CN115371816A - 多光谱测温装置及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种多光谱测温装置及方法。其中，该多光谱测温装置，包括：接收模块，用于获取被测物体表面辐射的光谱能量；多光谱能量分离模块，用于根据光谱能量，得到多个待分析光谱能量；多光谱能量分离模块包括：第一离轴抛物面反射镜、闪耀光栅和第二离轴抛物面反射镜；第一离轴抛物面反射镜，用于接收并准直光谱能量，得到准直光谱能量，并向闪耀光栅发送；闪耀光栅，用于接收准直光谱能量，并根据准直光谱能量分成多个待分析光谱能量；第二离轴抛物面反射镜，用于对多个待分析光谱能量进行汇聚，并将其反射至探测信号生成模块；以及探测信号生成模块，用于响应于该待分析光谱能量，生成探测电信号。

Description

多光谱测温装置及方法

技术领域

本公开涉及非接触温度测量技术领域，尤其涉及一种多光谱测温装置及方法。

背景技术

多光谱测温方法可以同时获得被测物体的表面温度与被测物体的发射率，不需要知道材料表面发射率情况，因此适用范围广，成为非接触测温技术领域最具有发展前景的测量方法。多光谱测温原理主要是基于普朗克定律进行温度测量，通过测温探头接收被测物体表面辐射出的光谱能量，所述光谱能量包括光谱辐射能量信息；通过准直光路将光谱能量耦合进入分光系统，分成三个及以上不同波段区域的光谱能量，各波段光谱能量分别采用对应的光电探测器转换为电信号，然后结合运放电路将电信号放大后采集处理，从而获得被测物体表面温度信息。分光光路模块是多光谱测温装置中的关键部件，相关技术中常见光谱分光方法包括滤光片法、二向色分光法、棱镜分光法和闪耀光栅分光法。由于工艺技术和材料的限制，经过透过式分光系统得到的不同波段区域的光谱能量存在波长限制或存在较大能量衰减，且较复杂的分光系统的制作成本高。

发明内容

有鉴于此，本公开提供了一种多光谱测温装置及方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题。

本公开的一个方面，提供了一种多光谱测温装置。该多光谱测温装置包括：

接收模块，用于获取被测物体表面辐射的光谱能量，上述光谱能量包括光谱辐射能量信息；多光谱能量分离模块，用于根据上述光谱能量，分成预设数量个不同波长区间的待分析光谱能量，上述待分析光谱能量包括预设波长区间的光谱辐射能量信息；上述多光谱能量分离模块包括：第一离轴抛物面反射镜、闪耀光栅和第二离轴抛物面反射镜；上述第一离轴抛物面反射镜，用于接收并准直上述光谱能量，得到准直光谱能量，并向上述闪耀光栅发送上述准直光谱能量；上述闪耀光栅，用于接收上述准直光谱能量，并根据上述准直光谱能量分成预设数量个不同波长区间的上述待分析光谱能量；上述第二离轴抛物面反射镜，用于对预设数量个不同波长区间的上述待分析光谱能量进行汇聚，并将汇聚的待分析光谱能量反射至上述探测信号生成模块；探测信号生成模块，用于响应于预设数量个不同波长区间的上述待分析光谱能量，生成探测电信号，上述探测电信号表征上述被测物体表面的温度和上述被测物体表面的发射率。

根据本公开实施例，上述接收模块包括：接收子模块和限束子模块。

上述接收子模块，用于汇聚上述光谱能量，并向上述限束子模块发送汇聚后的光谱能量；上述限束子模块，用于对上述汇聚后的光谱能量进行限束，并向上述多光谱能量分离模块发送汇聚及限束后的光谱能量。

根据本公开实施例，上述接收子模块包括：第一透镜和第二透镜；上述限束子模块包括光阑。

上述第一透镜，用于汇聚上述光谱能量，得到一次汇聚光谱能量并向上述第二透镜发送上述一次汇聚光谱能量；上述第二透镜，用于对上述一次汇聚光谱能量进行二次汇聚，得到二次汇聚光谱能量并向上述光阑发送上述二次汇聚光谱能量；上述光阑，用于对上述二次汇聚光谱能量进行限束，并向上述多光谱能量分离模块发送汇聚及限束后的光谱能量。

