基于光輻射的測(cè)溫設(shè)備及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出了一種基于光輻射的測(cè)溫設(shè)備及系統(tǒng)。該設(shè)備包括：光輻射等分裝置，配置為接收待測(cè)對(duì)象的光輻射，將其等分為第一和第二光輻射，并其分別沿第一和第二路徑射出；分別布置在第一和第二路徑上的第一和第二濾光元件，配置為分別接收第一和第二光輻射，并將其過濾為波長(zhǎng)為第一和第二波長(zhǎng)的光；分別布置在第一和第二路徑上的第一和第二探測(cè)裝置，配置為分別接收波長(zhǎng)為第一和第二波長(zhǎng)的光并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的第一和第二光電信號(hào)參量；溫度確定裝置，配置為接收第一和第二光電信號(hào)參量，并根據(jù)第一和第二光電信號(hào)參量與溫度的預(yù)定關(guān)系確定出待測(cè)對(duì)象的溫度。本實(shí)用新型大幅度提高了測(cè)溫的精度、使用方便，適用范圍廣。
【專利說(shuō)明】
基于光輻射的測(cè)溫設(shè)備及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及測(cè)溫領(lǐng)域，特別涉及一種基于光輻射的測(cè)溫設(shè)備及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在航空航天、冶金及汽車制造業(yè)等領(lǐng)域，常常需要對(duì)待測(cè)對(duì)象以及各種在線工件 進(jìn)行快速、實(shí)時(shí)監(jiān)控，以最大限度地減少事故隱患、提高產(chǎn)品的安全性能及其質(zhì)量。沿用傳 統(tǒng)的接觸式測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)量，雖然精度高，但必須使探測(cè)器接觸待測(cè)對(duì)象?？墒窃谀承┨厥?的場(chǎng)合下（如對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室及高溫爐中的火焰進(jìn)行測(cè)溫時(shí))無(wú)法使用接觸式測(cè)溫儀，由此 產(chǎn)生了非接觸式測(cè)溫方法。紅外測(cè)溫方法就屬于一種非接觸式測(cè)溫方法，該方法通過檢測(cè) 物體表面發(fā)射的能量來(lái)測(cè)量溫度，具有測(cè)溫范圍廣、響應(yīng)速度快和不明顯破壞測(cè)溫度場(chǎng)等 特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)各個(gè)方面。
[0003] 紅外測(cè)溫方法主要基于黑體輻射理論，而黑體是個(gè)理想化的物理模型，而自然界 中實(shí)際存在的物體(測(cè)溫對(duì)象），其吸收能力及輻射能力都比黑體小，稱為灰體。根據(jù)普朗克 輻射定律，一個(gè)絕對(duì)溫度為T的黑體，單位表面積在波長(zhǎng)&、\ 2(&的附近單位波長(zhǎng))的間隔內(nèi) 向整個(gè)半球空間發(fā)射的輻射功率(簡(jiǎn)稱光譜輻射度)為Ε〇(λ，Τ)，而灰體的光譜輻射能量的 計(jì)算公式為:E(λ，T) = ε(λ，T)E()(λ，T)，其中ε(λ，T)為該灰體的輻射率。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中紅外測(cè)溫主要經(jīng)歷了三個(gè)階段的發(fā)展。
[0005] 第一階段:傳統(tǒng)的紅外測(cè)溫設(shè)備，一律按黑體的熱輻射定律來(lái)設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)方式假 設(shè)紅外測(cè)溫儀實(shí)際接收到的熱輻射是與被測(cè)物的光譜輻射能量Ε(λ，Τ)是成比例，故在使用 紅外測(cè)溫儀時(shí)，必須求出待測(cè)對(duì)象的輻射率ε(λ，Τ)數(shù)值，即進(jìn)行輻射率修正。遺憾的是，該 輻射率 ε(λ，Τ)與待測(cè)對(duì)象的材料、表面狀態(tài)、波長(zhǎng)，溫度以及輻射條件、環(huán)境因素等均有復(fù) 雜的關(guān)系，因而很難準(zhǔn)確確定測(cè)定ε(λ，Τ)，同時(shí)由于在某些情況下待測(cè)對(duì)象的輻射率隨溫 度變化太大，因而傳統(tǒng)紅外測(cè)溫儀還存在著較大的誤差。
[0006] 第二階段:科學(xué)家們?yōu)榻鉀Q傳統(tǒng)的紅外測(cè)溫設(shè)備存在的問題，研究出了基于單波 長(zhǎng)窄帶濾波紅外測(cè)溫技術(shù)?？墒怯捎诖嬖谥T如水蒸氣等的周圍環(huán)境對(duì)紅外線的吸收，在很 大幅度上影響了單波長(zhǎng)紅外測(cè)溫的準(zhǔn)確性。
[0007] 第三階段:利用雙波長(zhǎng)濾波紅外測(cè)溫技術(shù)來(lái)進(jìn)行紅外測(cè)溫。雙波長(zhǎng)濾波紅外測(cè)溫 技術(shù)的原理為:利用黑體輻射曲線中相鄰兩個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的能量等比吸收的原理，在保證紅 外測(cè)溫高精度測(cè)量的基礎(chǔ)上，克服了環(huán)境對(duì)物體發(fā)射紅外線吸收造成的測(cè)量誤差。根據(jù)普 朗克輻射定律，一個(gè)絕對(duì)溫度為Τ的黑體，單位表面積&、\ 2(&的附近單位波長(zhǎng))的間隔內(nèi)向 整個(gè)半球空間發(fā)射的輻射功率(簡(jiǎn)稱光譜輻射度)Ε〇 (λ，Τ )，滿足下式的變化關(guān)系：
[0008]
[0009] 其中，c為真空光速c = 2 · 99792458 X 108m/s;
[0010] h為普朗克常數(shù)，h = 6.62607004X10-34J · s;
[0011] k 為玻爾茲曼常數(shù)，k = 1 · 3806488 X 10-23J/K;
[0012] &為第一輻射常數(shù)，(：1 = 2地(32 = 3.741771790075259\10-16￥·!!!2;
[0013] C2為第二輻射常數(shù)，C2 = hc/k=1.4387770620391X 10-2m · K。
[0014] 而灰體的光譜輻射能量公式
[0016] 其中，Εο(λ，Τ)為黑體發(fā)射的光譜輻射通量密度，λ為光譜輻射時(shí)的波長(zhǎng)，Τ為黑體 的絕對(duì)溫度，單位為Κ，ε (λ，Τ)為待測(cè)對(duì)象溫度為Τ，輻射波長(zhǎng)為λ時(shí)的輻射率，〇< ε (λ，Τ) < 1〇
[0017] 在經(jīng)典近似情況下，，在紅外測(cè)溫儀的測(cè)溫范圍內(nèi)滿足此條件，則Ε〇(λ， Τ)可近似簡(jiǎn)化為Wien公式：:。
[0018] 若波長(zhǎng)為定值，則上式只與溫度有關(guān)，可改寫為：
[0019] Eo(T)=Aoexp(Bo/T)，
[0020] 其中，Ao = CW5, Bo = -c2/x，且仍然只適用于黑體。若將Ao和Bo視為可變參量A和B， 則可推廣到灰體的情況，則灰體的光譜輻射能量為：
[0021] E(T)=Aexp(B/T)
[0022] 不同于公式五-?)-1的是，前者只需簡(jiǎn)單改變A和B參量 的值就可實(shí)現(xiàn)從黑體到灰體的修正，而無(wú)需確定復(fù)雜的輻射率函數(shù)ε(λ，Τ)。
[0023] 利用相鄰兩波長(zhǎng)等比吸收的原理。取2個(gè)波長(zhǎng)的吸收能量比作為溫度的函數(shù)，即可 避免由于水蒸氣等環(huán)境對(duì)紅外線吸收的因素而造成的測(cè)量誤差。
[0024] 現(xiàn)在分別取λ#Ρλ2,則有：
[0025] Ει(Τ)=Αι(λ1)θχρ(Βι(λ1)/Τ),
[0026] Ε2(Τ) =Α2(λ2)θχρ(Β2(λ2)/Τ)。
[0027] 上述兩式作比值得：
[0029]
。因此，只要利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合確定Υ和V兩 個(gè)參數(shù)，即可獲得被測(cè)物體的溫度Τ與該比值X之間的關(guān)系。即，根據(jù)上述擬合系數(shù)Υ和V， 可以得到此種環(huán)境下的該輻射體的溫度。
[0030] 圖1(a)示出了現(xiàn)有技術(shù)中一種雙波長(zhǎng)濾波紅外測(cè)溫設(shè)備的示意圖。圖1(b)示出了 圖1(a)中調(diào)制盤的結(jié)構(gòu)示意圖。參考圖1(a)和圖1(b)，該雙波長(zhǎng)濾波紅外測(cè)溫設(shè)備的工作 方法是：
[0031] 待測(cè)對(duì)象發(fā)出的一束光輻射沿水平方向通過透鏡9射向反射鏡8,由反射鏡8將光 福射反射至分光鏡1(或二向色鏡）。分光鏡1將這束光福射進(jìn)行反射和透射，形成水平方向 上的反射的第一光輻射和垂直方向上的透射的第二光輻射。水平方向上的第一光輻射經(jīng)過 窄帶濾光片7濾為波長(zhǎng)為第一波長(zhǎng)的光(例如波長(zhǎng)為λ:的光）。波長(zhǎng)為\:的光通過反射鏡6反 射為垂直方向后并射向帶有電機(jī)的調(diào)制盤5。垂直方向上的第二光輻射經(jīng)過反射鏡2反射后 形成水平方向上的第二光輻射，經(jīng)過窄帶濾光片3濾為波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光(例如波長(zhǎng)為λ2 的光）。波長(zhǎng)為λ2的光射向帶有電機(jī)的調(diào)制盤5。電機(jī)帶動(dòng)調(diào)制盤進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，波長(zhǎng)為12的光可 以通過調(diào)制盤5上的通孔(參見圖1(b))射向光敏傳感器4,波長(zhǎng)為h的光可以通過調(diào)制盤5 上的鏡面反射后射向光敏傳感器4。光敏傳感器4獲取波長(zhǎng)為λ#Ρλ2的光的能量，再經(jīng)過放大 電路、計(jì)算電路進(jìn)行數(shù)據(jù)處理生成待測(cè)對(duì)象的溫度，該溫度在顯示的設(shè)備上進(jìn)行顯示。
[0032] 本申請(qǐng)的發(fā)明人做了大量的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)利用該雙波長(zhǎng)濾波紅外測(cè)溫設(shè)備測(cè)得的溫 度的精度盡管相對(duì)于單波長(zhǎng)紅外測(cè)溫設(shè)備有了明顯的提高，但仍然存在一定的誤差。本發(fā) 明人還發(fā)現(xiàn):一方面，雙波長(zhǎng)光輻射測(cè)溫的精度與光輻射分成的雙波的平均度成正比。即： 當(dāng)入射的光輻射分成的兩束光束的光子數(shù)或者能量越平均，其測(cè)溫的精度越高。另一方面， 該雙波長(zhǎng)濾波紅外測(cè)溫設(shè)備測(cè)得的溫度的精度還受能量損失制約，如果光輻射在測(cè)量過程 中能量損失越大，測(cè)得的溫度的精度越低。本發(fā)明人根據(jù)上述發(fā)現(xiàn)的理論，再對(duì)照現(xiàn)有技術(shù) 中雙波長(zhǎng)濾波紅外測(cè)溫設(shè)備發(fā)現(xiàn)：
