谱法。所选的方法根据测量材质、环境、成本、精度要求的不同而不同。
对于单波长法测温仪通过探测器测得目标的光谱辐射能,再将光信号转化成电信号，经过放大电路MCU处理计算处理后通过显示器显示其测量温度。其原理结构简单、价格低廉、使用方便因而有很多实际测量应用。但由于测量前需要事先设定表征物体表面特性的参数——发射率，所以有如下技术缺点和不足：
(1)发射率与材料的组成成份有关，如果不清楚测量的物体的成份很难设定准确的发射率，其适应性差；
(2)许多物体的发射率会随着物体温度的变化而发生较大改变，其给定的参考发射率只适于一定温度范围内，其测温准确性在发射率变化大的情况下而变得较低；
(3)在测量过程容易受周围环境辐射的影响；
(4)由于光谱辐射能在辐射过程会衰减，测量距离不大，精度不高。
解决此问题的最好方法是实时测得材料的光谱发射率。根据发射率的定义，在实际测量中，在不影响待测目标的情况下，较难同时构造出同温度下黑体的辐射，所以反射法是最好选择，但一般选用的反射法装置也有其弊端：
(1)通常选用的入射激光光源会增加仪器成本；
(2)激光光源能量固定，信噪比变化大，致使其测温范围也不大；
(3)由于增加了入射光和接受反射光的装置使仪器结构变的复杂；
(4)对通常容易测量的也常选用的法向光谱发射率不能解决入射光路和探测器光路重合的问题。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种自反射式红外发射率及温度测量装置。不受待测目标的组成成份影响，增大仪器的测温范围并降低仪器的信噪比，解决测量法向光谱发射率与探测器光路重合的问题，使单波长测温仪的简单结构和低廉的成本优势仍然存在。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明包括第一红外探测器、半透半反镜、第二红外探测器、旋转遮板、入射光系统、放大器、A/D转换器、键盘、显示器、触控器和MCU处理器，所述第一红外探测器的感光端和所述第二红外探测器的感光端呈90度设置，所述半透半反镜与所述第一红外探测器和所述第二红外探测器的交点处均呈45度角设置，所述入射光系统设置于所述半透半反镜的背面，所述旋转遮板设置于所述半透半反镜与所述入射光系统之间，所述第一红外探测器和所述第二红外探测器的信号输出端均与所述放大器的信号输入端连接，所述放大器的信号输出端通过所述A/D转换器与所述MCU处理器的信号输入端连接，所述MCU处理器连接有所述键盘、所述显示器和所述触控器。
进一步，所述第一红外探测器和所述第二红外探测器均由镜头、镜筒前盖、光学系统、热释电探测器、前置电路、镜筒、镜筒后盖、接线插口、激光瞄准按钮和激光瞄准响应指示灯组成，所述镜筒前盖设置于所述镜筒的前端，所述镜头固定设置于所述镜筒前盖上，所述镜头内设置所述光学系统，所述镜筒内设置所述热释电探测器和所述前置电路，所述镜筒后盖设置于所述镜筒的后端，所述镜筒后盖上设置接线插口、激光瞄准按钮和激光瞄准响应指示灯。
进一步，所述入射光系统由聚光镜头、一次聚光镜、一次散光镜、第一镜筒调节器、平行光筒、反射镜、二次聚光镜、二次散光镜、第二镜筒调节器、入射光管、固定卡头组成，所述平行光筒和所述入射光管之间垂直设置，所述平行光筒和所述入射光管之间的内部拐角处设置所述反射镜，所述平行光筒设置有第一镜筒调节器，所述平行光筒由内至外设置所述一次散光镜、一次聚光镜和聚光镜头，所述入射光管内由内至外设置二次聚光镜、二次散光镜、第二镜筒调节器和固定卡头。
本发明的有益效果在于：
本发明是一种自反射式红外发射率及温度测量装置，与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)精度高：用反射法测得的实时光谱发射率代替事先设置的值，而光谱发射率受物体材料、温度、波长等多种因素的影响，因此相对一般单波长其测量精度高；
2)适应性强：测量的物体如果不清楚其成份或成份组成复杂，对本发明温度的测量没有影响，即与物体材料组成本身无关；
