测。
[0030]分别放置第一离轴抛物面反射镜6、第三离轴抛物面反射镜12、第五离轴抛物面反射镜16，使传导光纤3出射端等效的位于其焦点位置，出于离轴抛物面作为反射镜时能够将位于其焦点位置的点光源发出的发散光准直为平行光的特性，第一离轴抛物面反射镜6反射至第一二元光栅7、第三离轴抛物面反射镜12反射至第二二元光栅13、第五离轴抛物面反射镜16反射至第三二元光栅17的光为平行光。经第一二元光栅7分光后入射到第二离轴抛物面反射镜8、第二二元光栅13分光后入射到第四离轴抛物面反射镜14、第三二元光栅17分光后入射到第六离轴抛物面反射镜18的不同波长的光入射方向不同，而同一波长的光为平行光。出于离轴抛物面作为反射镜时能够反射聚焦入射平行光消除像差的特性，第二离轴抛物面反射镜8反射聚焦至第一接收靶面9、第四离轴抛物面反射镜14反射聚焦至第二接收靶面15、第六离轴抛物面反射镜18反射聚焦至第三接收靶面19上的特征光谱弥散斑尺寸将大大减小，从而提高系统的光谱分辨率，并便于对特征光谱信号采集。
[0031]设置第一接收靶面9位于第二离轴抛物面反射镜8的焦面，设置第二接收靶面15位于第四离轴抛物面反射镜14的焦面，设置第三接收靶面19位于第六离轴抛物面反射镜18的焦面。在第一接收靶面9、第二接收靶面15和第三接收靶面19上各特征光谱对应位置设置通道狭缝，每一个通道狭缝连接光纤22，将提取的特征光谱信号送入光电倍增管10。可根据需要在接收靶面设置通道狭缝的个数，对于每种元素，可设三个或三个以上通道狭缝，对其提取多根特征光谱信号，用于建立多个方程拟合目标温度。并可以根据需要选取合适的方程进行拟合，提高计算拟合精度，从而保证最终的测量精度。
[0032]本发明所述的基于粗精二级分光结构的非稳环境瞬态温度测量装置的优点在于，利用传导光纤连接前置光学机构和分光机构，可使分光机构及后面与之连接的信号采集与处理模块免受测试现场强电磁辐射、振动、温度变化快等恶劣因素的影响。光谱范围宽(波长在300-2000nm)，能够对紫外至近红外波段光谱范围内的多种元素的特征谱线进行提取。分光机构使用二元光栅作为核心分光元件，具有更高的衍射效率，提高了目标光谱信号的能量利用率，便于光电探测器对特征光谱信号进行探测。分光机构使用离轴抛物面作为反射镜准直和聚焦光谱，可有效消除像差，使接收靶面上各特征光谱的焦斑具有更小的几何尺寸，提高了光谱分辨率，且便于采集。对于每种测量元素，可设三个或以上狭缝通道提取多根特征光谱信号建立多个方程，并可以根据需要选取合适的方程拟合目标温度，有利于提高拟合精度，保证最终的测量精度。结构简单，体积小，便于携带。
【主权项】
1.一种基于粗精二级分光结构的非稳环境瞬态温度测量装置，其特征在于:包括前置光学机构、传导光纤(3)、分光机构和信号采集与处理模块，传导光纤(3) —端与前置光学机构连接，另一端与分光机构连接，分光机构再与信号采集与处理模块连接； 所述前置光学机构包括准直物镜(1)、分光镜(2 )和(XD (20 )，沿光轴依次设置准直物镜(1)和分光镜(2)，目标发射的光谱经准直物镜(1)会聚后，进入分光镜(2)，经分光镜(2)分为反射光和透射光，反射光进入C⑶(20)，(XD (20)的靶面等效地位于准直物镜(1)的焦面处，利用它可以在测量时方便地观察并对准远处的目标，透射光进入传导光纤(3)的一端，从传导光纤(3)另一端射出，进入分光机构； 所述分光机构包括第一分光棱镜(4)、第二分光棱镜(5)、第一二元光栅(7)、第二二元光栅(13)、第三二元光栅(17)、第一离轴抛物面反射镜(6)、第二离轴抛物面反射镜(8)、第三离轴抛物面反射镜(12)、第四离轴抛物面反射镜(14)、第五离轴抛物面反射镜(16)、第六离轴抛物面反射镜(18 )、第一接收靶面(9 )、第二接收靶面(15 )和第三接收靶面(19 );共光轴依次设置传导光纤(3 )出射端、第一分光棱镜(4)和第二分光棱镜(5 )，从传导光纤(3 )出射端射出的光，经第一分光棱镜(4)根据谱段不同，分为红外、可见光谱段的第一透射光和紫外光谱段的第一反射光，第一反射光射入第三离轴抛物面反射镜(12)，经第三离轴抛物面反射镜(12)准直后射入第二二元光栅(13)，第二二元光栅(13)将不同波长的光谱分开后射入第四离轴抛物面反射镜(14)，经第四离轴抛物面反射镜(14)聚焦，由第二接收靶面(15)提取经第四离轴抛物面反射镜(14)聚焦后的特征光谱信号；第一透射光射入第二分光棱镜(5)，经第二分光棱镜(5)根据谱段不同，分为可见光谱段的第二透射光和红外光谱段的第二反射光，第二反射光射入第五离轴抛物面反射镜(16)，经第五离轴抛物面反射镜(16)准直后，射入第三二元光栅(17)，第三二元光栅(17)将不同波长的光谱分开后射入第六离轴抛物面反射镜(18)，经第六离轴抛物面反射镜(18)聚焦，第三接收靶面(19)提取经第六离轴抛物面反射镜(18)聚焦的特征光谱信号；第二透射光射入第一离轴抛物面反射镜(6)，经第一离轴抛物面反射镜(6)准直后，射入第一二元光栅(7)，第一二元光栅(7)将不同波长的光谱分开后射入第二离轴抛物面反射镜(8)，经第二离轴抛物面反射镜(8)聚焦后，第一接收靶面(9)提取经第二离轴抛物面反射镜(8)聚焦的特征光谱信号；第一接收靶面(9)、第二接收靶面(15)和第三接收靶面(19)分别与信号采集与处理模块连接。2.根据权利要求1所述的基于粗精二级分光结构的非稳环境瞬态温度测量装置，其特征在于:所述信号采集与处理模块包括通过导线依次连接的光电倍增管(10)、处理电路(11)和计算机(21);光电倍增管(10)再通过光纤(22)分别与第一接收靶面(9)、第二接收靶面(15 )和第三接收靶面(19 )连接，第一接收靶面(9 )、第二接收靶面(15)和第三接收靶面(19)提取到的特征光谱信号分别送入光电倍增管(10)，由光电倍增管(10)探测到特征光谱信号的光能量后，输出与其强度相对应的电流信号，再经处理电路(11)将这一电流信号转化放大为电压信号，送入计算机(21)，通过激发温度算法数学模型和辐射温度算法数学模型分析得到测量对象的瞬态温度。3.根据权利要求1所述的基于粗精二级分光结构的非稳环境瞬态温度测量装置，其特征在于:所述传导光纤(3)芯径大于准直物镜(1)的焦斑直径。4.根据权利要求1所述的基于粗精二级分光结构的非稳环境瞬态温度测量装置，其特征在于:所述传导光纤(3)的NA值与准直物镜(1)的F数之间符合如下关系式:arctan(1/2F) < arcsin NA 。5.根据权利要求1所述的基于粗精二级分光结构的非稳环境瞬态温度测量装置，其特征在于:所述传导光纤(3)出射端等效位于第一离轴抛物面反射镜(6)、第三离轴抛物面反射镜(12)和第五离轴抛物面反射镜(16)的焦点。6.根据权利要求1所述的基于粗精二级分光结构的非稳环境瞬态温度测量装置，其特征在于:所述第一接收靶面(9 )位于第二离轴抛物面反射镜(8 )的焦面，第二接收靶面(15 )位于第四离轴抛物面反射镜(14)的焦面，第三接收靶面(19)位于第六离轴抛物面反射镜(18)的焦面。
【专利摘要】本发明公开了一种基于粗精二级分光结构的非稳环境瞬态温度测量装置，包括前置光学机构、传导光纤、分光机构和信号采集与处理模块；前置光学机构通过传导光纤将目标发出的光谱传输到分光机构，分光机构将特征光谱信号分离提取出来，送入到信号采集与处理系统，信号采集与处理系统产生与特征光谱信号强度相对应的电压信号，通过激发温度算法数学模型和辐射温度算法数学模型对其分析得到测量对象的瞬态温度。本发明可对宽光谱范围内多种元素的特征光谱进行提取，能够对存在强电磁辐射、振动、温度变化快等恶劣因素的非稳定环境中的目标的温度进行精确测量。
【IPC分类】G01J5/10, G01J5/00, G01J5/08
【公开号】CN105258802
【申请号】CN201510735517
【发明人】沈华, 王念, 朱泽忠, 黄哲强, 朱日宏, 李嘉, 高金铭, 孙越
【申请人】南京理工大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年11月3日