一种非朗伯体红外测温精度的测量方法和装置

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	一种非朗伯体红外测温精度的测量方法和装置
	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	ZL202210376695.8
申请号	CN202210376695.8
	2022-12-06
申请日期	2022-04-12
公开（公告）号	CN114754873A ; CN114754873B
公开日期	2022-07-15
IPC 分类号	G01J5/00G06F17/11
授权国家	中国
专利类型	发明
专利状态	授权
授权日期	2022-12-06
学科领域	机械工程 ; 仪器仪表技术
产权排序	1
摘要	本发明涉及一种非朗伯体红外测温精度的测量方法和装置，该方法包括确定温度范围；制作变温装置；获得温度采样数列并组合出温度参数组合和对应的辐射出射度参数组合；测量获取不同温度参数组合对应的红外测温装置的仪器读数；根据仪器读数方程，获得红外测温装置测量非朗伯体和黑体的超定方程组；根据最小二乘法，求解超定方程组的系数；求解非朗伯体温度和黑体温度的函数表达式；计算测量非朗伯体和黑体温度的两个S值，进而获取红外测温装置测量非朗伯体的测温精度。本发明可以测量出红外测温装置对抛光金属表面、光滑涂层表面、光学镜面、光滑陶瓷表面等非朗伯体的测温精度。
主权项	1.一种测量非朗伯体红外测温精度方法，其特征在于：包括以下步骤：确定非朗伯体温度范围、环境温度范围以及对比测量用的黑体温度范围；制作载有非朗伯体样品的变温装置；获得三个温度范围的采样数列并组合出两个温度参数组合和对应的辐射出射度参数组合；测量获取不同温度参数组合对应的红外测温装置的仪器读数；根据仪器读数方程，获得红外测温装置测量非朗伯体和黑体的两个超定方程组；根据最小二乘法，求解两个超定方程组的系数，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；求解非朗伯体温度和黑体温度的函数表达式；计算测量非朗伯体和黑体温度的两个S值；基于红外测温装置对黑体的测温精度和S值，获取红外测温装置测量非朗伯体的测温精度。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：包括以下步骤： 1.1确定非朗伯体温度范围； 1.2确定环境温度范围； 1.3确定对比测量用的黑体温度范围； 1.4制作载有非朗伯体样品的变温装置； 1.5对非朗伯体温度范围等间隔采样获取m个温度点，记为温度数列{Ti}；对黑体温度范围等间隔采样获取z个温度点，记为温度数列{Tq}；对环境温度范围采样获取n个温度点，获得温度数列{TSj}； 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温装置的仪器读数，所用红外测温装置的工作波段记为[λ1，λ2]； 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，分别记为数列{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，其中，k＝m×n；仪器读数表示如式(1)所示： R＝DM+EMS+F (1) [Mi，MSj]和对应的仪器读数{Rs}带入式(1)的仪器读数方程，获得k个二元一次方程，组成一个超定方程组，如式(2)所示： 1.10数列{Mq}和{MSj}两两组合，获得h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，其中，h＝z×n；带入式(1)，进而获得h个二元一次方程，组成另一个超定方程组，如式(3)所示： 1.11求解仪器读数方程组系数：根据最小二乘法，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； 1.12求解非朗伯体温度的函数表达式：被测非朗伯体和镜头在[λ1，λ2]波段内的光谱辐射出射度用温度表示，带入仪器读数方程，获得以镜头温度为自变量，被测非朗伯体温度T的函数表达式，如式(4)所示： T＝((R-F0-E0FSσTS^4)/D0Fσ)1/4 (4) 简写为T＝f(TS)，其中TS为镜头温度，F为温度T的黑体在[λ1，λ2]波段内的谱带辐射出射度与总辐射出射度的比值，FS为温度TS的黑体在[λ1，λ2]波段内的谱带辐射出射度与总辐射出射度的比值，σ为斯特潘-玻尔兹曼常数，单位为W/cm/^2·K^4；T和TS确定时，F和FS为常数；黑体温度的函数表达式，如式(5)所示： TB＝((R-Fb-EbFSσTS^4)/DbFσ)1/4 (5) 1.13：计算S值，如式(6)所示： S＝f(TS) (6) 把镜头温度为TS，红外测温装置测量温度为T的非朗伯体和黑体时的仪器读数R1和R2带入上式，计算出两个S值，分别记为S1和S2，其中S1为测量非朗伯体的S值； 1.14：获取红外测温装置测量非朗伯体的测温精度σp，如式(7)所示： σp＝σ*(S1/S2) (7) 其中，σ为红外测温装置测量黑体时的测温精度，是红外测温装置的一项基本性能参数。 3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤1.3中，黑体温度范围设为等于或者小于非朗伯体温度范围。 4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤1.4中，被测非朗伯体样品为亚毫米级的薄片，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；非朗伯体样品温度与流入的冷却液相同。 5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：红外测温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。 6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：冷却液为乙二醇型冷却液。 7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：测量装置包括红外测温装置和控温装置；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，密集缠绕在红外测温装置的镜头外壳。 8.一种非朗伯体红外测温精度的测量装置，其特征在于：包括红外测温装置和控温装置；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温装置的镜头外壳；冷却液温度作为镜头温度；被测非朗伯体样品黏贴在水冷头表面，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1-7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/114a53/25384
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. 一种非朗伯体红外测温精度的测量方法和装置. ZL202210376695.8[P]. 2022-12-06.

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文件名称/大小	文献类型	版本类型	开放类型	使用许可
CN114754873A-一种非朗伯体红（426KB）	专利		开放获取	CC BY-NC-SA	浏览请求全文
CN114754873B-一种非朗伯体红（686KB）	专利		开放获取	CC BY-NC-SA	浏览请求全文