[0033] 分光鏡(或者二向色鏡）的反射或透射效率都不高，存在較大的能量損失，所以造 成后期測(cè)溫精度下降；
[0034]分光鏡透射和反射的第一光輻射和第二光輻射的光子數(shù)或者能量分配比例的區(qū) 間大約為[50%Τ20%:50%± 20%~50%:Π?%:5?)% ± ]0%]，該比例離理想中的1:1的絕對(duì)等 分的差距很大，所以造成后期測(cè)溫精度下降。此外，雙波長(zhǎng)濾波紅外測(cè)溫設(shè)備中的二向色鏡 依賴在光學(xué)平片的正反面鍍上不同的膜以實(shí)現(xiàn)濾光，如果需要選擇其它的波長(zhǎng)，則需要更 換整塊二向色鏡。所以雙波長(zhǎng)濾波紅外測(cè)溫設(shè)備測(cè)得的溫度的精度不高，且使用不太方便， 其適應(yīng)性不廣。
[0035] 另外，傳統(tǒng)的雙波長(zhǎng)測(cè)溫設(shè)備均在像平面設(shè)置光電探測(cè)元件，其靈敏度受限于所 采用的光電探測(cè)元件的探測(cè)靈敏度，在弱信號(hào)探測(cè)情況下，將受到散粒噪聲的嚴(yán)重影響，精 度較差，應(yīng)用環(huán)境受限。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0036] 本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的測(cè)溫精度低、測(cè)溫應(yīng)用場(chǎng)合窄、結(jié)構(gòu)復(fù) 雜等缺陷。
[0037] 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種基于光輻射的測(cè)溫設(shè)備。該設(shè)備包括： [0038]光輻射等分裝置，配置為接收待測(cè)對(duì)象的光輻射，將接收到的光輻射等分為第一 光輻射和第二光輻射，并使所述第一光輻射沿第一路徑射出、所述第二光輻射沿不同于第 一路徑的第二路徑射出；
[0039] 布置在所述第一路徑上的第一濾光元件，配置為接收所述第一光輻射，并將接收 到的第一光福射過濾為波長(zhǎng)為第一波長(zhǎng)的光；
[0040] 布置在所述第二路徑上的第二濾光元件，配置為接收所述第二光輻射，并將接收 到的第二光輻射過濾為波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光；
[0041] 布置在第一路徑上的第一探測(cè)裝置，配置為接收波長(zhǎng)為第一波長(zhǎng)的光并將其轉(zhuǎn)換 為相應(yīng)的第一光電信號(hào)參量；
[0042]布置在第二路徑上的第二探測(cè)裝置，配置為接收波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光并將其轉(zhuǎn)換 為相應(yīng)的第二光電信號(hào)參量；
[0043] 溫度確定裝置，配置為接收來(lái)自所述第一探測(cè)裝置和第二探測(cè)裝置的所述第一和 第二光電信號(hào)參量，并根據(jù)所述第一和第二光電信號(hào)參量與溫度的預(yù)定關(guān)系確定出所述待 測(cè)對(duì)象的溫度。
[0044] 本實(shí)施方式舍去傳統(tǒng)的反射效率和透射效率均不高、無(wú)法將接收的光輻射進(jìn)行精 確等分的二向色鏡(半透半反鏡），利用光輻射等分裝置將接收的光輻射進(jìn)行精確等分(此 處的等分為光子數(shù)和光的能量的等分），大幅度提高了后期的測(cè)溫的精度。
[0045]進(jìn)一步，利用光輻射等分裝置提高了反射的效率，減少了能量的損失，進(jìn)一步提高 了后期的測(cè)溫的精度。
[0046] 本實(shí)施方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，可以用于不同要求測(cè)溫場(chǎng)合，適用范圍廣。
[0047] 本實(shí)施例通過光路左右兩路的雙波測(cè)量可以有效地克服了傳統(tǒng)測(cè)溫中"輻射率修 正"難題，克服了測(cè)量條件復(fù)雜、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量條件波動(dòng)或者水蒸氣等因素的環(huán)境吸收造成的測(cè) 量誤差，進(jìn)一步提高了測(cè)溫的精度。
[0048] 在一些實(shí)施方式中，根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)溫設(shè)備，其特征在于，所述溫度確定 裝置根據(jù)如下的所述預(yù)定關(guān)系確定待測(cè)對(duì)象的溫度：
[0049] T = B，/ln(X/A，）
[0050] 其中，ΧιΕΚ?Ο/^ΟΟ,Α'Β'為預(yù)設(shè)系數(shù)，T為所述待測(cè)對(duì)象的溫度，EKT)為所述 第一光電信號(hào)參量，Ε2(Τ)為所述第二光電信號(hào)參量。
[0051 ]在一些實(shí)施方式中，所述光輻射等分裝置包括：
[0052]空間光調(diào)制器，配置為根據(jù)預(yù)定控制將接收到的待測(cè)對(duì)象的光輻射等分為所述第 一光輻射和第二光輻射，并使第一光輻射沿第一路徑射出、第二光輻射沿不同于第一路徑 的第二路徑射出；
[0053]控制元件，配置為根據(jù)預(yù)定輸入對(duì)所述空間光調(diào)制器進(jìn)行上述預(yù)定控制。
[0054]由此，本實(shí)施方式開創(chuàng)性的將空間光調(diào)制器運(yùn)用于測(cè)溫設(shè)備，大幅度提高了測(cè)溫 精度。
[0055] 在一些實(shí)施方式中，所述空間光調(diào)制器為選自數(shù)字微鏡器件、光強(qiáng)數(shù)字調(diào)制器或 液晶光閥。
[0056] 在一些實(shí)施方式中，所述數(shù)字微鏡器件包括多個(gè)微鏡和與所述多個(gè)微鏡對(duì)應(yīng)的多 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈，各個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈根據(jù)所述預(yù)定控制將各個(gè)微鏡向預(yù)設(shè)方向翻轉(zhuǎn)，使得所述多個(gè) 微鏡中的一半微鏡將接收到的待測(cè)對(duì)象的一半的光輻射沿第一路徑射出，所述多個(gè)微鏡中 的另一半微鏡將接收到的待測(cè)對(duì)象的另一半的光輻射沿不同于第一路徑的第二路徑射出。 [0057]因此，通過FPGA控制DMD可以實(shí)現(xiàn)將光輻射的光子數(shù)(或者光強(qiáng))進(jìn)行基本上達(dá)到1 :1的精確等分，提高了測(cè)溫的精度。
[0058] 在一些實(shí)施方式中，所述第一探測(cè)裝置為第一點(diǎn)探測(cè)器，所述第二探測(cè)裝置為第 二點(diǎn)探測(cè)器，并且
[0059] 所述測(cè)溫設(shè)備還包括布置在所述第一路徑上、位于所述第一點(diǎn)探測(cè)器與所述空間 光調(diào)制器之間的第一會(huì)聚元件，和布置在所述第二路徑上、位于所述第二點(diǎn)探測(cè)器與所述 空間光調(diào)制器之間的第二會(huì)聚元件，
[0060] 所述第一點(diǎn)探測(cè)器位于所述第一會(huì)聚元件的光焦點(diǎn)處；
[0061 ]所述第二點(diǎn)探測(cè)器位于所述第二會(huì)聚元件的光焦點(diǎn)處。
[0062]由此，本實(shí)施方式通過將點(diǎn)探測(cè)器布置在反射光線聚焦形成的焦點(diǎn)處，而不是布 置在傳統(tǒng)的焦平面后方的像平面(成像平面)處，不僅可以方便利用點(diǎn)探測(cè)器檢測(cè)光電信號(hào) 參量，而且可以增加點(diǎn)探測(cè)器檢測(cè)到的光子數(shù)，極大地增大了信號(hào)的強(qiáng)度，而將散粒噪聲降 低到單個(gè)像素的水平，大幅度提高了測(cè)量信噪比，提高了采集數(shù)據(jù)的精確程度，進(jìn)而大幅度 提高了測(cè)量溫度的靈敏度和精確度。本設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且可以用于不同要求測(cè)溫場(chǎng)合，適用 范圍廣。
[0063]在一些實(shí)施方式中，所述測(cè)溫設(shè)備還包括：
[0064] 布置在所述第一路徑上、位于所述第一點(diǎn)探測(cè)器與所述空間光調(diào)制器之間的第一 光強(qiáng)衰減元件，和
[0065] 布置在所述第二路徑上、位于所述第二點(diǎn)探測(cè)器與所述空間光調(diào)制器之間的第二 光強(qiáng)衰減元件。
[0066] 由此，本裝置通過設(shè)置光強(qiáng)衰減元件(例如中性密度濾光片)可以衰減光線的光電 信號(hào)參量，以防止強(qiáng)光對(duì)后續(xù)點(diǎn)探測(cè)器的損傷，提高了測(cè)溫精度，延長(zhǎng)了產(chǎn)品的使用壽命。
[0067] 在一些實(shí)施方式中，所述第一濾光元件和所述第二濾光元件為中心波長(zhǎng)相差至少 10nm的第一窄帶濾光片和第二窄帶濾光片，所述第一窄帶濾光片和第二窄帶濾光片的半高 寬參數(shù)至少為10nm 〇
[0068] 在一些實(shí)施方式中，所述光電信號(hào)參量包括光子數(shù)、電流值、電壓值、電阻值中任 意一種。
[0069] 由此，增加了點(diǎn)探測(cè)器可以自由選擇度，增強(qiáng)了產(chǎn)品的通用性能，也便于后期的維 護(hù)保養(yǎng)。
[0070] 在一些實(shí)施方式中，所述光輻射為紅外波段的光輻射。
[0071] 在一些實(shí)施方式中，所述第一和第二點(diǎn)探測(cè)器選自近紅外、中遠(yuǎn)紅外、遠(yuǎn)紅外波段 的外光電效應(yīng)探測(cè)器組、內(nèi)光電效應(yīng)探測(cè)器組、強(qiáng)光探測(cè)器組和弱光探測(cè)器組中的任意一 種，其中，
[0072] 所述外光電效應(yīng)探測(cè)器組包括：雪崩二極管、真空光電管、充氣光電管、光電倍增 管、變像管、像增強(qiáng)器、攝像管；
[0073] 所述內(nèi)光電效應(yīng)探測(cè)器組包括:本征型光電導(dǎo)探測(cè)器、摻雜型光電導(dǎo)探測(cè)器、光磁 電效應(yīng)探測(cè)器、光生伏特探測(cè)器；
[0074] 所述強(qiáng)光探測(cè)器組包括：內(nèi)置或者外置有模數(shù)轉(zhuǎn)換器的強(qiáng)光探測(cè)器；
[0075] 所述弱光探測(cè)器組包括：內(nèi)置或者外置有計(jì)數(shù)器的弱光探測(cè)器。
[0076] 由此，點(diǎn)探測(cè)器可以自由選擇各種類型以滿足各種需求，增強(qiáng)了產(chǎn)品的通用性能， 也便于后期的維護(hù)保養(yǎng)。
[0077] 根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，提供了一種基于光輻射的測(cè)溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：
