[发明专利]一种可用于高温三维测量的装置及其测量方法

权利要求书

1.一种可用于高温三维测量的装置及其测量方法，包括装置硬件部分和测量方法两大块；其中，所述的可用于高温三维测量的装置的硬件部分包括：数据采集模块、数值模拟模块、数据存储和显示模块三大部分；其中数据采集模块负责采集三维待测场的发射光谱图像，数值模拟模块负责对采集到的图像信息进行预处理并三维重建，数据存储和显示模块负责对外输出重建后的数据和图像；其特点是：所述的数据采集模块是本装置的核心部分，主要由三维待测场、两个衰减片、两个分光镜、四个滤光片、四个CCD和图像采集卡组成；为避免环境光或其他因素对测试结果的影响，所有光学元件都被密封在一个精密机械加工的套筒中，并将内壁镀上膜层；其中，斜面上镀分光膜，四个直角通光表面镀宽带多层增透膜，从而提高测量精度。

2.根据权利要求1所述的一种可用于高温三维测量的装置及其测量方法，其特征在于：所述的衰减片(2-2和2-8)均采用相同厂家、相同型号的中性衰减片，根据三维待测场的温度高低选择衰减比例；

所述的两个分光镜(2-3和2-9)均采用相同厂家、相同型号的半反射半透射型分光镜；

所述的四个滤光片(2-4，2-6，2-10和2-12)均采用相同厂家的窄带滤光片，但中心波长不一致；其中，滤光片(2-4和2-10)的中心波长为λ₁，滤光片(2-6和2-12)的中心波长为λ₂；

所述的四个CCD(2-5，2-7，2-11和-13)均采用相同厂家、相同型号的面阵CCD，为方便叙述，分别记为CCD1，CCD2，CCD3和CCD4；

所述的采集卡(2-14)为四路图像采集卡。

3.根据权利要求2所述的一种可用于高温三维测量的装置及其测量方法，其特征在于：所述的CCD1(2-5)和CCD3(2-11)构成一组对应于中心波长λ₁的正交光路，夹角为90°；CCD2(2-7)和CCD4(2-13)构成一组对应于中心波长λ₂的正交光路，夹角为90°。

4.根据权利要求1所述的一种可用于高温三维测量的装置及其测量方法，其特征在于：所述的数值模拟模块是本装置处理算法的部分，在测量精度要求不高，且待测场温度的情况下，则选择经典的三维重建算法；在测量精度要求高，且待测场不稳定，对实时性要求较高时，则采取多目标优化三维重建算法，同时满足几个优化条件。

5.根据权利要求1所述的一种可用于高温三维测量的装置及其测量方法，其特征在于：三维温度场测量步骤如下：

(1)根据CCD1和CCD3采集到的数据，利用多目标优化三维重建算法，重建出对应于λ₁的发射系数ε₁(λ₁,T)；

(2)根据CCD2和CCD4采集到的数据，利用多目标优化三维重建算法，重建出对应于λ₂的发射系数ε₂(λ₂,T)；

(3)根据发射光谱相对强度法，计算出温度场的三维分布；

ϵ1(λ1,T)ϵ2(λ2,T)=λ2A1g1λ1A2g2exp(E2-E1kT)]]>

T=E2-E1k(1nϵ1(λ1,T)ϵ2(λ2,T)+1nλ1A2g2λ2A1g1)]]>

其中，A₁和A₂为所用波长对应的氩原子的跃迁几率，g₁和g₂为所用波长对应的氩原子的统计权重，E₁和E₂为所用波长对应的氩原子的能量，k为玻尔兹曼常数，其具体数值可以通过查表获得。

(4)根据需要，可得到三维待测场任意截面内的温度分布状态。