本實(shí)用新型專利技術(shù)公開了一種鏡面紅外測(cè)溫裝置，旨在提供一種可以準(zhǔn)確測(cè)量鏡面溫度的鏡面紅外測(cè)溫裝置。該紅外測(cè)溫裝置包括探測(cè)模塊、球面凹面鏡罩和用于連接探測(cè)模塊及球面凹面鏡罩的連接體；所述球面凹面鏡罩的內(nèi)表面為球面反射面，其頂點(diǎn)區(qū)域背面設(shè)置與連接體固定連接的圓形座；所述連接體的中心具有與探測(cè)模塊的探頭形狀相應(yīng)的通孔，探測(cè)模塊的探頭伸入連接體的通孔內(nèi)；所述圓形座中心設(shè)置與探頭形狀相應(yīng)的貫通孔，且該貫通孔延伸至球面凹面鏡罩內(nèi)表面，于球面凹面鏡罩形成開口。本實(shí)用新型專利技術(shù)可有效提高鏡面溫度測(cè)量的精度。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本技術(shù)涉及紅外測(cè)溫領(lǐng)域，尤其涉及一種鏡面紅外測(cè)溫裝置。
技術(shù)介紹
溫度是影響光學(xué)成像設(shè)備像質(zhì)的關(guān)鍵因素之一，對(duì)像質(zhì)的影響主要包括：鏡面與空氣的溫差起伏會(huì)在鏡面附近空氣中形成一層湍流，產(chǎn)生鏡面視寧度（mirrorseeing）；光學(xué)元件溫度變化引起的熱變形和折射率變化，使反射或透射后的波面偏離了理想波面，產(chǎn)生熱致像差；溫度引起的光學(xué)元件其它性能參數(shù)的變化。研究并消除溫度對(duì)光學(xué)成像設(shè)備的影響，光學(xué)鏡面的溫度精確測(cè)量是不可缺失的一環(huán)。目前光學(xué)鏡面溫度測(cè)量法有接觸測(cè)溫和間接測(cè)溫兩種，但都有一定的局限性：接觸測(cè)溫通過在鏡面布置測(cè)溫探頭獲取溫度，實(shí)際熱環(huán)境中，鏡面溫度分布比較復(fù)雜，必須有足夠多的測(cè)溫點(diǎn)數(shù)才能反映溫度分布。由于光學(xué)鏡面膜層和面形精度的超高要求，不能在鏡面黏貼很多測(cè)溫探頭。間接測(cè)溫是基于鏡面背部接觸測(cè)溫，通過數(shù)值計(jì)算間接反映鏡面溫度。鏡體的熱環(huán)境參數(shù)難以實(shí)測(cè)，包括鏡體與支撐結(jié)構(gòu)的復(fù)雜熱傳導(dǎo)、復(fù)雜多變的對(duì)流和輻射換熱等，導(dǎo)致計(jì)算出的鏡面溫度不準(zhǔn)確。非接觸測(cè)溫不會(huì)影響鏡面膜層和面形，與接觸測(cè)溫相比有明顯的優(yōu)勢(shì)。非接觸測(cè)溫技術(shù)種類繁多，主要包括適用于高溫物體的近紅外測(cè)溫、比色測(cè)溫、亮度測(cè)溫和多光譜輻射測(cè)溫等、基于形變測(cè)量的激光干涉測(cè)溫和全息干涉測(cè)溫技術(shù)等。光學(xué)鏡面的工作運(yùn)行狀態(tài)溫度多處于常溫范圍，適合常溫物體的非接觸測(cè)溫儀器為中、長波紅外測(cè)溫設(shè)備。光學(xué)鏡面鍍有各種用于提高反射或透射能力的膜層，表面紅外波段反射率很高且熱發(fā)射率很小，周邊環(huán)境在鏡面有強(qiáng)烈的反射輻射，嚴(yán)重干擾了測(cè)溫精度。目前紅外測(cè)溫技術(shù)可對(duì)漫發(fā)射體（朗伯體）進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)溫，對(duì)光學(xué)鏡面等高反射率表面的紅外測(cè)溫被認(rèn)為是不準(zhǔn)確的。傳統(tǒng)紅外測(cè)溫設(shè)備和測(cè)溫方法難以精準(zhǔn)測(cè)量鏡面溫度的原因主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：1）鏡面自身熱輻射遠(yuǎn)小于其反射的環(huán)境輻射。鏡面紅外波段的熱發(fā)射率極低、反射率超高，部分鍍金膜的鏡面反射率可達(dá)95%以上，熱發(fā)射率小于0.05。常溫鏡面自身熱輻射小于周邊環(huán)境甚至大氣下行輻射在鏡面的反射。傳統(tǒng)紅外測(cè)溫設(shè)備進(jìn)行鏡面測(cè)溫時(shí)，紅外探測(cè)器接受的紅外輻射主要是反射的環(huán)境輻射而非鏡面自身熱輻射。2）光學(xué)鏡面熱發(fā)射率低，常溫鏡面的自身熱輻射弱，部分超高反射鏡面的自身熱輻射小于傳統(tǒng)紅外測(cè)溫設(shè)備標(biāo)定的輻射測(cè)量下限。3）傳統(tǒng)紅外測(cè)溫設(shè)備，只能收集與鏡面法線成小夾角的鏡面自身熱輻射，多數(shù)鏡面的與法線呈小夾角的定向熱發(fā)射率較小，小于其大夾角定向熱發(fā)射率。紅外測(cè)溫儀收集的鏡面熱輻射只占鏡面總熱輻射的一小部分。