[0078] 上述的基于光輻射的測(cè)溫設(shè)備以及定標(biāo)裝置，
[0079] 所述定標(biāo)裝置包括溫度可調(diào)節(jié)的基準(zhǔn)光源，所述基準(zhǔn)光源配置為在一個(gè)定標(biāo)階段 中，將調(diào)節(jié)成的不同溫度的光輻射射向所述光輻射等分裝置，由所述光輻射等分裝置將接 收到的光輻射等分為第一光輻射和第二光輻射，使第一光輻射沿第一路徑射出、第二光輻 射沿不同于第一路徑的第二路徑射出，以獲取多個(gè)第一和第二光電信號(hào)參量，并根據(jù)所述 不同溫度與所述第一和第二光電信號(hào)參量的計(jì)量值，確定出所述第一和第二光電信號(hào)參量 與溫度的預(yù)定關(guān)系。
[0080]在一些實(shí)施方式中，所述確定調(diào)節(jié)的不同溫度和獲取的多個(gè)第一和第二光電信號(hào) 參量的預(yù)定關(guān)系為：
[0081 ] Edi(T)i/Ed2(T)i=A，exp(B，/Tdi)，
[0082]其中，i為1至η的自然數(shù);A'、B'為預(yù)設(shè)系數(shù)，Tdl為所述基準(zhǔn)光源發(fā)出的第i個(gè)溫度， Edl(T)i為第i次定標(biāo)時(shí)測(cè)得的波長(zhǎng)為第一波長(zhǎng)的光的光電信號(hào)參量，Ed2(T)i為第i次定標(biāo)時(shí) 測(cè)得的波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光的光電信號(hào)參量。
[0083]在一些實(shí)施方式中，所述定標(biāo)裝置還包括將基準(zhǔn)光源的光輻射轉(zhuǎn)化為平行光輻射 的擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡。
[0084] 在一些實(shí)施方式中，所述定標(biāo)裝置還包括將所述擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡轉(zhuǎn)化的平行光輻射 射向所述光輻射等分裝置的分束器。
[0085] 根據(jù)本實(shí)用新型的又一個(gè)方面，提供了一種基于光輻射的測(cè)溫方法。該方法包括：
[0086] -種基于光輻射的測(cè)溫方法，其特征在于，包括：
[0087]利用光輻射等分裝置接收待測(cè)對(duì)象的光輻射并直接將接收到的光輻射等分為第 一光輻射和第二光輻射，并使所述第一光輻射沿第一路徑射出、所述第二光輻射沿不同于 第一路徑的第二路徑射出；
[0088]在所述第一路徑上接收所述第一光輻射，并將接收到的第一光輻射過濾為波長(zhǎng)為 第一波長(zhǎng)的光；
[0089]在所述第二路徑上接收所述第二光輻射，并將接收到的第二光輻射過濾為波長(zhǎng)為 第二波長(zhǎng)的光；
[0090] 在所述第一路徑上接收所述波長(zhǎng)為第一波長(zhǎng)的光并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的第一光電 信號(hào)參量；
[0091] 在所述第二路徑上接收所述波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的第二光電 信號(hào)參量；以及
[0092] 根據(jù)所述第一和第二光電信號(hào)參量與溫度的預(yù)定關(guān)系確定出所述待測(cè)對(duì)象的溫 度。
[0093] 在一些實(shí)施方式中，所述待測(cè)對(duì)象的溫度根據(jù)如下的所述預(yù)定關(guān)系確定：
[0094] T = B，/ln(X/A，)
[0095] 其中，ΧιΕΚ?Ο/^ΟΟ,Α'Β'為預(yù)設(shè)系數(shù)，T為所述待測(cè)對(duì)象的溫度，EKT)為所述 第一光電信號(hào)參量，Ε2(Τ)為所述第二光電信號(hào)參量。
[0096] 在一些實(shí)施方式中，所述光輻射等分裝置包括：
[0097] 空間光調(diào)制器，配置為根據(jù)預(yù)定控制將接收到的待測(cè)對(duì)象的光輻射等分為所述第 一光輻射和第二光輻射，并使第一光輻射沿第一路徑射出、第二光輻射沿不同于第一路徑 的第二路徑射出；
[0098] 控制元件，配置為根據(jù)預(yù)定輸入對(duì)所述空間光調(diào)制器進(jìn)行上述預(yù)定控制。
[0099] 在一些實(shí)施方式中，所述空間光調(diào)制器選自數(shù)字微鏡器件、光強(qiáng)數(shù)字調(diào)制器或液 晶光閥。
[0100] 在一些實(shí)施方式中，所述數(shù)字微鏡器件包括多個(gè)微鏡和與所述多個(gè)微鏡對(duì)應(yīng)的多 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈，各個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈根據(jù)所述預(yù)定控制將各個(gè)微鏡向預(yù)設(shè)方向翻轉(zhuǎn)，使得所述多個(gè) 微鏡中的一半微鏡將接收到的待測(cè)對(duì)象的一半的光輻射沿第一路徑射出，所述多個(gè)微鏡中 的另一半微鏡將接收到的待測(cè)對(duì)象的另一半的光輻射沿不同于第一路徑的第二路徑射出。
[0101] 在一些實(shí)施方式中，該方法進(jìn)一步包括：
[0102] 將所述波長(zhǎng)為第一波長(zhǎng)的光會(huì)聚于第一焦點(diǎn)，并在所述第一焦點(diǎn)處設(shè)置第一點(diǎn)探 測(cè)裝置用以接收所述波長(zhǎng)為第一波長(zhǎng)的光并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的第一光電信號(hào)參量；
[0103] 將所述波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光會(huì)聚于第二焦點(diǎn)，并在所述第二焦點(diǎn)處設(shè)置第二點(diǎn)探 測(cè)裝置用以接收所述波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的第二光電信號(hào)參量。
[0104] 在一些實(shí)施方式中，該方法進(jìn)一步包括：
[0105] 對(duì)所述波長(zhǎng)為第一波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度進(jìn)行衰減;及對(duì)所述波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光的強(qiáng) 度進(jìn)行衰減。
[0106] 在一些實(shí)施方式中，所述光輻射為紅外波段的光輻射。
[0107] 在一些實(shí)施方式中，所述第一波長(zhǎng)與所述第二波長(zhǎng)相差至少10nm。
[0108] 在一些實(shí)施方式中，所述光電信號(hào)參量包括光子數(shù)、電流值、電壓值、電阻值中任 意一種。
[0109] 在一些實(shí)施方式中，在所述利用光輻射等分裝置接收待測(cè)對(duì)象的光輻射、將接收 到的光輻射等分為第一光輻射和第二光輻射、并使所述第一光輻射沿第一路徑射出、所述 第二光輻射沿不同于第一路徑的第二路徑射出的步驟之前還包括定標(biāo)步驟，
[0110] 所述定標(biāo)步驟包括：
[0111] 利用光輻射等分裝置接收基準(zhǔn)光源的光輻射，將接收到的光輻射等分為第一光輻 射和第二光輻射，并使所述第一光輻射沿第一路徑射出、所述第二光輻射沿不同于第一路 徑的第二路徑射出；
[0112] 在所述第一路徑上接收所述第一光輻射，并將接收到的第一光輻射過濾為波長(zhǎng)為 第一波長(zhǎng)的光；
[0113] 在所述第二路徑上接收所述第二光輻射，并將接收到的第二光輻射過濾為波長(zhǎng)為 第二波長(zhǎng)的光；
[0114] 在所述第一路徑上接收所述波長(zhǎng)為第一波長(zhǎng)的光并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的第一光電 信號(hào)參量；
[0115] 在所述第二路徑上接收所述波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的第二光電 信號(hào)參量；
[0116] 調(diào)芐基準(zhǔn)光源發(fā)出多個(gè)不同溫度的光輻射，并獲取對(duì)應(yīng)的多個(gè)第一和第二光電信 號(hào)參量；以及
[0117]根據(jù)所述不同溫度與所述第一和第二光電信號(hào)參量的計(jì)量值，確定出所述第一和 第二光電信號(hào)參量與溫度的預(yù)定關(guān)系。
[0118] 由此，本系統(tǒng)通過提供定標(biāo)裝置，可以在正式測(cè)溫之前，進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)溫，從而制定 標(biāo)準(zhǔn)，使得后面的正式測(cè)溫可以參考試驗(yàn)測(cè)溫的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，調(diào)整測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)，進(jìn)一 度調(diào)高了溫度的精度。
[0119] 在一些實(shí)施方式中，所述確定調(diào)節(jié)的不同溫度與獲取的多個(gè)第一和第二光電信號(hào) 參量的預(yù)定關(guān)系為：
[0120] Edi(T)i/Ed2(T)i=A，exp(B，/Tdi)，
[0121] 其中，i為1至η的自然數(shù)；
[0122] Α'、Β'為預(yù)設(shè)系數(shù)，Tdl為第i個(gè)基準(zhǔn)光源的溫度，EdKTh為第i次定標(biāo)的波長(zhǎng)為第一 波長(zhǎng)的光的光電信號(hào)參量，EddTh為第i次定標(biāo)的波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光的光電信號(hào)參量。
[0123] 本實(shí)施方式舍去傳統(tǒng)的反射效率和透射效率均不高、無(wú)法將接收的光輻射進(jìn)行精 確等分的二向色鏡(半透半反鏡），利用光輻射等分裝置將接收的光輻射進(jìn)行精確等分(此 處的等分為光子數(shù)和光的能量的等分），大幅度提高了后期的測(cè)溫的精度。
[0124] 進(jìn)一步，利用光輻射等分裝置提高了反射的效率，減少了能量的損失，進(jìn)一步提高 了后期的測(cè)溫的精度。
[0125] 本實(shí)施方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，可以用于不同要求測(cè)溫場(chǎng)合，適用范圍廣。
