CN202471261U - Ccd测温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种CCD测温装置，包括入光端指向检测被测视场的由保护筒围护的高温镜头，高温镜头的出光端设置有分光镜，分光镜分出两路光线分别输出至比色探头和近红外CCD摄像机，所述的比色探头和近红外CCD摄像机测得的信号传输至处理器，处理器处理得整个视场内的温度。因为在该装置中使用的比色探头是红外测温探头，比色探头测温使用的是比色测温方法，可消除所有环境因素对温度测量的影响，测量范围大。

Description

CCD测温装置

 技术领域

本实用新型涉及测量装置，具体讲就是温度测量装置。

背景技术

温度测量在工农业生产及日常生活中极为常见，一般环境下采用温度计，特殊环境下的温度测量则需要依赖特殊的设备或装置，例如，高温环境的加热炉、冶炼炉中的温度测量多借助CCD测温装置。 

现有技术中既有用一只CCD的温度测量系统，也有用两只CCD，所用的基本原理都是基于黑体辐射基础上的。 

对于一只近红外CCD的温度测量系统来讲，一般是在CCD上加装红外滤光片，得到近红外的黑白图像。因为CCD的光谱响应在0.4～1.1微米之间，0.4～0.76微米为可见光段，近红外图像只是目标0.8～1.1微米的黑白图像。根据黑体辐射原理，目标的温度与图像中像素的亮度成正比。在实验室内利用高温黑体对系统进行温度与亮度的校准，这样在实际使用中就可以根据实测的目标亮度换算成温度。 

一只近红外CCD的温度测量系统的缺点是精度无法保证。因为测温是建立在黑体辐射的基础上，而现实中所测目标都不是理想的黑体。在实验室中是按照黑体来校准温度的，但实测目标并非黑体，这样就不可避免地带来了偏差，这个偏差无法校正。另外环境的变化对测量结果影响很大，因为此种方法仅仅是根据图像亮度来确定目标的温度，如果测温环境中有烟雾、水蒸汽存在，将影响图像的亮度，而且观察点与目标之间介质的光吸收系数、被测目标的黑度都对得到的图像亮度产生影响。这个缺陷在此类测量中是不可克服的。温度测量范围有限，由于是通过CCD的亮度来确定温度，这样CCD相机的自动光圈功能必须关闭，否则无法得到统一标准的亮度值，可一旦关闭CCD相机的自动光圈功能，CCD的动态范围有限，这样极大的限制了温度的测量范围。 

另一种是两只近红外的CCD测温，此类测温是用了两只近红外的CCD，各自加上了不同红外波段的滤光片，如一个滤光片的透过波段选为0.85微米，另一个选在0.95微米。在测量时可以得到两个不同红外波段的图像，通过比较两幅图像的亮度以及高温黑体的温度校准，可以得到被测目标的温度。名称为“基于彩色和近红外双CCD的图像测温探头”（文献号CN2697613Y），其技术方案中的两台CCD摄像机组成高温图像探头5，两台CCD摄像机中的一台为高温彩色CCD摄像机3、另一台为高温近红外CCD摄像机4，由高温图像探头5获取的两路视频图像信号（彩色及近红外图像信号）在微电脑图像和数据处理装置8中经采集后进行色度分析、非线性校正等算法处理，获取目标全面的温度信息。 

该方案的优点是解决了上述一只CCD测温系统的环境影响因素，通过比色的方式，可以基本消除由于环境中烟雾、水蒸汽及介质的光吸收系统、被测目标的黑度对图像亮度的改变而影响测温的精度。 

该方案的缺点是结构比一只CCD测温系统复杂，成本略高。精度无法保证，仍然无法消除由于被测目标不是黑体而带来的影响，因为温度是在实验室用黑体标定的，如若被测目标不是理想黑体，在实际使用时仍然会对测量的温度带来偏差。温度测量范围有限，尽管可以通过比色的方法来得到两只CCD的相对亮度，但是无法将两只CCD的自动光圈同步，在使用中仍然必须关闭自动光圈功能。 

发明内容                                                

本实用新型的目的是提供一种测温装置，旨在快速准确地测量待测量温度场中各点的温度。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种CCD测温装置，包括入光端指向检测被测视场的由保护筒围护的高温镜头，其特征在于：高温镜头的出光端设置有分光镜，分光镜分出两路光线分别输出至比色探头和近红外CCD摄像机，所述的比色探头和近红外CCD摄像机测得的信号传输至处理器，处理器处理得整个视场内的温度。 

