CN114593822A - 一种能够扣除杂散辐射的红外辐射测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种能够扣除杂散辐射的红外辐射测量方法及装置，测量方法基于扣除杂散辐射测量原理推导和工程应用相结合，保证了测量方法的可行性；装置包括光学头部，光学头部包括反射镜组件、分光系统、光学系统和热电堆探测器，分光系统、光学系统和热电堆探测器依次沿光路设置，反射镜组件移动设置在分光系统远离光学系统的一侧，反射镜组件包括镜面朝向热电堆探测器的镀金反射镜和温度传感器，镀金反射镜在遮挡光路和离开光路两个状态间切换。本发明保证高精度的辐射测量；快速切换两种测量状态；拓展了装置的适用性；在不改变像的视场角的前提下，有效防止渐晕现象，且保证了入射辐射能量均匀性；有效实现数据的采集、存储和处理等。
Description
技术领域
本发明涉及红外辐射测量技术领域，尤其涉及一种能够扣除杂散辐射的红外辐射测量方法及装置。
背景技术
红外辐射是自然界存在的最为广泛的辐射。红外辐射具有两个重要的特性：一、可全天候观测。大气、烟云等吸收可见光和近红外线，但是对波长为3～5μm和8～14μm的热红外线却是透明的，因此，这两个波段被称为热红外线的“大气窗口”。利用这两个窗口，可以使人们在完全无光的夜晚，或是在烟云密布的战场，清晰地观察到前方的情况。正是由于这个特点，热红外成像技术在军事上提供了先进的夜视装备并为飞机、舰艇和坦克装上了全天候前视系统。二、物体的热辐射能量的大小，与物体表面的温度相关。热辐射的这个特点使人们可以利用它来对物体进行无接触温度测量和热状态分析，从而为工业生产、节约能源、保护环境等方面提供重要的检测手段和诊断工具。
基于热红外辐射的特点和重要用途，各国都已竞相研制各种红外辐射测量仪器。红外辐射系统的杂散辐射是影响探测系统性能的重要因素之一。杂散辐射，是指光学系统中除了目标光线外，扩散于探测器表面上的其他非目标光线，以及通过非正常光路到达探测器的目标光线，包括：光学系统外部辐射、光学系统内部辐射源产生的红外辐射和光线在光学元件内部或表面及机械结构元件间发生多次散射、反射后，经光学系统进入探测器的辐射等。杂散辐射会降低红外测量系统的信噪比，影响辐射测量的精度，因此如何降低及消除杂散辐射对红外辐射测量的影响，对提高辐射测量精度，满足辐射测量数据的定量化应用具有重要的研究意义。
例如，一种在中国专利文献上公开的“一种红外辐射精确测温方法”，其申请号为CN201310481620.7，包括如下步骤：步骤1：测出环境反射温度Tu；步骤2：利用温度计测出环境大气温度Tα，再根据被测物体与红外辐射测温设备之间的距离计算出大气透射率τα；步骤3：利用红外辐射测温设备测出被测物体的辐射温度Tr；步骤4：确定被测物体的发射率εn反射率ρn、发射率与反射率之和α，α≤1；步骤5：将测量值Tα、Tu、Tr输入红外辐射测温设备计算出环境大气温度信号I(Tα)、环境反射温度信号I(Tu)和被测物体的辐射温度信号的值I(Tr),代入实际物体红外测温公式计算得到红外辐射测温信号I(T0)；步骤6：根据红外热像仪的标定公式，由红外辐射测温信号的值I(T0)换算出物体的真实温度T0。其不足之处是，此发明没有考虑到杂散辐射对红外辐射测量的影响，影响测量精度。
发明内容
本发明是为了克服现有技术的辐射测量精度较低的问题，提供一种能够扣除杂散辐射的红外辐射测量方法，有效消除光学杂散辐射在红外测量中的影响，具有抗温度冲击，工作环境适应能力强，测温精度高等优点。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种能够扣除杂散辐射的红外辐射测量方法，包括如下步骤：
S1.测量目标辐射源获得热电堆探测器响应信号Vs，表示为：
VS＝Vt+Vr+Voffset (1)
其中，Vt为目标辐射源辐射亮度触发信号，Vstray为杂散辐射源触发信号，Voffset为仪器电子学噪声信号；