根据本公开实施例，上述接收子模块包括第一透镜；上述限束子模块包括光纤。

上述第一透镜，用于汇聚上述光谱能量，得到一次汇聚光谱能量并向上述光纤发送上述一次汇聚光谱能量；上述光纤，用于对上述一次汇聚光谱能量进行限束，并向上述多光谱能量分离模块发送汇聚及限束后的光谱能量。

根据本公开实施例，上述探测信号生成模块包括：第一探测器或阵列探测器。

上述第一探测器接收到的上述待分析光谱能量的数量低于上述阵列式探测器接收到的上述待分析光谱能量的数量。

根据本公开实施例，上述探测信号生成模块还包括：M个反射镜和M+1个第二探测器。

上述反射镜，用于向多个预设方向反射预设数量个不同波长区间的上述待分析光谱能量；上述第二探测器，用于接收对应上述反射镜反射和未经上述反射镜反射的预设数量个不同波长区间的上述待分析光谱能量，M为非负整数。

根据本公开实施例，该测温装置还包括第三透镜；

上述第三透镜用于汇聚上述多光谱能量分离模块发送的预设数量个不同波长区间的上述待分析光谱能量，以便上述第一探测器或阵列探测器或第二探测器接收预设数量个不同波长区间的上述待分析光谱能量。

根据本公开实施例，该温度传感装置还包括制冷模块；

上述制冷模块，用于使上述第二探测器的温度处于预设温度区间。

本公开的另一个方面，提供了一种多光谱测温方法。

该方法是应用于如上述装置的多光谱测温方法，包括：

利用接收模块，获取被测物体表面辐射的光谱能量，上述光谱能量包括光谱辐射光谱能量信息；利用多光谱能量分离模块，响应于上述光谱能量，分成预设数量个不同波长区间的待分析光谱能量，上述待分析光谱能量包括预设波长区间的光谱辐射光谱能量信息；其中上述多光谱能量分离模块包括：第一离轴抛物面反射镜、闪耀光栅和第二离轴抛物面反射镜；上述第一离轴抛物面反射镜，用于接收并准直上述光谱能量，得到准直光谱能量，并向上述闪耀光栅发送上述准直光谱能量；上述闪耀光栅，用于接收上述准直光谱能量，并根据上述准直光谱能量分成预设数量个不同波长区间的上述待分析光谱能量；上述第二离轴抛物面反射镜，用于对预设数量个不同波长区间的上述待分析光谱能量进行汇聚，并将汇聚的待分析光谱能量反射至上述探测信号生成模块；利用探测信号生成模块，响应于预设数量个不同波长区间的上述待分析光谱能量，得到探测电信号，上述探测电信号表征上述测物体表面的温度和发射率。

根据本公开实施例，上述利用接收模块，获取被测物体表面辐射的光谱能量包括：

上述接收模块包括：接收子模块和限束子模块；利用上述接收子模块，汇聚上述光谱能量，并向上述限束子模块发送汇聚后的光谱能量；利用上述限束子模块，对上述汇聚后的光谱能量进行限束，并向上述多光谱能量分离模块发送汇聚及限束后的光谱能量。

基于上述技术方案可以看出，本公开的实施例相对于现有技术具有如下有益效果：

通过接收模块向多光谱能量分离模块发送汇聚和限束后的被测物体表面辐射的光谱能量；利用多光谱能量分离模块中的第一离轴抛物面反射镜对光谱能量进行准直，得到相互平行的光谱能量束；通过闪耀光栅和第二离轴抛物面反射镜对光谱能量进行分光和聚光处理，使分离出来的不同波段区域的待分析光谱能量汇聚到探测信号生成模块，得到表征测物体表面的温度和发射率的探测电信号。可以通过调节第一离轴抛物面反射镜、闪耀光栅和第二离轴抛物面反射镜的参数，调节待分析光谱能量的波段区域，实现高效且不受波段限制的分光操作。