[0126] 本實(shí)施例可以有效地克服了紅外測(cè)溫中各種物體的"輻射率修正"難題，克服了測(cè) 量條件復(fù)雜、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量條件波動(dòng)或者水蒸氣等因素的環(huán)境吸收造成的測(cè)量誤差，進(jìn)一步提 高了測(cè)溫的精度。
【附圖說(shuō)明】
[0127] 圖1(a)為現(xiàn)有技術(shù)中一種雙波長(zhǎng)測(cè)溫設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0?28]圖1(b)為圖1(a)中調(diào)制盤的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0129] 圖2為本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的基于光輻射的測(cè)溫設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0130] 圖3(a)為本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的DMD中多個(gè)微鏡結(jié)構(gòu)示意圖；
[0131]圖3(b)為圖3(a)中兩片微鏡結(jié)構(gòu)不意圖；
[0132] 圖4為本實(shí)用新型另一種實(shí)施方式的基于光輻射的測(cè)溫設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0133] 圖5為本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的基于光輻射的測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0134] 圖6為本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的基于光輻射的測(cè)溫方法的流程示意圖；
[0135] 圖7為本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的定標(biāo)的步驟的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0136] 為了使實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例 對(duì)實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。雖然附圖中顯示了本公開示例性實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理解， 可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例所限制。相反，提供這些實(shí)施 例是為了能夠更透徹的理解本實(shí)用新型，并且能夠?qū)⒈緦?shí)用新型的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng) 域的技術(shù)人員。
[0137] 圖2示出了本實(shí)用新型基于光輻射的測(cè)溫設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖的一個(gè)實(shí)施例。參考圖2， 該測(cè)溫設(shè)備包括:光輻射等分裝置2、第一濾光元件3-1、第二濾光元件4-1、第一探測(cè)裝置3- 4、 第二探測(cè)裝置4-4,以及分別與第一探測(cè)裝置3-4、第二探測(cè)裝置4-4連接的溫度確定裝置 5。 該測(cè)溫設(shè)備的各個(gè)部件的連接關(guān)系和處理光輻射的過程可以描述如下：
[0138] 待測(cè)對(duì)象(例如人體或者電燈，圖中未進(jìn)行標(biāo)示）向光輻射等分裝置2發(fā)出光輻射 (例如紅外輻射、紫外輻射或者可見光）。光輻射等分裝置2接收待測(cè)對(duì)象的光輻射，將接收 到的光輻射等分為第一光輻射和第二光輻射，并使第一光輻射沿第一路徑(如測(cè)溫設(shè)備的 左臂方向的路徑)射出、第二光輻射沿第二路徑(如測(cè)溫設(shè)備的右臂方向的路徑)射出。布置 在第一路徑上的第一濾光元件3-1接收所述第一光輻射，并將接收到的第一光輻射過濾為 波長(zhǎng)為第一波長(zhǎng)的光(例如波長(zhǎng)為λι的單波光）。布置在第二路徑上的第二濾光元件4-1接 收第二光輻射，并將接收到的第二光輻射過濾為波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光（例如波長(zhǎng)為λ2的單 波光，其中λ^λ 2不等，當(dāng)λ^λ2為相鄰波段的波長(zhǎng)時(shí)，效果最佳，因?yàn)楫?dāng)&與\2無(wú)限接近時(shí)， ε1(λ1，Τ)~ε2(λ2，Τ)^』
[0139] Α' =Αι(λι)/Α2(λ2) = (ει(λι，Τ)&λι_5)/(ε2(λ2，Τ)&λ2 5)~(λι/λ〗）5，
[0140] =Β?(λι)-Β2(λ·2) =_C2/^l_(_C2/^2)，
[0141] 但是，11與\2越接近，對(duì)探測(cè)器的靈敏度和準(zhǔn)確性的要求越高，另外考慮到環(huán)境噪 聲和探測(cè)器本征噪聲（如暗計(jì)數(shù)等)對(duì)系統(tǒng)的測(cè)溫準(zhǔn)確性造成的較大影響，心與1 2在實(shí)際測(cè) 量中不可能無(wú)限接近，因而兩個(gè)輻射波長(zhǎng)下的輻射率￡1〇1，1')和 ￡2〇2，1')不可簡(jiǎn)單相消，而 需要通過定標(biāo)確定出預(yù)定關(guān)系）。布置在第一路徑上的第一探測(cè)裝置3-4接收波長(zhǎng)為第一波 長(zhǎng)的光并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的第一光電信號(hào)參量。布置在第二路徑上的第二探測(cè)裝置4-4接 收波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的第二光電信號(hào)參量。溫度確定裝置5接收來(lái)自 第一探測(cè)裝置3-4和第二探測(cè)裝置4-4的第一和第二光電信號(hào)參量，并根據(jù)所述第一和第二 光電信號(hào)參量與所述待測(cè)對(duì)象的溫度的預(yù)定關(guān)系確定出待測(cè)對(duì)象的溫度。
[0142] 在本實(shí)用新型實(shí)施方式中，光輻射等分的含義是:將接收到的光輻射的光子數(shù)或 者能量按[50%Τ5%··50%±5%~50%:50%]的比例區(qū)間進(jìn)行分配。在本實(shí)施方式中，可以達(dá) 至ljl:l的平均分配的比例，此時(shí)，測(cè)溫的效果最佳。由此可知，本實(shí)用新型實(shí)施方式的等分的 比例[50%T5%:50%±5%~50% :50刈遠(yuǎn)遠(yuǎn)比現(xiàn)有技術(shù)中二向色鏡中光輻射分配的比例 [50%Τ20%:50%±20% 50%Τ10%:50%±10%]的平均度要高很多。由于測(cè)溫的精度隨著 平均度的提高而提高，所以，本實(shí)施方式的測(cè)溫精度比現(xiàn)有技術(shù)的精度要高很多。
[0143] 繼續(xù)參見圖2,溫度確定裝置5包括除法器5-1和計(jì)算元件5-2。其中，除法器5-1分 別與第一探測(cè)裝置3-4和第二探測(cè)裝置4-4連接。計(jì)算元件5-2與除法器5-1連接。除法器5-1 用于計(jì)算波長(zhǎng)為第一波長(zhǎng)的光的光電信號(hào)參量EKT)和波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光的光電信號(hào)參 量扮")之間的比值X。計(jì)算元件5-2用于根據(jù)第一和第二光電信號(hào)參量EKTWPEKT)與所述 待測(cè)對(duì)象的溫度的預(yù)定關(guān)系確定出待測(cè)對(duì)象的溫度。
[0144] 由此，本設(shè)備為運(yùn)算頻率較高、運(yùn)算重要程度高的比值運(yùn)算單獨(dú)提供除法器，使得 比值運(yùn)算與其它邏輯運(yùn)算區(qū)別開來(lái)，優(yōu)化了測(cè)溫設(shè)備的結(jié)構(gòu)，減少了運(yùn)算錯(cuò)誤、縮短了運(yùn)算 的時(shí)間，提高了運(yùn)算精度。此外，這種硬件結(jié)構(gòu)也可以以軟件模塊的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0145] 在本實(shí)施方式中，溫度確定裝置根據(jù)如下的預(yù)定關(guān)系確定待測(cè)對(duì)象的溫度：
[0146] T = B，/ln(X/A，）
[0147] 其中，ΧζΕΚ?/ΕΜ?,Α'Β'為預(yù)設(shè)系數(shù)，T為待測(cè)對(duì)象的溫度，Ei⑴為第一光電 信號(hào)參量，E2(T)為第二光電信號(hào)參量。
[0148] 再次參見圖2,光輻射等分裝置包括:空間光調(diào)制器2-1和控制元件2-2。其中，空間 光調(diào)制器2-1根據(jù)預(yù)定控制將接收到的待測(cè)對(duì)象的光輻射等分為所述第一光輻射和第二光 輻射，并使第一光輻射沿第一路徑射出、第二光輻射沿不同于第一路徑的第二路徑射出?？?制元件2-2對(duì)所述空間光調(diào)制器進(jìn)行預(yù)定控制（例如通過加載掩膜(數(shù)字圖像處理中，掩模 為二維矩陣數(shù)組)為0-1矩陣中〇和1的數(shù)量來(lái)控制，該部分內(nèi)容下文還會(huì)繼續(xù)介紹）。
[0149] 在本實(shí)施方式中，空間光調(diào)制器可以選用數(shù)字微鏡器件(Digital Micromirror Device，DMD)、光強(qiáng)數(shù)字調(diào)制器或液晶光閥中的任意一種。因?yàn)镈MD)、光強(qiáng)數(shù)字調(diào)制器或液 晶光閥均是現(xiàn)有的產(chǎn)品，因此，下面僅對(duì)DMD等量分配光輻射進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，其余產(chǎn)品不再 贅述。
[0150] 圖3(a)示出了本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的DMD中多個(gè)微鏡結(jié)構(gòu)示意圖。圖3(b)示 出了圖3(a)中兩片微鏡結(jié)構(gòu)示意圖。
[0151] 參考如圖3(a)和圖3(b)，DMD包括多個(gè)微鏡和與所述多個(gè)微鏡對(duì)應(yīng)的多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸 鏈，各個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈可以根據(jù)預(yù)定控制將各個(gè)微鏡向預(yù)設(shè)方向（例如與垂直方向成+12度和-12度)翻轉(zhuǎn)，使得所述多個(gè)微鏡中的一半微鏡將接收到的待測(cè)對(duì)象的一半的光輻射沿第一 路徑射出，所述多個(gè)微鏡中的另一半微鏡將接收到的待測(cè)對(duì)象的另一半的光輻射沿不同于 第一路徑的第二路徑射出。