S2.用镀金反射镜遮挡测量装置的光学视场，获得热电堆探测器响应信号
所述热电堆探测器响应信号
表示为：
其中，
表示反射镜辐射源辐射亮度触发信号，由两部分辐射源触发产生：镀金反射镜自身发射辐亮度和镀金反射镜反射杂散辐射，表示成：
Vt m∈ε(λ)·L(Tmirror)+(1-ε(λ))L(TStray) (3)
其中，Tmirror表示反射镜的温度，TStray表示杂散辐射源等效温度，在辐射测量过程中，装置内部器件在短时间内可认为处在同温条件下，即
Tmirror＝TStray (4)
公式(4)可改写为：
Vt m∈L(Tmirror) (5)
S3.测量并获得所述镀金反射镜的温度Tmirror；
S4.通过辐射定标，结合公式(5)获得
S5.将公式(1)和(2)相减，得出：
变换公式(6)后得出：
采用公式(7)获取目标辐亮度响应信号值。
本发明的特点在于通过交替测量目标辐射源和镀金反射组件，能够有效扣除杂散辐射对辐射测量的影响，装置辐射测量目标时，热电堆探测器响应信号Vs包括目标辐射源辐射亮度触发信号Vt、杂散辐射源触发信号Vstray和仪器电子学噪声信号Voffset，当装置的光学视场被镀金反射镜遮挡时，热电堆探测器响应信号
包括反射镜辐射源辐射亮度触发信号
杂散辐射源触发信号Vstray和仪器电子学噪声信号Voffset，反射镜辐射源辐射亮度触发信号
由两部分辐射源触发产生：镀金反射镜自身发射辐亮度和镀金反射镜反射杂散辐射，可表示成：
Vt m∈ε(λ)·L(Tmirror)+(1-ε(λ))L(TStray) (3)
其中，Tmirror表示镀金反射镜的温度，由温度传感器测出，TStray表示杂散辐射源等效温度，在辐射测量过程中，装置内部器件在短时间内可认为处在同温条件下，即
Tmirror＝TStray (4)
由此得到公式(5)，再通过辐射定标，获得反射镜辐射源辐射亮度触发信号
而热电堆探测器响应信号Vs以及
均通过热电堆探测器直接探测得到，因此采用公式(7)能够较为精确地获取目标辐亮度响应信号值。
作为优选，还包括步骤：
S6.辐射定标，建立探测器输出信号与接收目标辐亮度之间关系，如公式(8)所示：
VBB,i-Vmirror,i＝Si·[Li(TBB)-Li(Tmirror)] (8)
其中，Li(TBB)表示通道i接收到温度为TBB黑体发射辐亮度，Li(Tmirror)表示通道i接收到温度为Tmirror黑体发射辐亮度，从而得出定标斜率Si。
Li(TBB)、Li(Tmirror)均为已知量，通过对标准黑体在不同温度下(TBB、Tmirror)进行辐射测量，得出定标斜率Si。
作为优选，还包括步骤：
S7.目标辐射亮度Li(T)和温度Ti表示为：
其中，c1为第一辐射常数，c2为第二辐射常数，λ0表示通道中心波长。
第一辐射常数c1＝2πhc2＝3.7418×108W·μm4/m2，第二辐射常数c2＝14388μm·K，结合公式(7)和(8)得出公式(9)和(10)，基于上述扣除杂散辐射原理，和增加扣除杂散辐射的镀金反射镜组件设计，能够保证该装置进行高精度辐亮度和温度的测量。
一种能够扣除杂散辐射的红外辐射测量装置，包括光学头部，其特征是，所述光学头部包括反射镜组件、分光系统、光学系统和热电堆探测器，所述分光系统、光学系统和热电堆探测器依次沿光路设置，所述反射镜组件移动设置在分光系统远离光学系统的一侧，所述反射镜组件包括镜面朝向热电堆探测器的镀金反射镜和温度传感器，所述镀金反射镜在遮挡光路和离开光路两个状态间切换。
测量目标辐射源时，镀金反射镜离开光路，此时辐射进入光学头部后没有经过镀金反射镜，依次经过分光系统进行滤光、光学系统进行聚焦、热电堆探测器进行测量，获得Vs；通过移动反射镜组件，使得镀金反射镜遮挡测量装置的光学视场，此时热电堆探测器获得
同时温度传感器测量出镀金反射镜温度Tmirror。优选地，温度传感器为铂电阻传感器。