附图说明

图1示意性示出了根据本公开实施例的多光谱测温装置框架示意图；

图2示意性示出了根据本公开实施例的适用第一探测器的多光谱测温装置示意图；

图3示意性示出了根据本公开实施例的适用阵列探测器的多光谱测温装置示意图；

图4示意性示出了根据本公开实施例的适用第二探测器的多光谱测温装置示意图；

图5示意性示出了根据本公开实施例的适用第一探测器的包括第三透镜的多光谱测温装置示意图；

图6示意性示出了根据本公开实施例的适用光纤传输的多光谱测温装置示意图；

图7示意性示出了根据本公开实施例的多光谱测温方法流程示意图。

1-被测物体；

2-第一透镜；

3-第二透镜；

4-光阑；

5-第一离轴抛物面反射镜；

6-闪耀光栅；

7-第二离轴抛物面反射镜；

8-第一探测器；

9-阵列探测器；

10-第三透镜；

11-反射镜；

12-第二探测器；

13-光纤。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。

相关技术中常见光谱能量分光方法包括滤光片法、二向色分光法、棱镜分光法和闪耀光栅6分光法。

在实现本公开构思的过程中，发明人发现相关技术中，滤光片法将光路接收到的光谱能量根据测温需要分为对应的三路以上光谱能量，然后对每路光谱能量再采用对应的滤光片过滤获得对应波段的光谱能量。该方法由于需要将接收的光谱能量先分为三路，因此分光过程中光谱能量存在较大的能量衰减。二向色分光通过在分光片上镀膜实现选择性透过和反射光谱能量，该方法同样属于透过式分光，目前仅在近红外区域有成熟的镀膜方法，中红外及远红外区域较难分光，且其分光波段由于镀膜条件限制，在分光波段选择时存在诸多限制。棱镜分光法包括单棱镜分光和多棱镜组合分光，采用单棱镜分光时，临近光谱能量波段偏折角相差较小，光谱能量波段分辨率较低；采用多棱镜组合分光则可以提高光谱能量波段分辨率，由于多棱镜组合分光为透过式分光，光谱能量衰减较大。闪耀光栅6作为一种反射分光元件，具有分光效率高等特点，分光时光谱能量波段不受材料限制，但闪耀光栅6分光法对准直光路的要求较高，使用简单凸透镜组合的准直光路存在一定的成像畸变，而使用复杂透镜组合的准直光路会增加光谱能量衰减量和制造成本。

为了至少部分地解决相关技术中存在的技术问题，本公开一方面提供了一种多光谱测温装置。

图1示意性示出了根据本公开实施例的多光谱测温装置框架示意图。

如图1所示，测温装置100包括：

接收模块110，用于获取被测物体1表面辐射的光谱能量，光谱能量包括光谱能量辐射信息。

多光谱能量分离模块120，用于根据光谱能量，分成预设数量个不同波长区间的待分析光谱能量，待分析光谱能量包括预设波长区间的光谱能量辐射信息。多光谱能量分离模块120包括：第一离轴抛物面反射镜5、闪耀光栅6和第二离轴抛物面反射镜7。第一离轴抛物面反射镜5，用于接收并准直光谱能量，得到准直光谱能量，并向闪耀光栅6发送准直光谱能量。闪耀光栅6，用于接收准直光谱能量，并根据准直光谱能量分成预设数量个不同波长区间的待分析光谱能量。第二离轴抛物面反射镜7，用于对预设数量个不同波长区间的待分析光谱能量进行汇聚，并将汇聚的待分析光谱能量反射至所述探测信号生成模块130。

探测信号生成模块130，用于响应于预设数量个不同波长区间的待分析光谱能量，生成探测电信号，探测电信号表征被测物体1表面的温度和被测物体1表面的发射率。

根据本公开实施例，将从被测物体1表面获取的辐射光能量分离为光谱能量，对光谱能量进行处理，可以得到被测物体1的光谱能量辐射信息，基于被测物体1的光谱能量辐射信息，可以获取被测物体1的参数信息。利用接收模块110对被测物体1辐射的光谱能量进行收集，并利用多光谱能量分离模块120对光谱能量进行分光处理，得到预设数量个不同波长区间的预设波长区间的待分析光谱能量。利用探测信号生成模块130对待分析光谱能量进行处理，得到被测物体1的光谱能量辐射信息，其中包含被测物体1表面的温度和被测物体1表面的发射率，从而实现对被测物体1的非接触测温。