[0152] 在本實(shí)施方式中，DMD可以選用市場(chǎng)上能夠獲得的TI(美國(guó)德州儀器)公司生產(chǎn)的 型號(hào)為DLP_ 0.7XGA2XLVDS DMD的器件?？刂圃梢赃x用FPGA(可編程門陣列芯片）， FPGA型號(hào)為:Xilinx Virtex5 application FPGA。
[0153] FPGA控制DMD進(jìn)行光輻射按預(yù)設(shè)比例的分配的原理如下：
[0154] DMD加電后，利用靜電吸附原理，DMD中多個(gè)微鏡可以呈現(xiàn)+12度和-12度(也有的是 + 10度和-10度)方向的偏轉(zhuǎn)。假設(shè)DMD有1000片的微鏡，當(dāng)500片微鏡翻轉(zhuǎn)為+12度，500片微 鏡翻轉(zhuǎn)為-12度時(shí)，此時(shí)射向DMD的一束光輻射就會(huì)反射為夾角為48度（12度X 2+12度X 2) 的等分的兩束光輻射。具體FPGA控制DMD中多少個(gè)的微鏡分別向+12度和-12度的偏轉(zhuǎn)，可是 通過加載掩膜(數(shù)字圖像處理中，掩模為二維矩陣數(shù)組)為0-1矩陣中0和1的數(shù)量來(lái)控制。例 如加載0時(shí)，微鏡翻轉(zhuǎn)為+12度，加載1時(shí)，微鏡翻轉(zhuǎn)為-12度。所以想要控制兩束光輻射的具 體比例（可以時(shí)任何比例，例如等分的50 % : 50 %，或者20 % : 80 % )，只需控制矩陣中0和1的 比例即可。因此，通過FPGA控制DMD可以實(shí)現(xiàn)將光輻射的光子數(shù)(或者光強(qiáng))進(jìn)行1:1等分。由 于DMD是現(xiàn)有產(chǎn)品，所以其更具體結(jié)構(gòu)在此不再贅述。
[0155] 圖4示出了本實(shí)用新型另一種實(shí)施方式的基于光輻射的測(cè)溫設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。 該圖示出了幾種變形的實(shí)施方式。圖4實(shí)施例是在上述圖2實(shí)施例的基礎(chǔ)之進(jìn)行變形得出 的。在此著重描述二者不同之處，二者相同或者相似之處不再贅述。
[0156] 圖4所示的測(cè)溫設(shè)備的第一種實(shí)施方式為：
[0157] 該實(shí)施方式是在圖2實(shí)施方式的基礎(chǔ)上增加第一會(huì)聚元件3-3和第二會(huì)聚元件4-3。該實(shí)施方式的測(cè)溫設(shè)備的各部件和各部件之間的連接關(guān)系可以為：
[0158] 第一探測(cè)裝置3-4為第一點(diǎn)探測(cè)器，第二探測(cè)裝置4-4為第二點(diǎn)探測(cè)器。第一會(huì)聚 元件3-3布置在所述第一路徑上、位于所述第一點(diǎn)探測(cè)器與所述第一濾光元件之間。第二會(huì) 聚元件4-3布置在所述第二路徑上、位于所述第二點(diǎn)探測(cè)器與所述第二濾光元件之間。第一 點(diǎn)探測(cè)器3-4位于所述第一會(huì)聚元件的光焦點(diǎn)處。第二點(diǎn)探測(cè)器4-4位于第二會(huì)聚元件的光 焦點(diǎn)處。
[0159] 本實(shí)施方式通過將點(diǎn)探測(cè)器布置在反射光線聚焦形成的焦點(diǎn)處，而不是布置在傳 統(tǒng)的焦平面后方的像平面(成像平面)處，不僅可以方便利用點(diǎn)探測(cè)器檢測(cè)光電信號(hào)參量， 而且可以增加點(diǎn)探測(cè)器檢測(cè)到的光子數(shù)，極大地增大了信號(hào)的強(qiáng)度，而將散粒噪聲降低到 單個(gè)像素的水平，大幅度提高了測(cè)量信噪比，提高了采集數(shù)據(jù)的精確程度，進(jìn)而大幅度提高 了測(cè)量溫度的靈敏度和精確度。本設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且可以用于不同要求測(cè)溫場(chǎng)合，適用范圍 廣。
[0160]圖4所示的測(cè)溫設(shè)備的第二種實(shí)施方式為：
[0161]該實(shí)施方式是在上述第一實(shí)施方式的基礎(chǔ)上增加了布置在第一路徑上、第一濾光 元件3-1和第一會(huì)聚元件3-3之間的第一光強(qiáng)衰減元件3-2,和布置在第二路徑上、第二濾光 元件4-1和第二會(huì)聚元件4-3之間的第二光強(qiáng)衰減元件4-2。
[0162] 由此，本裝置通過設(shè)置光強(qiáng)衰減元件(例如中性密度濾光片)可以衰減光線的光電 信號(hào)參量，以防止強(qiáng)光對(duì)后續(xù)點(diǎn)探測(cè)器的損傷，提高了測(cè)溫精度，延長(zhǎng)了產(chǎn)品的使用壽命。
[0163] 圖4所示的測(cè)溫設(shè)備的第三種實(shí)施方式為：
[0164] 在上述各實(shí)施方式的基礎(chǔ)上增加透鏡1，使得待測(cè)對(duì)象的光輻射進(jìn)入主光路，可以 射向光輻射等分裝置2。
[0165] 其中，第一實(shí)施方式相對(duì)于第二實(shí)施例省去了第一光強(qiáng)衰減元件3-2和第二光強(qiáng) 衰減元件4-2,由此，光強(qiáng)衰減的作用也相應(yīng)消失，但相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)施方式仍然可以 解決技術(shù)問題，達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)效果。圖2實(shí)施例相對(duì)于圖3第一實(shí)施例省去了第一會(huì)聚收 件3-3和第二會(huì)聚元件4-3。由此，會(huì)聚的作用也相應(yīng)消失，但相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)施方式 仍然可以解決技術(shù)問題，達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)效果。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，可以根據(jù)實(shí)際 測(cè)量精度或者特殊需要對(duì)上述各元件進(jìn)行選擇配置，或者進(jìn)行多種組合配置。例如，在光強(qiáng) 特別大的情況下，可以設(shè)置多塊光強(qiáng)衰減元件。
[0166] 參照?qǐng)D4,下面介紹一優(yōu)選實(shí)施方式的測(cè)溫裝置的測(cè)溫的工作方式，其具體可以 是：
[0167] 待測(cè)對(duì)象(例如人體或者電燈，圖中未進(jìn)行標(biāo)示）的光輻射可以經(jīng)過透鏡1射向光 輻射等分裝置2。光輻射等分裝置2將接收的光輻射平均等分(將光子數(shù)和光輻射的能量平 均分配)反射為雙臂方向上的兩束光輻射。在雙臂中的左臂方向上分別布置有第一濾光元 件3-1、第一光強(qiáng)衰減元件3-2、第一會(huì)聚元件3-3和第一探測(cè)裝置3-4。第一束光輻射經(jīng)過第 一濾光元件3-1過濾為波長(zhǎng)為第一波長(zhǎng)的光，波長(zhǎng)為第一波長(zhǎng)的光經(jīng)過第一光強(qiáng)衰減元件 3-2進(jìn)行光強(qiáng)衰減，再經(jīng)過第一會(huì)聚元件3-3進(jìn)行會(huì)聚，第一探測(cè)裝置3-4在會(huì)聚的波長(zhǎng)為第 一波長(zhǎng)的光焦點(diǎn)所在的焦平面處接收波長(zhǎng)為第一波長(zhǎng)的光來(lái)探測(cè)波長(zhǎng)為第一波長(zhǎng)的光的 光電信號(hào)參量。
[0168] 本設(shè)備左右對(duì)稱設(shè)置。同樣，在雙臂中的右臂方向上分別布置有第二濾光元件4-1、第二光強(qiáng)衰減元件4-2、第二會(huì)聚元件4-3和第二探測(cè)裝置4-4。第二束光輻射經(jīng)過第二濾 光元件4-1過濾為波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光，波長(zhǎng)為第一波長(zhǎng)的光經(jīng)過第二光強(qiáng)衰減元件4-2進(jìn) 行光強(qiáng)衰減，再經(jīng)過第二會(huì)聚元件4-3進(jìn)行會(huì)聚，第二探測(cè)裝置4-4在會(huì)聚的波長(zhǎng)為第一波 長(zhǎng)的光焦點(diǎn)所在的焦平面處接收波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光來(lái)探測(cè)波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光的光電 信號(hào)參量。
[0169] 溫度確定裝置5分別接收第一探測(cè)裝置3-4和第二探測(cè)裝置4-4探測(cè)的波長(zhǎng)為第一 波長(zhǎng)的光的光電信號(hào)參量和波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光的光電信號(hào)參量，并對(duì)所述待測(cè)對(duì)象進(jìn)行 測(cè)溫。
[0170] 在一些實(shí)施方式中，為了使過濾后的單波的波長(zhǎng)不同，第一濾光元件和所述第二 濾光元件為中心波長(zhǎng)相差l〇nm以上的第一窄帶濾光片和第二窄帶濾光片，所述第一窄帶濾 光片和第二窄帶濾光片的半高寬參數(shù)為l〇nm以上。
[0171] 因?yàn)楦鶕?jù)窄帶帶寬理論，窄帶濾光片越窄效果越好；中心波長(zhǎng)越接近越好。但是， 帶寬越窄，與窄帶濾光片配合使用的光電信號(hào)參量探測(cè)元件能探測(cè)到的熱輻射越少，外加 之中心波長(zhǎng)接近，對(duì)探測(cè)器的靈敏度和準(zhǔn)確性提出過高的要求，而且此時(shí)環(huán)境噪聲和探測(cè) 器本征噪聲（如暗計(jì)數(shù)等)也將對(duì)系統(tǒng)的測(cè)溫準(zhǔn)確性造成較大影響。所以，在衡量上述優(yōu)缺 點(diǎn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過大量的試驗(yàn)，選用的窄帶濾光片的半高寬FWHM-般應(yīng)在1 Onm以上，中心波 長(zhǎng)CWL-般相差10nm以上效果最佳。另外，本設(shè)備可以利用不同濾光元件(例如窄帶濾光片） 進(jìn)行濾波得到單波光，再將該單波光會(huì)聚收集成以供探測(cè)器檢測(cè)，降低了無(wú)關(guān)光的干擾，提 高了采集溫度的精度。
[0172] 在本實(shí)施方式中，所述光輻射為紅外線光輻射。
[0173] 在本實(shí)施方式中，所述第一和第二點(diǎn)探測(cè)器選自近紅外、中遠(yuǎn)紅外、遠(yuǎn)紅外波段的 外光電效應(yīng)探測(cè)器組、內(nèi)光電效應(yīng)探測(cè)器組、強(qiáng)光探測(cè)器組和弱光探測(cè)器組中的任意一種， 其中，
[0174] 所述外光電效應(yīng)探測(cè)器組包括：雪崩二極管、真空光電管、充氣光電管、光電倍增 管、變像管、像增強(qiáng)器、攝像管；