作为优选，所述反射镜组件还包括转动片、第一步进电机、霍尔元件和第一固定板，所述镀金反射镜设置在转动片上，所述第一步进电机带动转动片转动，第一步进电机固定设置在第一固定板上，第一固定板上设有用于确定转动零点位置的霍尔元件，第一固定板固定在光学头部中。
通过第一步机电机带动转动片转动，从而改变镀金反射镜与零点位置的夹角，实现镀金反射镜在遮挡光路和离开光路两个状态间切换。
作为优选，所述分光系统包括滤光轮、第二步进电机和第二固定板，所述滤光轮沿周向设有若干覆盖不同热红外光谱波段的红外滤光片，所述第二步进电机带动滤光轮转动，第二步进电机固定设置在第二固定板上，第二固定板固定在光学头部中。
通过第二步进电机带动滤光轮转动，从而在分光系统中切换不同波段的红外滤光片，优选地，红外滤光片共设有四个，相邻滤光片间隔90°，覆盖四个热红外光谱波段：8-14μm、8.2-9.2μm、10.3-11.3μm和11.5-12.5μm，多通道的设计拓展了装置的适用性。
作为优选，所述光学系统包括光筒、设置在光筒内的平凸透镜和弯月透镜，所述弯月透镜位于平凸透镜的焦平面内；在弯月透镜构成的光学系统中，所述热堆探测器设置在平凸透镜的共轭平面内。
光学系统由物镜和会聚透镜组成。物镜选用平凸透镜用于聚焦目标辐射；会聚透镜选用具有最小化几何像差的弯月透镜，用于将聚焦的目标辐射准直到热电堆探测器上。透镜的两面均镀有增透膜，增加对红外辐射的透射作用。会聚透镜位于物镜焦平面内，相对于会聚透镜，热电堆探测器放置在平凸透镜的共轭平面内，该方案能够在不改变像的视场角(FOV)的情况下可以改变物的FOV，且能够有效防止渐晕现象，同时保证了入射到热电堆探测器上的辐射能量是均匀的，保护了热电堆探测器免受热斑点的影响，避免了由于热电堆探测器不均匀的响应灵敏度引起的问题。
作为优选，还包括与光学头部连接的控制箱，所述控制箱包括数据采集存储模块、中心控制器和电源转换模块，所述电源转换模块用于为分光系统、光学系统、热电堆探测器以及控制箱供电；数据采集存储模块与热电堆探测器连接；所述中心控制器与数据采集存储模块、分光系统和反射镜组件连接。
控制箱通过通信接口与光学头部进行连接通信，电源转换模块为步进电机、热电堆探测器、霍尔元件和控制箱供电；数据采集存储模块对热电堆探测器采集信号进行滤波、放大和整型等预处理后，再对有效信号进行提取、运算、显示和存储等；中心控制器用于控制步进电机转动，热电堆探测器响应数据的采集、处理、存储和传输等操作。
因此，本发明具有如下有益效果：(1)增加扣除杂散辐射的镀金反射镜组件设计，能够保证该装置进行高精度的辐射测量；(2)通过设置镀金反射镜组件快速切换两种测量状态；(3)多通道的滤光轮拓展了装置的适用性；(4)光学系统不改变像的视场角，有效防止渐晕现象，同时保证了入射到热电堆探测器上的辐射能量是均匀的，保护了热电堆探测器免受热斑点的影响，避免了由于热电堆探测器不均匀的响应灵敏度引起的问题；(5)通过设置控制箱有效实现数据的采集、存储和处理等。
附图说明
图1是本发明实施例2的一种结构示意图。
图2是本发明实施例2光学头部的结构示意图。
图3是本发明实施例2光学系统的结构示意图。
图4是本发明实施例2的光路示意图。
图5是本发明实施例2的系统结构原理框图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1
一种能够扣除杂散辐射的红外辐射测量方法，包括如下步骤：
S1.控制第二步进电机121带动滤光轮123转动，带动相应的红外滤光片124至光路中；控制第一步进电机111驱动转动片112转动，带动镀金反射镜114远离光路，装置测量辐射目标，获得热电堆探测器135响应信号Vs。热电堆探测器135响应信号Vs包括目标辐射源辐射亮度触发信号Vt、杂散辐射源触发信号Vstray和仪器电子学噪声信号Voffset，可表示为
VS＝Vt+Vr+Voffset (1)
S2.控制第一步进电机111驱动转动片112沿相反方向转动，带动镀金反射镜114遮挡装置的光学视场，获得另一个热电堆探测器响应信号
可表示为：
其中，
表示镀金反射镜辐射源辐射亮度触发信号，由两部分辐射源触发产生：镀金反射镜自身发射辐亮度和镀金反射镜反射杂散辐射，可表示成：