3)测温范围广：因为物体表面的聚光区域的面积是待测区域面积的数倍，所以入射光的能量始终是探测器接受到目标区域辐射的能量的数倍，使待测物体温度对信噪比的影响大大减小，所以测温范围大大扩大，理论上适于任意温度；
4)成本低廉：由于此反射法没有使用额外激光光源所以控制了其成本；
5)结构简易：入射光系统与测量系统独立，各自结构简单、设计巧、制造易。
附图说明
图1本发明的测温原理简图；
图2探测器结构示意图；
图3入射光系统结构示意图。
图中：101-第一红外探测器、102-半透半反镜、103-第二红外探测器、104-旋转遮板、105-入射光系统、106-放大器、107-A/D转换器、108-键盘、109-显示器、110-触控器、111-MCU处理器、201-镜头、202-镜筒前盖、203-光学系统、204-热释电探测器、205-前置电路、206-镜筒、207-镜筒后盖、208-接线插口、209-激光瞄准按钮、210-激光瞄准响应指示灯、301-聚光镜头、302-一次聚光镜、303-一次散光镜、304-第一镜筒调节器、305-平行光筒、306-反射镜、307-二次聚光镜、308-二次散光镜、309-第二镜筒调节器、310-入射光管、311-固定卡头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示：本发明包括第一红外探测器101、半透半反镜102、第二红外探测器103、旋转遮板104、入射光系统105、放大器106、A/D转换器107、键盘108、显示器109、触控器110和MCU处理器111，所述第一红外探测器的感光端和所述第二红外探测器的感光端呈90度设置，所述半透半反镜与所述第一红外探测器和所述第二红外探测器的交点处均呈45度角设置，所述入射光系统设置于所述半透半反镜的背面，所述旋转遮板设置于所述半透半反镜与所述入射光系统之间，所述第一红外探测器和所述第二红外探测器的信号输出端均与所述放大器的信号输入端连接，所述放大器的信号输出端通过所述A/D转换器与所述MCU处理器的信号输入端连接，所述MCU处理器连接有所述键盘、所述显示器和所述触控器。工作时控制入射光是否入射到半透半反镜，旋转遮板挡光不挡光交替进行实现瞬时连续测量。当挡板转至入射光路中遮住入射光时，第二红外探测器103测得的能量只是目标辐射出的能量P1，再根据测得的实时法向光谱发射率由黑体辐射公式推算出目标的实时温度。当挡板转离入射光光路，入射光经过半透半反镜102反射后再经过待测样品表面反射，第二红外探测器103测得的能量是入射光的部分能量和目标的辐射能记为P2，第一红外探测器101测得的是入射光系统经过半透半反镜102透射的入射能记为P3，由P1、P2、P3可以实时测得目标的法向光谱发射率。
如图2所示：所述第一红外探测器和所述第二红外探测器均由镜头201、镜筒前盖202、光学系统203、热释电探测器204、前置电路205、镜筒206、镜筒后盖207、接线插口208、激光瞄准按钮209和激光瞄准响应指示灯210组成，所述镜筒前盖设置于所述镜筒的前端，所述镜头固定设置于所述镜筒前盖上，所述镜头内设置所述光学系统，所述镜筒内设置所述热释电探测器和所述前置电路，所述镜筒后盖设置于所述镜筒的后端，所述镜筒后盖上设置接线插口、激光瞄准按钮和激光瞄准响应指示灯。热信号到达镜头经过光学系统成像在热释电探测器表面上，由热释电探测器将热信号转化为电信号，经过前置电路处理将信号送至MCU处理系统。
如图3所示：所述入射光系统由聚光镜头301、一次聚光镜302、一次散光镜303、第一镜筒调节器304、平行光筒305、反射镜306、二次聚光镜307、二次散光镜308、第二镜筒调节器309、入射光管310、固定卡头311组成，所述平行光筒和所述入射光管之间垂直设置，所述平行光筒和所述入射光管之间的内部拐角处设置所述反射镜，所述平行光筒设置有第一镜筒调节器，所述平行光筒由内至外设置所述一次散光镜、一次聚光镜和聚光镜头，所述入射光管内由内至外设置二次聚光镜、二次散光镜、第二镜筒调节器和固定卡头。此入射光系统的有益效果是经过二次聚光和散光后得到各种波长的入射光，其光强是待测物体区域目标辐射出光强的3～5倍，有效的减小了并控制了信噪比。