因为在该装置中使用的比色探头是红外测温探头，比色探头测温使用的是比色测温方法，可消除所有环境因素对温度测量的影响。测量范围大，在装置中由于是用专用的比色探头来得到参考点的温度，其它区域的温度通过近红外CCD摄像机测得的相对亮度得到温度，这样近红外CCD摄像机自动光圈功能无需关闭，只要在比色探头的温度测量范围内，通过自动光圈的调节，都可以得到被测区域内的温度。而比色探头的测温范围是比较大的，如Raytek的近红外比色测温探头，测温范围可从600℃～3000℃，比色探头还具有高精度(满量程的±0.75%)，高重复性(满量程的±0.3%)，高温度分辨率(1℃)。 

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

结合图1，CCD测温装置包括入光端指向检测被测视场的由保护筒围护的高温镜头10，高温镜头10的出光端设置有分光镜20，分光镜20分出两路光线分别输出至比色探头30和近红外CCD摄像机40，所述的比色探头30和近红外CCD摄像机40测得的信号传输至处理器，处理器处理得整个视场内的温度。 

近红外CCD摄像机40采集获得被测视场内近红外的黑白图像，比色探头30测量被测视场中参考点的温度，通过该参考点测得的温度以及该参考点亮度与图像上其它点亮度的相对比较得到整个被测视场内各点的温度。 

分光镜20为半透半反镜，射入该分光镜20的光线一路经透射至比色探头30，另一路经反射镜50反射至近红外CCD摄像机40。选用半透半反镜对光线进行分光，既能满足分光的作用又有利于节约空间、简化结构。 

所述的比色探头30的旁侧设置高温彩色CCD摄像机70，所述的比色探头30的进口端设置半透半反镜60，射入半透半反镜60的光线一路经透射至比色探头30，另一路经反射至高温彩色CCD摄像机70。 

所述的高温彩色CCD摄像机70的进光端设置反光镜80，反光镜80接收射入半透半反镜60的反射光为入射光，并将反射光指向高温彩色CCD摄像机70。所述的高温彩色CD摄像机70采集到的信号可以直接显示器予以显示，便于对视场环境的观察。 

本实用新型提供的测温装置最大优点在于对视场内的温度是直接测量的。比色探头30可以实时得到温度场中某一点的温度，再通过该点的温度和近红外图像中的相对亮度就可以得到整个视场内的温度。而其它方法都是通过在实验室内的黑体校准来得到某一点的温度，再通过该点的温度和近红外图像的相对亮度来得到整个视场内的温度。由于在实验室是用黑体来校准温度，与现场的使用环境差别很大，这样就不可避免地带来了温度测量的误差，而使用比色探头可以直接得到被测目标点的温度，从而有效地避免了由于现场环境与理想黑体之间的差异带来的温度测量的误差。 

另一个优点是温度是实时测量值，通过近红外图像上的相对亮度来得到整个视场内的温度场，这样近红外CCD摄像机的光圈是可以自动调节的，以得到最佳的亮度值，这不会影响温度测量的结果，扩大了整套系统测量温度的动态范围。而单个CCD系统的光圈是不能自动调节的，如果光圈变了，那么想对的亮度值就变了，这就需要重新用黑体标定才行。对不同波段双CCD系统来说，两个CCD的光圈调节是不一样的，如果光圈可以自动调节，那么两个CCD的相对亮度将发生变化，这也需要重新用黑体标定才行。所以无论对单CCD和双CCD系统来说，自动光圈功能都是必需关闭的，这将极大地限制了系统的温度测量范围。 

Claims (4)

1.一种CCD测温装置，包括入光端指向检测被测视场的由保护筒围护的高温镜头（10），其特征在于：高温镜头（10）的出光端设置有分光镜（20），分光镜（20）分出两路光线分别输出至比色探头（30）和近红外CCD摄像机（40），所述的比色探头（30）和近红外CCD摄像机（40）测得的信号传输至处理器，处理器处理得整个视场内的温度。

2.根据权利要求1所述的CCD测温装置，其特征在于：分光镜（20）为半透半反镜，射入该分光镜（20）的光线一路经透射至比色探头（30），另一路经反射至近红外CCD摄像机（40）。

3.根据权利要求1所述的CCD测温装置，其特征在于：所述的比色探头（30）的旁侧设置高温彩色CCD摄像机（70），所述的比色探头（30）的进口端设置半透半反镜（60），射入半透半反镜（60）的光线一路经透射至比色探头（30），另一路经反射至高温彩色CCD摄像机（70）。

4.根据权利要求3所述的CCD测温装置，其特征在于：所述的高温彩色CCD摄像机（70）的进光端设置反光镜（80），反光镜（80）接收射入半透半反镜（60）的反射光为入射光，并将反射光指向高温彩色CCD摄像机（70）。

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