Vt m∈ε(λ)·L(Tmirror)+(1-ε(λ))L(TStray) (3)
其中，Tmirror表示镀金反射镜温度，TStray表示杂散辐射源等效温度，在辐射测量过程中，装置内部器件在短时间内可认为处在同温条件下，即
Tmirror＝TStray (4)
因此，公式(3)可改写为：
Vt m∈L(Tmirror) (5)
因此，可通过接触式测量镀金反射镜温度来表征杂散辐射等效温度。
S3.获得
的同时，测得镀金反射镜114的温度Tmirror。
S4.公式(1)和(2)的差值可扣除杂散辐射对辐射测量的影响，从而较为准确地测得目标辐亮度结果。
公式(7)中，VS和
分别表示装置测量目标和镀金反射镜时，热电堆探测器响应信号值，可直接获得，
可通过辐射定标(建立探测器输出信号与接收辐亮度之间关系)，结合公式(5)获得，因此采用公式(7)能够较为精确地获取目标辐亮度响应信号值。
S5.对该装置进行辐射定标时，建立内部探测器输出信号与接收目标辐亮度之间关系，如公式(8)所示。
VBB,i-Vmirror,i＝Si·[Li(TBB)-Li(Tmirror)] (8)
式中，Li(TBB)表示通道i接收到温度为TBB黑体发射辐亮度，Li(Tmirror)表示通道i接收到温度为Tmirror黑体发射辐亮度，VBB，i为通道i接收到温度为TBB的黑体发射热电堆探测器响应信号值，Vmirror，i为通道i接收到温度为Tmirror的黑体发射热电堆探测器响应信号值，以上四个数据均为已知量，从而通过公式(8)计算出定标斜率Si。
S6.采用该装置进行辐射测量时，目标辐射亮度Li(T)(单位：mW·cm-2·sr-1)和温度Ti(单位：K)可表示为：
其中，c1＝2πhc2＝3.7418×108W·μm4/m2，c2＝14388μm·K，λ0表示通道中心波长。根据上述公式，结合公式(8)、步骤S1、S2所得的热电堆探测器响应信号Vs和
以及已知量Li(Tmirror)，得出目标辐射亮度Li(T)和温度Ti。
基于上述扣除杂散辐射原理，和增加扣除杂散辐射的镀金反射镜组件设计，能够保证该装置进行高精度地辐亮度和亮温测量。
实施例2
如图1、图4所示的实施例2中，一种能够扣除杂散辐射的红外辐射测量装置，包括有仪器光学头部100、控制箱300和电脑500。光学头部100和控制箱300通过导线200连接，电脑500和控制箱300通过USB串口线400连接。光学头部100包括外形为圆柱形结构的外壳101，外壳101最前端设有进光孔102，进光孔内设有橡胶塞27，外壳内侧设有四个铜柱103，铜柱后端固定有反射镜组件110。反射镜组件包括第一步进电机111、第一固定板112、转动片113和镀金反射镜114，第一固定板112固定在铜柱上，第一步进电机111固定在第一固定板112上，第一固定板上设有霍尔元件104，第一步进电机111输出端连接转动片113，转动片113上设有镀金反射镜114，镀金反射镜114镜面朝向远离第一固定板的一侧。反射镜组件后方设有分光系统120。分光系统包括第二步进电机121、第二固定板122、滤光轮123和四个红外滤光片124，四个红外滤光片沿滤光轮123周向均布，覆盖四个热红外光谱波段：8-14μm、8.2-9.2μm、10.3-11.3μm和11.5-12.5μm，滤光轮123由第二步进电机121驱动，第二步进电机121固定在第二固定板122上，分光系统120后方设有光学系统130。
如图3、图4所示，光学系统包括光筒131、平凸透镜132、弯月透镜133和ZnSe窗口134。平凸透镜132用于聚焦目标辐射，弯月透镜133具有最小化几何像差，用于将聚焦的目标辐射准直到热电堆探测器135上。平凸透镜132和弯月透镜133的两面均镀有增透膜，增加对红外辐射的透射作用。弯月透镜133位于平凸透镜132焦平面内，相对于弯月透镜133，热电堆探测器17设置在平凸透镜132共轭平面内，弯月透镜133后侧依次设有ZnSe窗口134和热电堆探测器135，热电堆探测器135与预采集电路板106和控制电路板105连接。控制箱300通过航空插头107对光学头部1进行供电和通信。