根据本公开实施例，多光谱能量分离模块120中的第一离轴抛物面反射镜5和第二离轴抛物面反射镜7都属于表面反射镜，其反射表面是预设抛物面中截取的一部分形成的，利用离轴抛物面反射镜可以实现无色散的聚焦平行光束或准直汇聚光，其离轴设计可以将焦点从光路中分离出来。通过改变第一离轴抛物面反射镜5和第二离轴抛物面反射镜7的反射表面参数，可以通过第一离轴抛物面反射镜5实现对接收模块110发送的光谱能量的调整准直操作，以及通过第二离轴抛物面反射镜7实现将预设数量个不同波长区间的待分析光谱能量汇聚到探测信号生成模块130中的探测敏感面，以便探测信号生成模块130获得较小能量损失的待分析光谱能量，得到探测电信号。

根据本公开实施例，多光谱能量分离模块120中的闪耀光栅6属于相位型光栅，闪耀光栅6的刻槽面与光栅面中间的夹角为闪耀角，可以通过调节闪耀角的大小对经过刻槽面的衍射光的最大光强度的波长值进行调节，最大光强度的波长值对应光谱的光强度最大。

根据本公开实施例，可以通过调节第一离轴抛物面反射镜5的抛物面具体参数、闪耀光栅6的光栅参数和第二离轴抛物面反射镜7的抛物面具体参数，对多光谱能量分离模块120分成的待分析光谱能量的数量和不同波长区间的波长值进行调节。在实际测量中，可以基于实际需求确定需要的待分析光谱能量的数量和不同波长区间的波长值，再根据需要的待分析光谱能量的数量和不同波长区间的波长值确定第一离轴抛物面反射镜5、闪耀光栅6和第二离轴抛物面反射镜7的参数。

根据本公开实施例，通过接收模块110向多光谱能量分离模块120发送汇聚和限束后的被测物体1表面辐射的光谱能量。利用多光谱能量分离模块120中的第一离轴抛物面反射镜5对光谱能量进行准直，得到相互平行的光谱能量束；通过闪耀光栅6和第二离轴抛物面反射镜7对光谱能量进行分光和聚光处理，使分离出来的不同波段区域的待分析光谱能量汇聚到探测信号生成模块130，得到表征测物体表面的温度和发射率的探测电信号。可以通过调节第一离轴抛物面反射镜5、闪耀光栅6和第二离轴抛物面反射镜7的参数，调节待分析光谱能量的波段区域，实现高效且不受波段限制的分光操作。

根据本公开实施例，接收模块110包括：接收子模块和限束子模块。

接收子模块，用于汇聚所述光谱能量，并向限束子模块发送汇聚后的光谱能量。限束子模块，用于对汇聚后的光谱能量进行限束，并向多光谱能量分离模块发送汇聚及限束后的光谱能量。

根据本公开实施例，被测物体1在一定温度下可以自发向外界环境辐射光能量，该能量与被测物体1本身热能有关，被测物体1温度不同，其辐射出的能量就不同。实际被测物体1向外界环境辐射的光能量可以是无方向性的，对于测温装置100而言，需要通过接收模块110将被测物体1自发产生的扩散的光谱能量汇聚后传输到后续模块中进行处理。

根据本公开实施例，接收子模块可以包括：第一透镜2和第二透镜3；限束子模块可以包括光阑4。

第一透镜2，用于汇聚所述光谱能量，得到一次汇聚光谱能量并向第二透镜3发送一次汇聚光谱能量；第二透镜3，用于对一次汇聚光谱能量进行二次汇聚，得到二次汇聚光谱能量并向光阑4发送二次汇聚光谱能量；以及光阑4，用于对二次汇聚光谱能量进行限束，并向多光谱能量分离模块发送汇聚及限束后的光谱能量。

根据本公开实施例，接收子模块还可以包括第一透镜2；限束子模块还可以包括光纤13。

第一透镜2，用于汇聚光谱能量，得到一次汇聚光谱能量并向光纤13发送一次汇聚光谱能量；光纤13，用于对一次汇聚光谱能量进行限束，并向多光谱能量分离模块发送汇聚及限束后的光谱能量。

