CN202814557U - 一种实时测量非透明物体温度和光谱发射率的装置 - Google Patents

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Abstract

一种实时测量非透明物体温度和光谱发射率的装置，本实用新型的技术方案要点是，一种实时测量非透明物体温度和光谱发射率的装置，它包括壳体，探测器，放大器，A/D转换器，微处理器，在壳体端部设有聚光透镜，壳体内设有电机，电机的转动轴与调制盘连接，调制盘上对称位置设有两个过孔，其中一个过孔内安装有半反半透镜，过孔位置与聚光透镜对应，与调制盘上过孔对应的位置固定安装有滤波片，滤波片的后部安装有探测器，探测器与放大器电连接，放大器与A/D转换器电连接，A/D转换器与微处理器电连接，微处理器的输出端与显示屏电连接。本实用新型结构合理，成本较低，操作较为简便，测量效果较好，可以测量的温度范围较大。

Description

一种实时测量非透明物体温度和光谱发射率的装置
技术领域：
    本实用新型涉及非透明物体温度和光谱发射率的测量，特别是一种实时测量非透明物体温度和光谱发射率的装置。
背景技术：
温度是表征物体冷热程度的物理量，准确的温度测量对于工农业生产、科学研究等都有着极其重要的作用。
常用的测温方法有两类：一类是接触式测温，即通过与物体接触，达到热平衡后获得物体的真实温度。如常用的热电偶，温度计等。接触式测温准确度高，但是由于需要与被测物体接触，响应速度慢，测温上限受到限制。另外一类测温方法是辐射测温技术，此类测温方法主要基于黑体辐射定律，由于辐射测温计无需与被测物体接触、响应速度快、测温上限高等优点，已被广泛应用于钢铁冶炼、热处理等工业生产中。
目前常用的辐射测温计大致可以分为三种：一是最常用的单波长辐射测温仪，该类测温计通常需要手动输入发射率值来修正测量结果。由于物体的光谱发射率随着温度是变化的，因此单波长辐射测量仪的测量精度受发射率的影响较大，严重影响了其测量精度。二是双波长辐射测温仪，此类测温仪通过同时测量两个相近波长点的辐射能量，近似认为两波长点的发射率相等，从而“消除”发射率的影响。该方法对于发射率随波长变化不大的物体测量精度较高。但是对于光谱发射率随波长变化较大的材料，由于其发射率与波长、温度等的关系非常复杂，两个波长点处的发射率随温度变化情况不相同，而且环境辐射等因素对两个波长点的影响也不尽相同。因此该方法对于减少原理性测温误差的作用十分有限。三是多波长辐射测温仪，多波长测温技术是建立在准确的光谱发射率模型之上的，而发射率模型与物体表面粗糙度、波长、温度等许多因素密切相关，很难找到一个普适的光谱发射率模型。目前公认的发射率模型有限，尚无法满足多波长辐射测温技术的需求，现阶段多光谱辐射测温技术仍处在实验室研究过程中，很少有商用的仪器出售。
为了减小发射率的影响，国内外学者作了大量的努力，先后提出了不同方法的辐射测温技术。激光测温技术是一种不依赖于待测样品表面发射率的辐射测温技术，其基本原理是：通过测量激光器在待测样品表面的反射能量，首先得到样品表面的反射率，同时得到样品表面的发射率，然后通过测得的样品表面的辐射能得到准确的温度值。该方法测量精度高，能够实时测得样品表面的发射率和温度。后来有人受激光测温技术的启发，利用一反射镜代替激光器，同样实现了发射率和温度的实时测量。但是该类仪器由于对样品表面状况有特殊要求，且探测器和激光器（反射镜）需要对称放置精确对准，实际操作非常麻烦，很难推广应用。
发明内容：
本实用新型的目的是设计一种针对非透明物体的温度和光谱发射率能够进行快速测量的、结构简单的实时测量非透明物体温度和光谱发射率的装置。
本实用新型的技术方案是，一种实时测量非透明物体温度和光谱发射率的装置，它包括壳体，探测器，放大器，A/D转换器，微处理器，其特征在于：在壳体端部设有聚光透镜，壳体内设有电机，电机的转动轴与调制盘连接，调制盘上对称位置设有两个过孔，其中一个过孔内安装有半反半透镜，过孔位置与聚光透镜对应，与调制盘上过孔对应的位置固定安装有滤波片，滤波片的后部安装有探测器，探测器与放大器电连接，放大器与A/D转换器电连接，A/D转换器与微处理器电连接，微处理器的输出端与显示屏电连接。在所述的微处理器输出端设有USB接口。