如图5所示，控制箱300包括通信接口310、数据采集存储模块320、中心控制器330、电源转换模块340和实时时钟350五个模块；光学头部100包括由热电堆探测器构成的热电转换模块、分光系统构成的分光模块和反射镜组件构成的扣除杂散辐射模块。通信接口310用于与光学头部100和电脑500进行通信。电源转换模块340为第一步进电机和第二步进电机、热电堆探测器、霍尔元件和控制箱300供电；数据采集存储模块320对热电堆探测器采集信号进行滤波、放大和整型等预处理后，再对有效信号进行提取、运算、显示和存储等；中心控制器330用于控制第一步进电机和第二步进电机转动，以及热电堆探测器响应数据的采集、处理、存储和传输等操作。
Claims (8)
1.一种能够扣除杂散辐射的红外辐射测量方法，其特征是，包括如下步骤：
S1.测量目标辐射源获得热电堆探测器响应信号Vs，表示为：
VS＝Vt+Vr+Voffset (1)
其中，Vt为目标辐射源辐射亮度触发信号，Vstray为杂散辐射源触发信号，Voffset为仪器电子学噪声信号；
S2.用镀金反射镜遮挡测量装置的光学视场，获得热电堆探测器响应信号
所述热电堆探测器响应信号
表示为：
其中，
表示反射镜辐射源辐射亮度触发信号，由两部分辐射源触发产生：镀金反射镜自身发射辐亮度和镀金反射镜反射杂散辐射，表示成：
其中，Tmirror表示反射镜的温度，TStray表示杂散辐射源等效温度，在辐射测量过程中，装置内部器件在短时间内可认为处在同温条件下，即
Tmirror＝TStray (4)
公式(4)可改写为：
S3.测量并获得所述镀金反射镜的温度Tmirror；
S4.通过辐射定标，结合公式(5)获得
S5.将公式(1)和(2)相减，得出：
变换公式(6)后得出：
采用公式(7)获取目标辐亮度响应信号值。
2.根据权利要求1所述的一种能够扣除杂散辐射的红外辐射测量方法，其特征是，还包括步骤：
S6.辐射定标，建立探测器输出信号与接收目标辐亮度之间关系，如公式(8)所示：
VBB,i-Vmirror,i＝Si·[Li(TBB)-Li(Tmirror)] (8)
其中，Li(TBB)表示通道i接收到温度为TBB黑体发射辐亮度，Li(Tmirror)表示通道i接收到温度为Tmirror黑体发射辐亮度，从而得出定标斜率Si。
3.根据权利要求2所述的一种能够扣除杂散辐射的红外辐射测量方法，其特征是，还包括步骤：
S7.目标辐射亮度Li(T)和温度Ti表示为：
其中，c1为第一辐射常数，c2为第二辐射常数，λ0表示通道中心波长。
4.一种根据权利要求1-3中任一所述的能够扣除杂散辐射的红外辐射测量装置，包括光学头部，其特征是，所述光学头部包括反射镜组件、分光系统、光学系统和热电堆探测器，所述分光系统、光学系统和热电堆探测器依次沿光路设置，所述反射镜组件移动设置在分光系统远离光学系统的一侧，所述反射镜组件包括镜面朝向热电堆探测器的镀金反射镜和温度传感器，所述镀金反射镜在遮挡光路和离开光路两个状态间切换。
5.根据权利要求4所述的一种能够扣除杂散辐射的红外辐射测量装置，其特征是，所述反射镜组件还包括转动片、第一步进电机、霍尔元件和第一固定板，所述镀金反射镜设置在转动片上，所述第一步进电机带动转动片转动，第一步进电机固定设置在第一固定板上，第一固定板上设有用于确定转动零点位置的霍尔元件，第一固定板固定在光学头部中。
6.根据权利要求4所述的一种能够扣除杂散辐射的红外辐射测量装置，其特征是，所述分光系统包括滤光轮、第二步进电机和第二固定板，所述滤光轮沿周向设有若干覆盖不同热红外光谱波段的红外滤光片，所述第二步进电机带动滤光轮转动，第二步进电机固定设置在第二固定板上，第二固定板固定在光学头部中。