[0175] 所述內(nèi)光電效應(yīng)探測(cè)器組包括:本征型光電導(dǎo)探測(cè)器、摻雜型光電導(dǎo)探測(cè)器、光磁 電效應(yīng)探測(cè)器、光生伏特探測(cè)器；
[0176] 所述強(qiáng)光探測(cè)器組包括：內(nèi)置或者外置有模數(shù)轉(zhuǎn)換器的強(qiáng)光探測(cè)器；
[0177] 所述弱光探測(cè)器組包括：內(nèi)置或者外置有計(jì)數(shù)器的弱光探測(cè)器。
[0178] 在本實(shí)施方式中，所述光電信號(hào)參量包括光子數(shù)、電流值、電壓值、電阻值中任意 一種。
[0179]由此，點(diǎn)探測(cè)器可以自由選擇各種類型以滿足各種需求，增強(qiáng)了產(chǎn)品的通用性能， 也便于后期的維護(hù)保養(yǎng)。
[0180] 圖5示出了本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的基于光輻射的測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。該 圖可以有幾種變形的實(shí)施方式。在此著重描述這些變形方式的不同之處，它們相同或者相 似之處不再贅述。
[0181] 第一實(shí)施方式：
[0182] 參照?qǐng)D5,該測(cè)溫系統(tǒng)包括:上述測(cè)溫設(shè)備和定標(biāo)裝置6。
[0183] 定標(biāo)裝置6可以包括溫度可調(diào)節(jié)的基準(zhǔn)光源6-1 (例如，可以提供不同功率的燈 泡）、擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡6-2和分束器6-3。分束器6-3設(shè)置在待測(cè)對(duì)象7和透鏡1之間?；鶞?zhǔn)光源6-1、擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡6-2和分束器6-3水平共線設(shè)置，擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡6-2設(shè)置在基準(zhǔn)光源6-1和分 束器6-3之間。其中，基準(zhǔn)光源6-1用于在定標(biāo)階段將調(diào)節(jié)的不同溫度的光輻射射向光輻射 等分裝置2,并由光輻射等分裝置2將接收到的光輻射等分為第一光輻射和第二光輻射，使 第一光輻射沿第一路徑射出（如左臂方向路徑）、第二光輻射沿第二路徑(如右臂方向路徑） 射出，以獲取多個(gè)第一和第二光電信號(hào)參量，并確定調(diào)節(jié)的不同溫度和獲取的多個(gè)第一和 第二光電信號(hào)參量的預(yù)定關(guān)系。擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡6-2用于將基準(zhǔn)光源的光輻射轉(zhuǎn)化為平行光 輻射。分束器6-3用于將擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡轉(zhuǎn)化的平行光輻射射向所述光輻射等分裝置。
[0184] 第二實(shí)施方式：
[0185] 在第一實(shí)施方式的基礎(chǔ)上減少了分束器6-3,該分束器的功能隨之減少。但此實(shí)施 方式仍能解決技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的技術(shù)效果。
[0186] 第三實(shí)施方式：
[0187] 在第二實(shí)施方式的基礎(chǔ)上減少了擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡6-2,該擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡的功能隨之 減少。但此實(shí)施方式仍能解決技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的技術(shù)效果。
[0188] 在上述實(shí)施方式中，所述確定調(diào)節(jié)的不同溫度和獲取的多個(gè)第一和第二光電信號(hào) 參量的預(yù)定關(guān)系為：
[0189] Edi(T)i/Ed2(T)i=A，exp(B，/Tdi)，
[0190] 其中，所述多個(gè)為η個(gè)，i為1至η的自然數(shù)；
[0191] Α'、Β'為預(yù)設(shè)系數(shù)，Tdl為第i個(gè)基準(zhǔn)光源的溫度，EdKTh為第i次定標(biāo)的波長(zhǎng)為第一 波長(zhǎng)的光的光電信號(hào)參量，EddTh為第i次定標(biāo)的波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光的光電信號(hào)參量。
[0192] 由此，本系統(tǒng)可以采用不同功率的標(biāo)準(zhǔn)光源進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)溫，通過測(cè)得多組數(shù)據(jù)來(lái) 確定試驗(yàn)中的擬合系數(shù)。其中，擬合算法利用已知試驗(yàn)或者真實(shí)數(shù)據(jù)，然后尋找一個(gè)模型對(duì) 其規(guī)律進(jìn)行模擬的過程中，求取模型中未知參數(shù)的一個(gè)過程。以確保在后期的實(shí)際測(cè)溫過 程中根據(jù)該擬合系數(shù)獲取測(cè)得的溫度。本實(shí)施方式通過多次試驗(yàn)測(cè)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)溫，提高了 實(shí)際測(cè)溫的精度。此外，本實(shí)施方式利用擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡6-2將標(biāo)準(zhǔn)光源的光線變換成平行 光，減少了光線因?yàn)闀?huì)聚或者散射引起的誤差。利用分束器6-3可以最大程度的將標(biāo)準(zhǔn)光源 的光線全部傳遞至透鏡，提高了光線的傳遞效率。
[0193] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，可以根據(jù)實(shí)際測(cè)量精度或者特殊需要對(duì)上述各元件 進(jìn)行選擇配置，或者進(jìn)行多種組合配置。
[0194] 由此，本系統(tǒng)通過提供定標(biāo)裝置，可以在正式測(cè)溫之前，進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)溫，從而制定 標(biāo)準(zhǔn)，使得后面的正式測(cè)溫可以參考試驗(yàn)測(cè)溫的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，調(diào)整測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)，進(jìn)一 度調(diào)高了溫度的精度。
[0195] 本實(shí)施方式的測(cè)溫系統(tǒng)的測(cè)溫的工作方式可以參照上述的測(cè)溫設(shè)備的描述。需要 說(shuō)明的是，在定標(biāo)的試驗(yàn)之前，將分束器6-3、擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡6-2和標(biāo)準(zhǔn)光源2-1移入系統(tǒng)中， 保證分束器6-3的反射方向在透鏡1和DMD2-1主軸光路上，保證標(biāo)準(zhǔn)光源的光輻射進(jìn)入系統(tǒng) 的主軸光路，且標(biāo)準(zhǔn)光源與待測(cè)對(duì)象7所在位置共輒，待定標(biāo)結(jié)束后再將分束器6-3、擴(kuò)束準(zhǔn) 直透鏡6-2和標(biāo)準(zhǔn)光源6_1移出系統(tǒng)。
[0196] 圖6為本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的基于光輻射的測(cè)溫方法的流程示意圖。圖6所 示，該方法包括以下步驟：
[0197] S601:利用光輻射等分裝置(可以利用圖2和圖4實(shí)施方式中的光輻射等分裝置)接 收待測(cè)對(duì)象(例如人體或者電燈)的光輻射(例如紅外輻射、紫外輻射或者可見光)并直接將 接收到的光輻射等分(此處等分的概念可以參考上述測(cè)溫設(shè)備中等分的概念)為第一光輻 射和第二光輻射，并使第一光輻射沿第一路徑(如測(cè)溫設(shè)備的左臂方向的路徑)射出、第二 光輻射沿第二路徑(如測(cè)溫設(shè)備的右臂方向的路徑)射出；
[0198] S602:在上述的左臂方向的路徑上接收第一光輻射，并將其過濾為波長(zhǎng)為第一波 長(zhǎng)的光(例如波長(zhǎng)為λι的單波光）；
[0199] S603:在上述的右臂方向的路徑上接收第二光輻射，并將其過濾為波長(zhǎng)為第二波 長(zhǎng)的光(例如波長(zhǎng)為λ2的單波光）；
[0200] S604:在上述的左臂方向的路徑上接收波長(zhǎng)為λ:的單波光并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的第 一光電信號(hào)參量Ει(Τ);
[0201] S605:在上述的右臂方向的路徑上接收波長(zhǎng)為λ2的單波光并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的第 二光電信號(hào)參量E2(T);
[0202] S606:根據(jù)所述第一和第二光電信號(hào)參量E1(T)和E2(T)與溫度的預(yù)定關(guān)系確定出 待測(cè)對(duì)象(例如人體或者電燈)的溫度。
[0203] 在本實(shí)施方式中，所述溫度確定裝置根據(jù)如下的預(yù)定關(guān)系確定待測(cè)對(duì)象的溫度：
[0204] T = B，/ln(X/A，）
[0205] 其中，ΧιΕΚ?/ΕΜ?,Α'Β'為預(yù)設(shè)系數(shù)，T為待測(cè)對(duì)象的溫度，EKT)為第一光電 信號(hào)參量，Ε2(Τ)為第二光電信號(hào)參量。
[0206] 在本實(shí)施方式中，光輻射等分裝置包括:空間光調(diào)制器和控制元件。其中，空間光 調(diào)制器用于根據(jù)預(yù)定控制將接收到的待測(cè)對(duì)象的光輻射等分為所述第一光輻射和第二光 輻射，并使第一光輻射沿第一路徑射出、第二光輻射沿不同于第一路徑的第二路徑射出。控 制元件用于對(duì)所述空間光調(diào)制器進(jìn)行預(yù)定控制。
[0207] 在本實(shí)施方式中，所述空間光調(diào)制器選DMD、光強(qiáng)數(shù)字調(diào)制器或液晶光閥。
[0208] 在本實(shí)施方式中，DMD包括多個(gè)微鏡和與所述多個(gè)微鏡對(duì)應(yīng)的多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈，各個(gè) 轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈根據(jù)所述預(yù)定控制將各個(gè)微鏡向預(yù)設(shè)方向翻轉(zhuǎn)，使得所述多個(gè)微鏡中的一半微鏡 將接收到的待測(cè)對(duì)象的一半的光輻射沿第一路徑射出，所述多個(gè)微鏡中的另一半微鏡將接 收到的待測(cè)對(duì)象的另一半的光輻射沿不同于第一路徑的第二路徑射出。
