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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
学科门类工学 ; 工学::机械工程 ; 工学::光学工程 ; 工学::仪器科学与技术
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=D*M+E*MS+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.
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