由于鏡面紅外波段的熱發(fā)射率極低、反射率超高，傳統(tǒng)紅外測(cè)溫設(shè)備對(duì)其的紅外測(cè)溫被是不準(zhǔn)確的。為了實(shí)現(xiàn)鏡面、金屬表面的紅外測(cè)溫，諸多科學(xué)技術(shù)人員做了各種研究，概括如下：（1）物體表面的反射率與溫度、入射角度有關(guān)，科研人員包括ChayanMitra，NormanTurnquist、AyanBanerjee等人深入研究了測(cè)物體表面反射率獲取溫度的方法。反射率測(cè)量采用了直接測(cè)量入射/反射輻射強(qiáng)度、調(diào)制解調(diào)測(cè)和測(cè)量偏振分量計(jì)算反射率等方法。反射率測(cè)溫法目前可用于高溫金屬表面測(cè)溫，常溫金屬表面測(cè)量效果較差，不適合常溫光學(xué)鏡面測(cè)溫。（2）美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)部的W.A.Ellingson和弗羅里達(dá)大學(xué)的C.K.Hsieh提出了多波段紅外成像測(cè)溫的設(shè)計(jì)，多波段紅外測(cè)溫裝置可應(yīng)用于高溫金屬表面測(cè)溫，但不適合具有超高反射率的常溫鏡面測(cè)溫。（3）德國國家計(jì)量院（PTB）的C.Monte、B.Gutschwager、J.Hollandt與全俄光學(xué)物理研究院（VNIIOFI）的S.P.Morozova聯(lián)合設(shè)計(jì)了一種具備高精度紅外測(cè)溫和發(fā)射率測(cè)量的設(shè)備，代表著目前紅外測(cè)溫的前沿水平。為了消除周邊環(huán)境的反射輻射干擾，設(shè)備關(guān)鍵部分和光路都進(jìn)行了液氮冷卻，光路和腔室處于真空環(huán)境。該設(shè)備可以對(duì)放置于其測(cè)量腔室內(nèi)的光學(xué)鏡面進(jìn)行測(cè)溫，不能測(cè)量運(yùn)行狀態(tài)下的鏡面溫度。（4）中國計(jì)量科學(xué)研究院研制的真空紅外溫度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備（VRTSF），于2015年研制成功。設(shè)備內(nèi)部采用液氮制冷和真空設(shè)計(jì)，內(nèi)置有傅里葉紅光光譜儀（BrukerVERTEX80V）。VRTSF代表著國內(nèi)紅外輻射測(cè)量的前沿水平，但只能測(cè)量放置于其測(cè)量腔內(nèi)的鏡面溫度，不滿足運(yùn)行狀態(tài)下的鏡面測(cè)溫要求。光學(xué)鏡面等低熱發(fā)射率、紅外波段高反射率物體表面一直被視為紅外測(cè)溫領(lǐng)域中的盲區(qū)，目前公開文獻(xiàn)上尚未發(fā)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行狀態(tài)下常溫范圍的光學(xué)鏡面精準(zhǔn)測(cè)量溫度的研究報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)克服了現(xiàn)有紅外測(cè)溫技術(shù)在光學(xué)鏡面測(cè)溫中的不足，提供了一種測(cè)量精度高的鏡面紅外測(cè)溫裝置。為了解決傳統(tǒng)紅外測(cè)溫設(shè)備測(cè)量鏡面溫度時(shí)的不足，本技術(shù)是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種鏡面紅外測(cè)溫裝置，包括探測(cè)模塊、球面凹面鏡罩和用于連接探測(cè)模塊及球面凹面鏡罩的連接體；所述球面凹面鏡罩的內(nèi)表面為球面，其頂點(diǎn)區(qū)域背面設(shè)置與連接體固定連接的圓形座；所述連接體的中心具有與探測(cè)模塊的探頭形狀相應(yīng)的通孔，探測(cè)模塊的探頭伸入連接體的通孔內(nèi)；所述圓形座中心設(shè)置與探頭形狀相應(yīng)的貫通孔，且該貫通孔延伸至球面凹面鏡罩內(nèi)表面，于球面凹面鏡罩形成開口。優(yōu)選的是，所述探頭的光線入射端與球面凹面鏡罩內(nèi)表面處的開口平齊。優(yōu)選的是，所述連接體包括與探測(cè)模塊固定連接的連接板，位于連接板一側(cè)、與連接板一體且軸線與連接板上通孔軸線重合的連接座。優(yōu)選的是，所述探測(cè)模塊為制冷型紅外熱像儀的探測(cè)模塊。優(yōu)選的是，所述球面凹面鏡罩材質(zhì)為具有高導(dǎo)熱系數(shù)的金屬材質(zhì)，球面凹面鏡罩內(nèi)表面鍍有金膜。優(yōu)選的是，所述球面凹面鏡罩的外側(cè)表面設(shè)有基于半導(dǎo)體控溫技術(shù)的控溫層。