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种自反射式红外发射率及温度测量装置，其特征在于：包括第一红外探测器、半透半反镜、第二红外探测器、旋转遮板、入射光系统、放大器、A/D转换器、键盘、显示器、触控器和MCU处理器，所述第一红外探测器的感光端和所述第二红外探测器的感光端呈90度设置，所述半透半反镜与所述第一红外探测器和所述第二红外探测器的交点处均呈45度角设置，所述入射光系统设置于所述半透半反镜的背面，所述旋转遮板设置于所述半透半反镜与所述入射光系统之间，所述第一红外探测器和所述第二红外探测器的信号输出端均与所述放大器的信号输入端连接，所述放大器的信号输出端通过所述A/D转换器与所述MCU处理器的信号输入端连接，所述MCU处理器连接有所述键盘、所述显示器和所述触控器。
2.根据权利要求1所述的一种自反射式红外发射率及温度测量装置，其特征在于：所述第一红外探测器和所述第二红外探测器均由镜头、镜筒前盖、光学系统、热释电探测器、前置电路、镜筒、镜筒后盖、接线插口、激光瞄准按钮和激光瞄准响应指示灯组成，所述镜筒前盖设置于所述镜筒的前端，所述镜头固定设置于所述镜筒前盖上，所述镜头内设置所述光学系统，所述镜筒内设置所述热释电探测器和所述前置电路，所述镜筒后盖设置于所述镜筒的后端，所述镜筒后盖上设置接线插口、激光瞄准按钮和激光瞄准响应指示灯。
3.根据权利要求1所述的一种自反射式红外发射率及温度测量装置，其特征在于：所述入射光系统由聚光镜头、一次聚光镜、一次散光镜、第一镜筒调节器、平行光筒、反射镜、二次聚光镜、二次散光镜、第二镜筒调节器、入射光管、固定卡头组成，所述平行光筒和所述入射光管之间垂直设置，所述平行光筒和所述入射光管之间的内部拐角处设置所述反射镜，所述平行光筒设置有第一镜筒调节器，所述平行光筒由内至外设置所述一次散光镜、一次聚光镜和聚光镜头，所述入射光管内由内至外设置二次聚光镜、二次散光镜、第二镜筒调节器和固定卡头。
4.根据权利要求1所述的一种自反射式红外发射率及温度测量装置，其特征在于：红外发射率测量方法包括以下步骤：
(1)工作时控制入射光是否入射到半透半反镜，旋转遮板挡光不挡光交替进行实现瞬时连续测温；
(2)当挡板转至入射光路中遮住入射光时，红外探测器测得目标辐射出的能量；
(3)根据测得的实时法向光谱发射率由黑体辐射公式推算出目标的实时温度；
(4)当挡板转离入射光光路，入射光经过半透半反镜反射后由第二红外探测器测得入射能和第一红外探测器经探待测目标表面反射后的反射能，由此实时测得目标法向光谱发射率。
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| CN201911170033.XA CN110926614A (zh) | 2019-11-26 | 2019-11-26 | 一种自反射式红外发射率及温度测量装置 |
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| CN (1) | CN110926614A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111964793A (zh) * | 2020-08-17 | 2020-11-20 | 中国计量科学研究院 | 一种旋转式双波长激光测温装置 |
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2019
- 2019-11-26 CN CN201911170033.XA patent/CN110926614A/zh active Pending
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| CN111964793A (zh) * | 2020-08-17 | 2020-11-20 | 中国计量科学研究院 | 一种旋转式双波长激光测温装置 |
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