[发明专利]基于光谱技术的瞬态温度测量与反演系统

摘要

本发明提供了基于光谱技术的瞬态温度测量与反演系统，其包括会聚透镜A、光纤探头、光纤、分光仪、光电二极管阵列PDA、接口电路、计算机和显示器；其中，光纤探头的中心在会聚透镜A的主光轴方向上；光纤探头与光纤连接，光纤与分光仪连接；分光仪、光电二极管阵列、接口电路、计算机、显示器顺次连接；应用光谱反演方法，建立了基于全光谱测量的瞬态温度测试系统。目前的多谱辐射测温反演方法只能给出一个近似温度值，而无法给出实际的温度分布。本发明的系统，采用主成分回归算法，给出了基于多谱辐射测温方法的温度分布反演，实现了瞬态温度测量。可应用于爆炸，激光损伤等非接触测温领域的目标瞬态温度的测量与反演。

主权项

一种基于光谱技术的瞬态温度测量与反演系统，其特征在于，其包括会聚透镜A(2)、光纤探头(3)、光纤(4)、分光仪(5)、光电二极管阵列PDA(6)、接口电路(7)、计算机(8)和显示器(9)；其中，光纤探头(3)的中心在会聚透镜A(2)的主光轴方向上；光纤探头(3)与光纤(4)连接，光纤(4)与分光仪(5)连接；分光仪(5)、光电二极管阵列(6)、接口电路(7)、计算机(8)、显示器(9)顺次连接；会聚透镜A(2)的焦距根据具体测量要求选择，根据目标的距离来确定会聚透镜A(2)的焦距，焦距的选择使得光纤探头可以接收到尽量多的光信号；光纤(4)为大芯径多模光纤，光纤内径为200‑400微米；分光仪(5)为光栅分光仪，可将复色光分离成单色光，进行光谱测量和分析；计算机(8)中存储有计算及运行软件，计算机(8)能进行人机交互、信号处理、控制和数据计算；目标(1)经过某种作用而产生具有特征的光信号，经会聚透镜A(2)接收并耦合到光纤探头(3)中，通过光纤(4)传导；由光纤传导的光信号进入分光仪(5)，经其作用后，按波长的不同分开，照射在光电二极管阵列PDA(6)上；光电二极管阵列PDA(6)所产生的电信号经接口电路(7)后，进入计算机(8)；计算机(8)接收到传入的测量数据信息，基于普朗克辐射公式设计的软件程序对相关数据的处理计算；对目标的热辐射谱的光谱数据反演得到其温度分布；显示器(9)把信息是显示出来；普朗克黑体理论给出了物质表面的温度和其发射光谱间的关系，采用主成分回归方法，建立了辐射光谱与温度间的关系；目标的谱辐射出射度MvT与波数v、温度T的公式为 M vT = 2 πh c 2 v 3 ϵ 0 exp ( hcv k B T ) - 1 其中h是普朗克常数，c是光速，ε0是真空介电常数，kB是波尔兹曼常数。