根据本公开实施例，探测信号生成模块可以包括：第一探测器8或阵列探测器9。

第一探测器8接收到的待分析光谱能量的数量低于阵列式探测器接收到的待分析光谱能量的数量。

根据本公开实施例，探测信号生成模块还可以包括：M个反射镜11和M+1个第二探测器12。

反射镜11，用于向多个预设方向反射预设数量段的待分析光谱能量；第二探测器12，用于接收对应反射镜11反射和未经反射镜反射的预设数量段的待分析光谱能量，其中M为非负整数。

根据本公开实施例，可以根据实际情况的具体需求，选择包括不同光学元件的接收模块110。在环境条件良好的情况下，可以根据实际需要选择包括第一透镜2、第二透镜3和光阑4的接收模块110对光谱能量进行接收。在实际安装接收模块110的空间位置较狭小或环境条件较恶劣或需要远距离传输光谱能量的情况下，可以根据实际需要选择包括第一透镜2和光纤13的接收模块110对光谱能量进行接收。

根据本公开实施例，可以根据实际情况的具体需求，选择包括不同接收原件的探测信号生成模块130。在分成的待分析光谱能量数量较少的情况下，可以根据实际需要选择第一探测器8接收预设数量段待分析光谱能量。在分成的待分析光谱能量数量较多的情况下，可以根据实际需要选择阵列探测器9接收预设数量段待分析光谱能量。

下面参考图2～图6，结合具体实施例对图1所示的测温装置做进一步说明。

图2示意性示出了根据本公开实施例的适用第一探测器的多光谱测温装置示意图。

如图2所示，可以根据实际需要选择包括第一透镜2、第二透镜3和光阑4的接收模块110对被测物体1产生的光谱能量进行接收。以及根据实际需要选择合适尺寸的第一探测器8。

根据本公开实施例，多光谱能量分离模块120中的第一离轴抛物面反射镜5基于汇聚和限束后的光谱能量束形成相互平行传输的光谱能量束。相互平行传输的光谱能量束经过多光谱能量分离模块120中的闪耀光栅6后，相互平行传输的光谱能量束中符合衍射条件的波段区域波长发生闪耀，得到预设数量个不同波长区间的待分析光谱能量。不同波长区间的待分析光谱能量从闪耀光栅6出射的角度不同，相同波长区间的待分析光谱能量从闪耀光栅6不同刻线处出射的角度相同。通过多光谱能量分离模块120中的第二离轴抛物面反射镜7对出射角度不同的待分析光谱能量进行汇聚，并通过第二离轴抛物面向探测信号生成模块130发送汇聚后的预设数量个不同波长区间的待分析光谱能量。

根据本公开实施例，探测信号生成模块130可以为第一探测器8，第一探测器8为小尺寸探测器，适用于测温所需预设数量较少的待分析光谱能量的情况。

根据本公开实施例，第一探测器8的敏感面接收预设数量个不同波长区间的待分析光谱能量将其转化为电信号。可以通过外部装置基于得到的电信号进行分析，获取预设波长区间的光谱辐射能量信息，进而得到被测物体1表面的温度和所述被测物体1表面的发射率。

图3示意性示出了根据本公开实施例的适用阵列探测器的多光谱测温装置示意图。

如图3所示，可以根据实际需要选择合适尺寸的阵列探测器9。

根据本公开实施例，该多光谱测温装置在接收模块110以及光谱能量产生模块120的操作与图2对应的光谱测温装置的操作类似，在此不再赘述。

根据本公开实施例，阵列探测器9可以是由像元按照线状或平面状排列的探测器元件。阵列探测器9适用于测温所需预设数量较多的待分析光谱能量的情况。阵列探测器9中较第一探测器8更为密集的敏感面接收预设数量个不同波长区间的待分析光谱能量，将待分析光谱能量转化为电信号。后续得到被测物体1表面的温度和所述被测物体1表面的发射率的操作与图2对应的光谱测温装置的操作类似，在此不再赘述。