[0209] 在本實(shí)施方式中，該方法還包括：
[0210]將所述波長(zhǎng)為第一波長(zhǎng)的光會(huì)聚于第一焦點(diǎn)，并在所述第一焦點(diǎn)處設(shè)置第一點(diǎn)探 測(cè)裝置用以接收所述波長(zhǎng)為第一波長(zhǎng)的光并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的第一光電信號(hào)參量；
[0211]將所述波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光會(huì)聚于第二焦點(diǎn)，并在所述第二焦點(diǎn)處設(shè)置第二點(diǎn)探 測(cè)裝置用以接收所述波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的第二光電信號(hào)參量。
[0212] 在本實(shí)施方式中，該方法還包括：
[0213] 對(duì)所述波長(zhǎng)為第一波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度進(jìn)行衰減;及對(duì)所述波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光的強(qiáng) 度進(jìn)行衰減。
[0214] 在本實(shí)施方式中，所述光輻射為紅外線光輻射。
[0215] 在本實(shí)施方式中，所述第一波長(zhǎng)與所述第二波長(zhǎng)相差至少10nm。
[0216] 在本實(shí)施方式中，所述光電信號(hào)參量包括光子數(shù)、電流值、電壓值、電阻值中任意 一種。
[0217]在本實(shí)施方式中，所述第一和第二點(diǎn)探測(cè)器選自近紅外、中遠(yuǎn)紅外、遠(yuǎn)紅外波段的 外光電效應(yīng)探測(cè)器組、內(nèi)光電效應(yīng)探測(cè)器組、強(qiáng)光探測(cè)器組和弱光探測(cè)器組中的任意一種， 其中，
[0218] 所述外光電效應(yīng)探測(cè)器組包括：雪崩二極管、真空光電管、充氣光電管、光電倍增 管、變像管、像增強(qiáng)器、攝像管；
[0219] 所述內(nèi)光電效應(yīng)探測(cè)器組包括:本征型光電導(dǎo)探測(cè)器、摻雜型光電導(dǎo)探測(cè)器、光磁 電效應(yīng)探測(cè)器、光生伏特探測(cè)器；
[0220] 所述強(qiáng)光探測(cè)器組包括：內(nèi)置或者外置有模數(shù)轉(zhuǎn)換器的強(qiáng)光探測(cè)器；
[0221 ]所述弱光探測(cè)器組包括：內(nèi)置或者外置有計(jì)數(shù)器的弱光探測(cè)器。
[0222]在測(cè)溫方法上述實(shí)施例中的技術(shù)效果與測(cè)溫裝置實(shí)施例中的技術(shù)效果相對(duì)應(yīng)，在 此不再贅述。
[0223] 圖7為本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的定標(biāo)的步驟的流程示意圖。在本實(shí)施方式中，在 所述利用光輻射等分裝置接收待測(cè)對(duì)象的光輻射，將接收到的光輻射等分為第一光輻射和 第二光輻射，并使所述第一光輻射沿第一路徑射出、所述第二光輻射沿不同于第一路徑的 第二路徑射出的步驟之前還包括定標(biāo)步驟。如圖7所示，所述定標(biāo)步驟包括：
[0224] S701:利用光輻射等分裝置(可以利用圖2和圖4實(shí)施方式中的光輻射等分裝置)接 收基準(zhǔn)光源(例如溫度可調(diào)節(jié)的燈泡，具體可以調(diào)節(jié)電流、電壓等方式來(lái)調(diào)節(jié))的光輻射，將 接收到的光輻射等分(此處等分的概念可以參考上述測(cè)溫設(shè)備中等分的概念)為第一光輻 射和第二光福射，并使所述第一光福射沿第一路徑(如測(cè)溫設(shè)備的左臂方向的路徑)射出、 所述第二光輻射沿不同于第一路徑的第二路徑(如測(cè)溫設(shè)備的右臂方向的路徑)射出。
[0225] S702:在所述第一路徑上接收所述第一光輻射，并將接收到的第一光輻射過濾為 波長(zhǎng)為第一波長(zhǎng)的光(例如波長(zhǎng)為λι的單波光）。
[0226] S703:在所述第二路徑上接收所述第二光輻射，并將接收到的第二光輻射過濾為 波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光(例如波長(zhǎng)為λ2的單波光）。
[0227] S704:在所述第一路徑上接收所述波長(zhǎng)為心的單波光并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的第一光 電信號(hào)參量Ei(T)。
[0228] S705:在所述第二路徑上接收所述波長(zhǎng)為人2的單波光并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的第二光 電信號(hào)參量E2(T)。
[0229] S706:調(diào)節(jié)燈泡的電流或電壓，使得燈泡發(fā)出光輻射的溫度變?yōu)門d2,并獲取對(duì)應(yīng)的 光電信號(hào)參量Edi(T)2和Ed2(T)2。按此種方法可以獲取燈泡發(fā)出多個(gè)不同溫度Tdi的光福射， 并獲取對(duì)應(yīng)的多個(gè)第一和第二光電信號(hào)參量E dl(T)i和Ed2(T)i。
[0230] S707:根據(jù)上述不同溫度與第一和第二光電信號(hào)參量的計(jì)量值，確定出所述第一 和第二光電信號(hào)參量與溫度的預(yù)定關(guān)系。
[0231] 在本實(shí)施方式中，所述確定多個(gè)第一和第二光電信號(hào)參量與調(diào)節(jié)的多個(gè)不同溫度 的預(yù)定關(guān)系為：
[0232] Edi(T)i/Ed2(T)i=A，exp(B，/Tdi)，
[0233] 其中，所述多個(gè)為η個(gè)，i為1至η的自然數(shù)；
[0234] Α'、Β'為預(yù)設(shè)系數(shù)，Tdl為第i個(gè)基準(zhǔn)光源的溫度，EdKTh為第i次定標(biāo)的波長(zhǎng)為第一 波長(zhǎng)的光的光電信號(hào)參量，EddTh為第i次定標(biāo)的波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光的光電信號(hào)參量。
[0235] 具體實(shí)現(xiàn)方式可以是：
[0236] 在定標(biāo)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)光源以第一電流、電壓、電阻的光線照射擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡，通過分束 器、透鏡到達(dá)DMD。保持DMD同一幀光輻射不變，其加載的掩膜為1和0數(shù)量相等的0-1矩陣。控 制元件控制DMD中各微鏡的閉合、翻轉(zhuǎn)，使得DMD將接收到的一幀光輻射等分為第一光輻射 和第二光輻射，并使所述第一光輻射沿第一路徑射出、所述第二光輻射沿不同于第一路徑 的第二路徑射出。其中：第一光輻射經(jīng)過第一窄帶濾光片、第一會(huì)聚元件到達(dá)第一點(diǎn)探測(cè) 器，得到第一光電信號(hào)參量EdKTh。第二光輻射經(jīng)過第二窄帶濾光片、第二會(huì)聚元件到達(dá)第 二點(diǎn)探測(cè)器，得到第二光電信號(hào)參量Ed 2(T)1。Ed1(T)1和Ed2(T) 1經(jīng)過除法器得到比值X1，X1 = Edi(T)i/Ed2(T)i；
[0237] 調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)光源的不同等效電流或電壓或電阻可計(jì)算出不同電流或電壓或電阻下 的一系列溫度Ti，T2，T 3. . .Tdi，通過本系統(tǒng)測(cè)得對(duì)應(yīng)的Edi(T)i與Ed2(T)i比值XhX^Xs. . .Xi， 保持DMD固定一幀不變，其DMD上加載的掩膜為1和0數(shù)量相等的0-1矩陣。接著利用公式擬合 得出相應(yīng)系數(shù)，即得到此種環(huán)境下的輻射體(即基準(zhǔn)光源)的光輻射溫度曲線公式。即：確定 擬合系數(shù)(即上述的預(yù)設(shè)系數(shù))Α'和Β'，其中：
[0238] Edi(T)i/Ed2(T)i=A，exp(B7Tdi)
[0239] Edi(T)2/Ed2(T)2=A，exp(B7Td2)
[0240] Edi(T)3/Ed2(T)3=A，exp(B，/Td3)
[0241] ……
[0242] Ε<η(Τ)=Αι(λ1)θχρ(Βι(λ1)/Τ)
[0243] Ed2(T) =Α2(λ2)θχρ(Β2(λ2)/Τ)
[0244] a' =Αι(λ1)/Α2(λ2)，B' =131(^)-132(^2)。
[0245] 具體可以是利用公式擬合得出相應(yīng)系數(shù)A'和B'，得到此種環(huán)境下的該輻射體的光 輻射溫度曲線公式;然后通過計(jì)算機(jī)程序設(shè)定好此系數(shù)下的計(jì)算公式，即可測(cè)量或者監(jiān)測(cè) 任何情況下的輻射溫度。在實(shí)際測(cè)溫過程中，利用指數(shù)形式的多項(xiàng)式展開，獲得多項(xiàng)式的系 數(shù)，或者利用其它復(fù)雜的擬合方程獲得擬合系數(shù)。
[0246] 由此，本實(shí)施方式有效地克服了紅外測(cè)溫中各種物體的"輻射率修正"難題，克服 了測(cè)量條件復(fù)雜、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量條件波動(dòng)或者水蒸氣等因素的環(huán)境吸收造成的測(cè)量誤差，實(shí)現(xiàn) 了高精度的溫度測(cè)量。
[0247] 在本實(shí)施方式中，在實(shí)際測(cè)溫過程中，可以通過計(jì)算機(jī)程序設(shè)定好此系數(shù)下的計(jì) 算公式，即可測(cè)量或者監(jiān)測(cè)任何情況下的輻射溫度?？梢岳弥笖?shù)形式的多項(xiàng)式展開，獲得 多項(xiàng)式的系數(shù)，或者利用其它復(fù)雜的擬合方程獲得擬合系數(shù)，可在實(shí)際操作過程中實(shí)現(xiàn)更 高精度的測(cè)量。這里實(shí)際是利用現(xiàn)場(chǎng)定標(biāo)的實(shí)驗(yàn)方法找出實(shí)際條件下待測(cè)對(duì)象(某一具體 物體，灰體而非黑體）的熱輻射規(guī)律，并給與校準(zhǔn)，再利用該規(guī)律在原有條件下進(jìn)行溫度監(jiān) 測(cè)或測(cè)溫，即利用"替代法"校準(zhǔn)該實(shí)際條件下的許多隱含參量。