本实用新型结构合理，成本较低，操作较为简便，测量效果较好，可以测量的温度范围较大。
附图说明：
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式：
结合附图详细描述实施例，一种实时测量非透明物体温度和光谱发射率的装置，它包括壳体3，探测器9，放大器8，A/D转换器7，微处理器6，在壳体端部设有聚光透镜12，壳体内设有电机13，电机的转动轴与调制盘1连接，调制盘上对称位置设有两个过孔2，其中一个过孔内安装有半反半透镜11，过孔位置与聚光透镜对应，与调制盘上过孔对应的位置固定安装有滤波片10，滤波片的后部安装有探测器，探测器与放大器电连接，放大器与A/D转换器电连接，A/D转换器与微处理器电连接，微处理器的输出端与显示屏4电连接，可以将测得的数据及时在显示屏上进行显示；本实施例在所述的微处理器输出端设有USB接口5，便于数据的输出。
本实用新型的微处理器内设置有计算程序，依据的原理是，该辐射测温技术基于基尔霍夫定律，其测量原理如下：启动电源后，电机带动调制盘做周期性运动，当调制盘上的半反半透镜正对探测器时，此时探测器接收到的信号可用公式（1）来表示
Figure 635577DEST_PATH_IMAGE001
  ( 1)
式中
Figure 211658DEST_PATH_IMAGE002
为仪器的响应函数，为待测物体表面的光谱发射率，
Figure 555232DEST_PATH_IMAGE004
为待测物体表面的反射率，
Figure 728724DEST_PATH_IMAGE005
为当温度为T时的黑体辐射，可用普朗克公式精确求解。
当调制盘上的另一孔正对探测器时，此时探测器接收的辐射信号可用公式（2）来表示。
Figure 739406DEST_PATH_IMAGE006
  (2)
式（1）和（2）相比，可得到式（3）
Figure 894313DEST_PATH_IMAGE007
   (3)
 利用公式（3）可以求出样品表面的反射率。根据基尔霍夫定律，对于不透明物体，发射率和反射率之间有如下关系：
Figure 990444DEST_PATH_IMAGE008
   (4)
 公式（4）代人公式（3）即可求出样品表面的发射率值。然后再用普朗克公式（5）和公式（2），即可求出样品表面的真实温度。
Figure 639732DEST_PATH_IMAGE009
   (5)
Figure 504919DEST_PATH_IMAGE010
  (6)
 式中c1为第一辐射常数，c2为第二辐射常数。
本实用新型可以快速、准确的得出被测的非透明物体的温度和光谱发射率，使用较为方便，效果较好，便于推广使用，本实用新型操作简单，测量时，只需把仪器正对待测物体表面即可，同时本实用新型可以选用不同的滤波片和探测器，能够灵活的扩大测温范围。 

Claims (2)

1.一种实时测量非透明物体温度和光谱发射率的装置，它包括壳体，探测器，放大器，A/D转换器，微处理器，其特征在于：在壳体端部设有聚光透镜，壳体内设有电机，电机的转动轴与调制盘连接，调制盘上对称位置设有两个过孔，其中一个过孔内安装有半反半透镜，过孔位置与聚光透镜对应，与调制盘上过孔对应的位置固定安装有滤波片，滤波片的后部安装有探测器，探测器与放大器电连接，放大器与A/D转换器电连接，A/D转换器与微处理器电连接，微处理器的输出端与显示屏电连接。
2.如权利要求1所述的一种实时测量非透明物体温度和光谱发射率的装置，其特征在于：在所述的微处理器输出端设有USB接口。
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