图4示意性示出了根据本公开实施例的适用第二探测器的多光谱测温装置示意图。

如图4所示，可以根据实际需要选择合适尺寸的第二探测器12。

根据本公开实施例，该多光谱测温装置在接收模块110以及光谱能量产生模块120的操作与图2对应的光谱测温装置的操作类似，在此不再赘述。

根据本公开实施例，该测温装置还可以包括制冷模块。

制冷模块，用于使第二探测器12的温度处于预设温度区间。

根据本公开实施例，该多光谱测温装置在接收模块110以及光谱能量产生模块120的操作与图2对应的光谱测温装置的操作类似，在此不再赘述。

根据本公开实施例，由于第二探测器12需要在低温下工作，以便获得高信噪比的探测电信号，所以第二探测器12在探测时带有制冷模块其降温，使第二探测器12在工作时温度保持在预设的可以正常工作的温度区间内，以便第二探测器12可以持续正常工作。在实际使用的情况下，由于第二探测器中除了实际进行探测的元件外还增加了制冷模块，所以在接收的分析光谱能量的数量相同时，第二探测器的尺寸会大于第一探测器和阵列探测器。后续得到被测物体1表面的温度和所述被测物体1表面的发射率的操作与图2对应的光谱测温装置的操作类似，在此不再赘述。

根据本公开实施例，由于第二探测器12尺寸较大，如果仍在待分析光谱能量通过第二离轴抛物面反射镜7出射后的原光路方向设置第二探测器12接收多个待分析光谱能量，可能导致第二探测器12无法接收到预设波段光谱能量。由此，可以在待分析光谱能量通过第二离轴抛物面反射镜7出射后的原光路方向设置M个反射镜11，向多个预设方向反射待分析光谱能量，以便在预设方向上设置的M个第二探测器12接收对应的待分析光谱能量。实现预设方向上设置的M个第二探测器12和原光路方向设置的第M+1个第二探测器12都可以接收到对应待分析光谱能量。

根据本公开实施例，在实际使用中，还可以设置M为0，即在不需要多个第二探测器12进行探测时，仅在待分析光谱能量通过第二离轴抛物面反射镜7出射后的原光路方向设置1个第二探测器12接收1个待分析光谱能量。

根据本公开实施例，该测温装置还可以包括第三透镜10。

第三透镜10用于汇聚多光谱能量分离模块发送的预设数量个不同波长区间的所述待分析光谱能量，以便第一探测器8或阵列探测器9或第二探测器12以更小的敏感面尺寸接收预设数量个不同波长区间的待分析光谱能量。

图5示意性示出了根据本公开实施例的适用第一探测器的包括第三透镜的多光谱测温装置示意图。

如图5所示，通过在第二离轴抛物面反射镜7和之间加入第三透镜10，可以使经过第二离轴抛物面反射镜7出射的分离的多个接收待分析光谱能量进行二次聚焦，以获得更高的光束能量密度，并将二次聚焦的待分析光谱能量汇聚到第一探测器8或阵列探测器9的敏感面，以便后续处理生成探测电信号。

可以理解的是，图5是对第三透镜10作用的解释，并不限制第三透镜10只能在使用第一探测器8或阵列探测器9的场景下使用。

图6示意性示出了根据本公开实施例的适用光纤传输的多光谱测温装置示意图。

如图6所示，可以根据实际需要选择包括第一透镜2的接收模块110对被测物体1产生的光谱能量进行接收，以及通过光纤13向多光谱能量分离模块发送光谱能量，以便得到预设数量个不同波长区间的待分析光谱能量，以及根据实际需要选择合适的探测器处理预设数量个不同波长区间的待分析光谱能量，得到探测电信号。

根据本公开实施例，例如，在需要光路进行转折的实际使用场景中，或是被测物体1附近空间状态狭小，不便于设置测温装置100的情况下，可以选择通过光纤13向多光谱能量分离模块发送光谱能量。以及，可以通过选择光纤13的尺寸，实现对一次汇聚光谱能量进行限束的效果。

根据本发明实施例的多光谱测温装置，通过采用透镜和离轴抛物面反射镜的组合，基于简单光路实现较好准直效果，结合闪耀光栅6反射式分光和离轴抛物面反射镜二次聚光，分光效率高，将分离出的测温所需的待分析光谱能量聚焦到探测器的敏感面，将待分析光谱能量转换为电信号，实现多光谱测温。整体光路结构简单，制作成本低，且接收模块110、多光谱能量分离模块120和探测信号生成模块130中包括的光学元件参数可调，可以基于实际情况的不同需求调节参数，以便调节待分析光谱能量的数量和不同波长区间的波长值，实现测温过程中不受光谱波段需求的限制。以及，多光谱能量分离模块120中通过对光谱能量进行反射的操作相比于使用透镜组或分光片分离光谱能量的操作，损失的能量更少，以便后续探测信号生成模块130可以获得更高能量值的待分析光谱能量。