[0248] 本實(shí)施方式中，溫度確定裝置（如除法器、計(jì)算元件）可以由單片機(jī)、FPGA芯片、計(jì) 算機(jī)、服務(wù)器等替換。數(shù)據(jù)運(yùn)算可以通過程序模塊執(zhí)行。程序可以包括例程、程序、目標(biāo)程 序、組件、邏輯、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，它們執(zhí)行特定的任務(wù)或者實(shí)現(xiàn)特定的抽象數(shù)據(jù)類型。計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)/服務(wù)器可以在分布式云計(jì)算環(huán)境中實(shí)施，分布式云計(jì)算環(huán)境中，任務(wù)是由通過通信網(wǎng)絡(luò) 鏈接的遠(yuǎn)程處理設(shè)備執(zhí)行的。在分布式云計(jì)算環(huán)境中，程序模塊可以位于包括存儲(chǔ)設(shè)備的 本地或遠(yuǎn)程計(jì)算系統(tǒng)存儲(chǔ)介質(zhì)上。
[0249] 最后應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制性的。 盡管參照實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本 實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范 圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于光輻射的測(cè)溫設(shè)備，其特征在于包括： 光輻射等分裝置，配置為接收待測(cè)對(duì)象的光輻射，將接收到的光輻射等分為第一光輻 射和第二光輻射，并使所述第一光輻射沿第一路徑射出、所述第二光輻射沿不同于第一路 徑的第二路徑射出； 布置在所述第一路徑上的第一濾光元件，配置為接收所述第一光輻射，并將接收到的 第一光福射過濾為波長(zhǎng)為第一波長(zhǎng)的光； 布置在所述第二路徑上的第二濾光元件，配置為接收所述第二光輻射，并將接收到的 第二光輻射過濾為波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光； 布置在第一路徑上的第一探測(cè)裝置，配置為接收波長(zhǎng)為第一波長(zhǎng)的光并將其轉(zhuǎn)換為相 應(yīng)的第一光電信號(hào)參量； 布置在第二路徑上的第二探測(cè)裝置，配置為接收波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光并將其轉(zhuǎn)換為相 應(yīng)的第二光電信號(hào)參量； 溫度確定裝置，配置為接收來(lái)自所述第一探測(cè)裝置和第二探測(cè)裝置的所述第一和第二 光電信號(hào)參量，并根據(jù)所述第一和第二光電信號(hào)參量與溫度的預(yù)定關(guān)系確定出所述待測(cè)對(duì) 象的溫度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)溫設(shè)備，其特征在于，所述溫度確定裝置根據(jù)如下的所述預(yù) 定關(guān)系確定待測(cè)對(duì)象的溫度： T = B，/ln(X/A，） 其中，X = Ei(T)/E2(T)，A'、B'為預(yù)設(shè)系數(shù)，T為所述待測(cè)對(duì)象的溫度， El(T)為所述第一 光電信號(hào)參量，E2(T)為所述第二光電信號(hào)參量。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)溫設(shè)備，其特征在于，所述光輻射等分裝置包括： 空間光調(diào)制器，配置為根據(jù)預(yù)定控制將接收到的待測(cè)對(duì)象的光輻射等分為所述第一光 輻射和第二光輻射，并使第一光輻射沿第一路徑射出、第二光輻射沿不同于第一路徑的第 二路徑射出； 控制元件，配置為根據(jù)預(yù)定輸入對(duì)所述空間光調(diào)制器進(jìn)行上述預(yù)定控制。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)溫設(shè)備，其特征在于，所述空間光調(diào)制器為選自數(shù)字微鏡器 件、光強(qiáng)數(shù)字調(diào)制器或液晶光閥。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)溫設(shè)備，其特征在于，所述數(shù)字微鏡器件包括多個(gè)微鏡和與 所述多個(gè)微鏡對(duì)應(yīng)的多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈，各個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈根據(jù)所述預(yù)定控制將各個(gè)微鏡向預(yù)設(shè)方 向翻轉(zhuǎn)，使得所述多個(gè)微鏡中的一半微鏡將接收到的待測(cè)對(duì)象的一半的光輻射沿第一路徑 射出，所述多個(gè)微鏡中的另一半微鏡將接收到的待測(cè)對(duì)象的另一半的光輻射沿不同于第一 路徑的第二路徑射出。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)溫設(shè)備，其特征在于，所述第一探測(cè)裝置為第一點(diǎn)探測(cè)器， 所述第二探測(cè)裝置為第二點(diǎn)探測(cè)器，并且 所述測(cè)溫設(shè)備還包括布置在所述第一路徑上、位于所述第一點(diǎn)探測(cè)器與所述空間光調(diào) 制器之間的第一會(huì)聚元件，和布置在所述第二路徑上、位于所述第二點(diǎn)探測(cè)器與空間光調(diào) 制器之間的第二會(huì)聚元件， 所述第一點(diǎn)探測(cè)器位于所述第一會(huì)聚元件的光焦點(diǎn)處； 所述第二點(diǎn)探測(cè)器位于所述第二會(huì)聚元件的光焦點(diǎn)處。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)溫設(shè)備，其特征在于，所述測(cè)溫設(shè)備還包括： 布置在所述第一路徑上、位于所述第一點(diǎn)探測(cè)器與所述空間光調(diào)制器之間的第一光強(qiáng) 衰減元件，和 布置在所述第二路徑上、位于所述第二點(diǎn)探測(cè)器與空間光調(diào)制器之間的第二光強(qiáng)衰減 元件。8. 根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的測(cè)溫設(shè)備，其特征在于，所述第一濾光元件和所述第二濾 光元件為中心波長(zhǎng)相差至少l〇nm的第一窄帶濾光片和第二窄帶濾光片，所述第一窄帶濾光 片和第二窄帶濾光片的半高寬參數(shù)至少為l〇nm。9. 根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的測(cè)溫設(shè)備，其特征在于，所述光電信號(hào)參量包括光子數(shù)、電 流值、電壓值、電阻值中任意一種。10. 根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的測(cè)溫設(shè)備，其特征在于，所述光輻射為紅外波段的光輻 射。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的測(cè)溫設(shè)備，其特征在于， 所述第一和第二點(diǎn)探測(cè)器選自近紅外、中遠(yuǎn)紅外、遠(yuǎn)紅外波段的外光電效應(yīng)探測(cè)器組、 內(nèi)光電效應(yīng)探測(cè)器組、強(qiáng)光探測(cè)器組和弱光探測(cè)器組中的任意一種，其中， 所述外光電效應(yīng)探測(cè)器組包括:雪崩二極管、真空光電管、充氣光電管、光電倍增管、變 像管、像增強(qiáng)器、攝像管； 所述內(nèi)光電效應(yīng)探測(cè)器組包括:本征型光電導(dǎo)探測(cè)器、摻雜型光電導(dǎo)探測(cè)器、光磁電效 應(yīng)探測(cè)器、光生伏特探測(cè)器； 所述強(qiáng)光探測(cè)器組包括：內(nèi)置或者外置有模數(shù)轉(zhuǎn)換器的強(qiáng)光探測(cè)器； 所述弱光探測(cè)器組包括：內(nèi)置或者外置有計(jì)數(shù)器的弱光探測(cè)器。12. -種基于光輻射的測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于，包括： 如權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的基于光輻射的測(cè)溫設(shè)備以及定標(biāo)裝置， 所述定標(biāo)裝置包括溫度可調(diào)節(jié)的基準(zhǔn)光源，所述基準(zhǔn)光源配置為在一個(gè)定標(biāo)階段中， 將調(diào)節(jié)成的不同溫度的光輻射射向所述光輻射等分裝置，由所述光輻射等分裝置將接收到 的光輻射等分為第一光輻射和第二光輻射，使第一光輻射沿第一路徑射出、第二光輻射沿 不同于第一路徑的第二路徑射出，以獲取多個(gè)第一和第二光電信號(hào)參量，并根據(jù)所述不同 溫度與所述第一和第二光電信號(hào)參量的計(jì)量值，確定出所述第一和第二光電信號(hào)參量與溫 度的預(yù)定關(guān)系。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于，所述確定調(diào)節(jié)的不同溫度和獲取的 多個(gè)第一和第二光電信號(hào)參量的預(yù)定關(guān)系為： Edi(T)i/Ed2(T)i=A，exp(B，/Tdi)， 其中，i為1至η的自然數(shù);A'、B'為預(yù)設(shè)系數(shù)，Tdl為所述基準(zhǔn)光源發(fā)出的第i個(gè)溫度，Edl (Th為第i次定標(biāo)時(shí)測(cè)得的波長(zhǎng)為第一波長(zhǎng)的光的光電信號(hào)參量，EddTh為第i次定標(biāo)時(shí)測(cè) 得的波長(zhǎng)為第二波長(zhǎng)的光的光電信號(hào)參量。14. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于，所述定標(biāo)裝置還包括將基準(zhǔn)光 源的光輻射轉(zhuǎn)化為平行光輻射的擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于，所述定標(biāo)裝置還包括將所述擴(kuò)束準(zhǔn) 直透鏡轉(zhuǎn)化的平行光輻射射向所述光輻射等分裝置的分束器。
【文檔編號(hào)】G01J5/08GK205642633SQ201620114797
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年2月4日
【發(fā)明人】俞文凱, 趙清, 葛墨林, 翟光杰, 劉雪峰, 姚旭日
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)