7.根据权利要求4所述的一种能够扣除杂散辐射的红外辐射测量装置，其特征是，所述光学系统包括光筒、设置在光筒内的平凸透镜和弯月透镜，所述弯月透镜位于平凸透镜的焦平面内；在弯月透镜构成的光学系统中，所述热堆探测器设置在平凸透镜的共轭平面内。
8.根据权利要求4所述的一种能够扣除杂散辐射的红外辐射测量装置，其特征是，还包括与光学头部连接的控制箱，所述控制箱包括数据采集存储模块、中心控制器和电源转换模块，所述电源转换模块用于为分光系统、光学系统、热电堆探测器以及控制箱供电；数据采集存储模块与热电堆探测器连接；所述中心控制器与数据采集存储模块、分光系统和反射镜组件连接。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2762188A1 (en) * | 2008-10-23 | 2010-04-29 | Kaz Europe Sa | Non-contact medical thermometer with stray radiation shielding |
| CN101793563A (zh) * | 2010-03-23 | 2010-08-04 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 多波段红外辐射自动测量系统 |
| RU2451285C1 (ru) * | 2010-11-12 | 2012-05-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Оптосенс" | Газоанализатор и оптический блок, используемый в нем |
| CN202329826U (zh) * | 2011-11-14 | 2012-07-11 | 杭州华内光电科技有限公司 | 一种基于反射聚焦法的非接触式红外测温探头 |
-
2021
- 2021-10-27 CN CN202111255200.8A patent/CN114593822A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2762188A1 (en) * | 2008-10-23 | 2010-04-29 | Kaz Europe Sa | Non-contact medical thermometer with stray radiation shielding |
| CN101793563A (zh) * | 2010-03-23 | 2010-08-04 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 多波段红外辐射自动测量系统 |
| RU2451285C1 (ru) * | 2010-11-12 | 2012-05-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Оптосенс" | Газоанализатор и оптический блок, используемый в нем |
| CN202329826U (zh) * | 2011-11-14 | 2012-07-11 | 杭州华内光电科技有限公司 | 一种基于反射聚焦法的非接触式红外测温探头 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| MICHAEL SICARD等: "《Thermal-infrared field radiometer for vicarious cross-calibration: characterization and comparisons with other field instruments》", 《OPTICAL ENGINEERING》, vol. 28, no. 2, pages 345 - 346 * |
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