一种高精度谱带辐射率测量系统和方法

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	一种高精度谱带辐射率测量系统和方法
	黄善杰; 许方宇; 王岭雪; 宋腾飞; 张涛
申请（专利权）人	中国科学院云南天文台
专利号	ZL202210376809.9
申请号	CN202210376809.9
	2022-11-29
申请日期	2022-04-12
公开（公告）号	CN114719996A ; CN114719996B
公开日期	2022-07-08
IPC 分类号	G01J5/53
授权国家	中国
专利类型	发明
专利状态	授权
授权日期	2022-11-29
学科领域	仪器仪表技术
产权排序	1
摘要	本发明涉及一种高精度谱带辐射率测量系统和方法，该系统包括红外测量装置和控温装置；控温装置包括第一水冷机和第二水冷机。在不同镜头温度下，分别对不同温度的被测目标和黑体进行红外测量，获得对应的仪器读数。根据仪器读数方程，建立两个超定方程组，并求解最小二乘解，进而获得被测目标的谱带辐射率。本发明可以用于测量常规物体以及抛光金属表面、光滑涂层表面、光学镜面、光滑陶瓷表面等非朗伯体在特定温度范围内的谱带辐射率。
主权项	1.一种高精度谱带辐射率测量方法，其特征在于：包括以下步骤： 1.1确定目标温度范围：根据目标在常见使用环境中的实际温度变化范围，给出涵盖实际温度变化范围的目标温度范围，记为[Ta，Tb]； 1.2确定环境温度范围：根据使用环境的实际温度范围，给出环境温度范围，记为[TSa，TSb]； 1.3确定黑体温度范围：黑体的辐射率不随波长和温度而变化，黑体温度范围设为等于或者小于目标温度范围，以降低黑体通过对流和辐射热交换对红外探测器的热影响，黑体温度范围记为[TBa，TBb]； 1.4制作目标变温装置； 1.5对目标温度范围[Ta，Tb]等间隔采样m项，获得温度数列{Ti}，i＝1，2，...m；对黑体温度范围[TBa，TBb]等间隔采样z项，获得温度数列{Tq}，q＝1，2，...z；对环境温度范围[TSa，TSb]采样获取n个温度点，获得温度数列{TSj}，j＝1，2，...n； 1.6温度数列{Ti}和{TSj}两两组合，获得m×n个温度参数组合[Ti，TSj]；温度数列{Tq}和{TSj}两两组合，获得z×n个温度参数组合[Tq，TSj]； 1.7测量不同温度参数组合对应的红外测量装置的仪器读数：从温度参数组合[Ti，TSj]的第一项开始，目标温度和镜头温度分别设置为温度参数组合[Ti，TSj]中每一项对应的温度值，其中镜头温度对应TSj，同时获取红外测量装置对应的仪器读数{Rs}，s＝1，2，...k，其中，k＝m×n；所述仪器读数R为红外测量装置的所有像元读数的平均值；红外测量装置的工作波段等于谱带辐射率的波段范围，记为[λ1，λ2]；测量时，保证被测目标充满红外测量装置的视场；从温度参数组合[Tq，TSj]的第一项开始，黑体温度和镜头温度分别设置为温度参数组合[Tq，TSj]中每一项对应的温度值，同时获取红外测量装置对应的仪器读数{RBr}，r＝1，2，...h，其中，h＝z×n；测量时，保证黑体发射面充满红外测量装置的视场； 1.8给出黑体温度分别为数列{Ti}，{Tq}和{TSj}中各温度值时，在[λ1，λ2]波长范围内的波段辐射出射度，记为数列{Mi}，{Mq}和{MSj}； 1.9数列{Mi}和{MSj}两两组合，获得k个辐射出射度参数组合[Mi，MSj]，每个组合对应一个仪器读数{Rs}，s＝1，2，...k；仪器读数表示为： R＝DM+EMS+F (1) [Mi，MSj]和对应的仪器读数{Rs}带入式(1)，获得k个二元一次方程，组成一个超定方程组，写成矩阵的形式如式(2)所示： 1.10数列{Mq}和{MSj}两两组合，获得h(z×n)个辐射出射度参数组合[Mq，MSj]，每个组合对应一个仪器读数{RBr}，r＝1，2，…h；带入式(1)，进而获得h个二元一次方程，组成超定方程组，写成矩阵的形式如式(3)所示： 1.11计算出镜面辐射率：根据最小二乘法，求解出上述2个超定方程组的最小二乘解，即获得每个方程组中各方程误差的平方和最小值对应的系数D，E，F，分别记为D0，E0，F0以及DB，EB，FB；被测目标的辐射率记为εm，εm＝(D0/DB)*εb；其中，εb为所用黑体的辐射率。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：1.4中，把被测目标制成厚度为亚毫米级的薄片，通过导热硅胶黏贴在水冷头表面，水冷头内有液冷腔体，水冷头的出液口和进液口分别与高控温精度水冷机的进、出液口连接；目标温度与流入的冷却液相同，改变冷却液温度即可精准改变目标温度。 3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：测量装置包括红外测量装置和控温装置；控温装置包括第一水冷机和第二水冷机，薄壁硅胶软管与第一水冷机的进、出液口连接，硅胶软管密集缠绕在红外测量装置的镜头外壳。 4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：红外测量装置为红外焦平面阵列探测器，配套F数小于等于1的短焦红外成像镜头。 5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：液冷系统的冷却液为乙二醇型冷却液。 6.一种高精度谱带辐射率测量系统，其特征在于：包括红外测量装置和控温装置；控温装置包括第一水冷机和第二水冷机，薄壁硅胶软管与第一水冷机的进液口和出液口连接，薄壁硅胶软管密集缠绕在红外测量装置的镜头外壳；冷却液温度作为镜头温度；被测目标通过导热硅胶黏贴在水冷头表面，水冷头内有液冷腔体，水冷头的出液口和进液口分别与第二水冷机的进、出液口连接，按权利要求1-5中任一项所述的方法进行测量。
语种	中文
专利代理人	亢能 ; 陈左
代理机构	昆明正原专利商标代理有限公司
文献类型	专利
条目标识符	http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/25280
专题	天文技术实验室选址与日冕观测组
作者单位	中国科学院云南天文台, 云南省昆明市官渡区羊方旺396号
第一作者单位	中国科学院云南天文台
推荐引用方式 GB/T 7714	黄善杰,许方宇,王岭雪,等. 一种高精度谱带辐射率测量系统和方法. ZL202210376809.9[P]. 2022-11-29.

条目包含的文件
文件名称/大小	文献类型	版本类型	开放类型	使用许可
CN114719996A-一种高精度谱带（418KB）	专利		开放获取	CC BY-NC-SA	浏览请求全文
CN114719996B-一种高精度谱带（612KB）	专利		开放获取	CC BY-NC-SA	浏览请求全文