根据本发明实施例，另一方面提供了一种多光谱能量测温方法，该测温方法可以使用上述多光谱能量测温装置进行测温。

图7示意性示出了根据本公开实施例的多光谱测温方法流程示意图。

如图7所示，该测温方法包括操作S710～操作S730。

在操作S710，利用接收模块110，获取被测物体1表面辐射的光谱能量，光谱能量包括光谱能量辐射信息。

在操作S720，利用多光谱能量分离模块120，响应于光谱能量，分成预设数量个不同波长区间的待分析光谱能量，待分析光谱能量包括预设波长区间的光谱能量辐射信息。

其中多光谱能量分离模块120包括：第一离轴抛物面反射镜5、闪耀光栅6和第二离轴抛物面反射镜7。

第一离轴抛物面反射镜5，用于接收并准直所述光谱能量，得到准直光谱能量，并向闪耀光栅6发送所述准直光谱能量。

闪耀光栅6，用于接收所准直光谱能量，并根据准直光谱能量分成预设数量段的所述待分析光谱能量。

第二离轴抛物面反射镜7，用于对预设数量段的待分析光谱能量进行汇聚，并将汇聚的待分析光谱能量反射至探测信号生成模块。

在操作S730，利用探测信号生成模块130，响应于预设数量个不同波长区间的待分析光谱能量，得到探测电信号，探测电信号表征测物体表面的温度和发射率。

根据本发明实施例，接收模块110包括：接收子模块和限束子模块。

根据本发明实施例，利用接收模块110，获取被测物体1表面辐射的光谱能量包括：

利用接收子模块，汇聚光谱能量光谱能量，并向限束子模块发送汇聚后的光谱能量光谱能量。

利用限束子模块，对汇聚后的光谱能量光谱能量进行限束，并向多光谱能量分离模块发送汇聚及限束后的光谱能量光谱能量。

根据本发明实施例，该测温方法可以通过接收模块向多光谱能量分离模块120发送汇聚和限束后的被测物体1表面辐射的光谱能量；利用多光谱能量分离模块120中的第一离轴抛物面反射镜5对光谱能量进行准直，得到相互平行的光谱能量束；通过闪耀光栅6和第二离轴抛物面反射镜7对光谱能量进行分光和聚光处理，使分离出来的不同波段区域的待分析光谱能量汇聚到探测信号生成模块，进而得到表征测物体表面的温度和发射率的探测电信号。可以通过调节第一离轴抛物面反射镜5、闪耀光栅6和第二离轴抛物面反射镜7的参数，调节待分析光谱能量的波段区域，以便基于简单的光路结构实现高效且不受波段限制的分光操作，得到被测物体1表面温度信息。

附图中的流程图和框图，示意性示出了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明本公开的目的、技术方案和有益效果，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，在本公开的精神和原则之内，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多光谱测温装置，包括：