優(yōu)選的是，所述球面凹面鏡罩的開口位于鏡罩頂點(diǎn)和焦點(diǎn)的中心處。優(yōu)選的是，所述圓形座和連接體采用膠粘連接、卡接或螺接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）本技術(shù)可提高紅外測(cè)溫時(shí)的鏡面輻射收集能力。如圖6所示，除了收集直接射向紅外探測(cè)器的鏡面輻射，通過球面凹面鏡罩內(nèi)表面反射，還可收集與法線呈一定夾角的鏡面輻射，如圖7所示。本技術(shù)的鏡面輻射收集能力遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)紅外測(cè)溫設(shè)備。舉例說明，美國FLIR公司生產(chǎn)的F數(shù)為1的photo640機(jī)芯是一款短焦紅外熱像儀機(jī)芯，為photo系列機(jī)芯產(chǎn)品中收集被測(cè)物體表面輻射能力最強(qiáng)的型號(hào)之一。計(jì)算顯示，球面凹面鏡罩內(nèi)表面紅外波段反射率為95%、球面凹面鏡罩直徑等于photo640在最小聚焦距離對(duì)應(yīng)的被測(cè)區(qū)域長邊時(shí)，本技術(shù)的鏡面輻射收集能力約為photo640的10.9倍。（2）本技術(shù)消除了鏡面周邊的周邊環(huán)境在鏡面的反射輻射干擾。技術(shù)采用球面凹面鏡罩貼近鏡面的測(cè)溫設(shè)計(jì)，可有效屏蔽環(huán)境熱輻射，保證紅外探測(cè)器收集的輻射不受環(huán)境輻射干擾。測(cè)溫時(shí)，裝置的鏡罩貼近被測(cè)鏡面，在保證無觸碰鏡面風(fēng)險(xiǎn)的前提下，H_s應(yīng)盡可能小，例如小于鏡罩開口面直徑的1/50。絕大部分環(huán)境熱輻射被屏蔽在鏡罩之外，極小部分環(huán)境輻射通鏡罩與鏡面之間的縫隙進(jìn)入鏡罩，經(jīng)多次反射后被鏡罩內(nèi)表面吸收。（3）本技術(shù)具有消除裝置自身熱輻射雜散光干擾的能力。裝置測(cè)溫光路內(nèi)的熱輻射雜散光主要來源于球面凹面鏡罩內(nèi)壁，內(nèi)壁熱輻射可直接或經(jīng)被測(cè)鏡面反射進(jìn)入探測(cè)器并影響測(cè)溫精度。為減弱熱輻射雜散光，球面凹面鏡罩內(nèi)壁表面鍍有對(duì)紅外波段輻射反射率高的膜層，膜層的熱發(fā)射率遠(yuǎn)小本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種鏡面紅外測(cè)溫裝置，其特征在于：包括探測(cè)模塊、球面凹面鏡罩和用于連接探測(cè)模塊及球面凹面鏡罩的連接體；所述球面凹面鏡罩的內(nèi)表面為球面反射面，其頂點(diǎn)區(qū)域背面設(shè)置與連接體固定連接的圓形座；所述連接體的中心具有與探測(cè)模塊的探頭形狀相應(yīng)的通孔，探測(cè)模塊的探頭伸入連接體的通孔內(nèi)；所述圓形座中心設(shè)置與探頭形狀相應(yīng)的貫通孔，且該貫通孔延伸至球面凹面鏡罩內(nèi)表面，于球面凹面鏡罩形成開口。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種鏡面紅外測(cè)溫裝置，其特征在于：包括探測(cè)模塊、球面凹面鏡罩和用于連接探測(cè)模塊及球面凹面鏡罩的連接體；所述球面凹面鏡罩的內(nèi)表面為球面反射面，其頂點(diǎn)區(qū)域背面設(shè)置與連接體固定連接的圓形座；所述連接體的中心具有與探測(cè)模塊的探頭形狀相應(yīng)的通孔，探測(cè)模塊的探頭伸入連接體的通孔內(nèi)；所述圓形座中心設(shè)置與探頭形狀相應(yīng)的貫通孔，且該貫通孔延伸至球面凹面鏡罩內(nèi)表面，于球面凹面鏡罩形成開口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鏡面紅外測(cè)溫裝置，其特征在于：所述探頭的光線入射端與球面凹面鏡罩內(nèi)表面處的開口平齊。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述鏡面紅外測(cè)溫裝置，其特征在于：所述連接體包括與探測(cè)模塊固定連接的連接板，位于連接板一側(cè)、與連...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃善杰，許方宇，李正剛，袁沭，張濤，柳光乾，付玉，張衛(wèi)鋒，胡志斌，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國科學(xué)院云南天文臺(tái)，
類型：新型
國別省市：云南;53
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