接收模块，用于获取被测物体表面辐射的光谱能量，所述光谱能量包括光谱辐射能量信息；

多光谱能量分离模块，用于根据所述光谱能量，分成预设数量个不同波长区间的待分析光谱能量，所述待分析光谱能量包括预设波长区间的光谱辐射能量信息；

所述多光谱能量分离模块包括：第一离轴抛物面反射镜、闪耀光栅和第二离轴抛物面反射镜；

所述第一离轴抛物面反射镜，用于接收并准直所述光谱能量，得到准直光谱能量，并向所述闪耀光栅发送所述准直光谱能量；

所述闪耀光栅，用于接收所述准直光谱能量，并根据所述准直光谱能量分成预设数量个不同波长区间的所述待分析光谱能量；

所述第二离轴抛物面反射镜，用于对预设数量个不同波长区间的所述待分析光谱能量进行汇聚，并将汇聚的待分析光谱能量反射至所述探测信号生成模块；以及

探测信号生成模块，用于响应于预设数量个不同波长区间的所述待分析光谱能量，生成探测电信号，所述探测电信号表征所述被测物体表面的温度和所述被测物体表面的发射率。

2.如权利要求1所述的测温装置，其中，所述接收模块包括：接收子模块和限束子模块；

所述接收子模块，用于汇聚所述光谱能量，并向所述限束子模块发送汇聚后的光谱能量；以及

所述限束子模块，用于对所述汇聚后的光谱能量进行限束，并向所述多光谱能量分离模块发送汇聚及限束后的光谱能量。

3.如权利要求2所述的测温装置，其中，所述接收子模块包括：第一透镜和第二透镜；所述限束子模块包括光阑；

所述第一透镜，用于汇聚所述光谱能量，得到一次汇聚光谱能量并向所述第二透镜发送所述一次汇聚光谱能量；

所述第二透镜，用于对所述一次汇聚光谱能量进行二次汇聚，得到二次汇聚光谱能量并向所述光阑发送所述二次汇聚光谱能量；以及

所述光阑，用于对所述二次汇聚光谱能量进行限束，并向所述多光谱分离模块发送汇聚及限束后的光谱能量。

4.如权利要求2所述的测温装置，其中，所述接收子模块包括第一透镜；所述限束子模块包括光纤；

所述第一透镜，用于汇聚所述光谱能量，得到一次汇聚光谱能量并向所述光纤发送所述一次汇聚光谱能量；以及

所述光纤，用于对所述一次汇聚光谱能量进行限束，并向所述多光谱能量分离模块发送汇聚及限束后的光谱能量。

5.如权利要求1所述的测温装置，其中，所述探测信号生成模块包括：第一探测器或阵列探测器；

所述第一探测器接收到的所述待分析光谱能量的数量低于所述阵列式探测器接收到的所述待分析光谱能量的数量。

6.如权利要求5所述的测温装置，其中，所述探测信号生成模块还包括：M个反射镜和M+1个第二探测器；

所述反射镜，用于向多个预设方向反射预设数量个不同波长区间的所述待分析光谱能量；以及

所述第二探测器，用于接收对应所述反射镜反射和未经所述反射镜反射的预设数量个不同波长区间的所述待分析光谱能量，M为非负整数。

7.如权利要求6所述的测温装置，还包括第三透镜；

所述第三透镜用于汇聚所述多光谱能量分离模块发送的预设数量个不同波长区间的所述待分析光谱能量，以便所述第一探测器或阵列探测器或第二探测器接收预设数量个不同波长区间的所述待分析光谱能量。

8.如权利要求6所述的温度传感装置，还包括制冷模块；

所述制冷模块，用于使所述第二探测器的温度处于预设温度区间。

9.一种应用于如权利要求1-8之一所述装置的多光谱测温方法，包括：

利用接收模块，获取被测物体表面辐射的光谱能量，所述光谱能量包括辐射光谱能量信息；

利用多光谱能量分离模块，响应于所述光谱能量，生成预设数量个不同波长区间的待分析光谱能量，所述待分析光谱能量包括预设波长区间的光谱辐射光谱能量信息；其中

所述多光谱能量分离模块包括：第一离轴抛物面反射镜、闪耀光栅和第二离轴抛物面反射镜；

所述第一离轴抛物面反射镜，用于接收并准直所述光谱能量，得到准直光谱能量，并向所述闪耀光栅发送所述准直光谱能量；

所述闪耀光栅，用于接收所述准直光谱能量，并根据所述准直光谱能量分成预设数量个不同波长区间的所述待分析光谱能量；

所述第二离轴抛物面反射镜，用于对预设数量个不同波长区间的所述待分析光谱能量进行汇聚，并将汇聚的待分析光谱能量反射至所述探测信号生成模块；以及

利用探测信号生成模块，响应于预设数量个不同波长区间的所述待分析光谱能量，得到探测电信号，所述探测电信号表征所述测物体表面的温度和发射率。

10.如权利要求9所述的测温方法，所述利用接收模块，获取被测物体表面辐射的光谱能量包括：

所述接收模块包括：接收子模块和限束子模块；

利用所述接收子模块，汇聚所述光谱能量，并向所述限束子模块发送汇聚后的光谱能量；以及

利用所述限束子模块，对所述汇聚后的光谱能量进行限束，并向所述多光谱能量分离模块发送汇聚及限束后的光谱能量。

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