一種自校準地表紅外輻射測溫系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種紅外輻射測溫系統(tǒng)，尤其的涉及一種自校準地表紅外輻射測溫系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]海水表面溫度(SST)是全球氣候觀測系統(tǒng)的重要變量之一，是氣候變化模型的重要參數(shù)，在氣候變化、在海洋-氣象研究、天氣預(yù)報等諸多領(lǐng)域中占有非常重要的地位。在大范圍獲取海水表面溫度需要通過衛(wèi)星數(shù)據(jù)得到，然而衛(wèi)星所得數(shù)據(jù)受到多種因素影響，為了獲得較為準確的海水表面溫度，通常需要在現(xiàn)場測量海水表面溫度，收集大量驗證數(shù)據(jù)來進行對比分析，所得驗證數(shù)據(jù)的很大一部分就要通過現(xiàn)場測量。因此，能夠在現(xiàn)場準確測量海水表面溫度具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種能夠在現(xiàn)場準確測量地表面溫度的裝置，該裝置為一種能夠?qū)崿F(xiàn)自校準的紅外輻射測溫系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明的紅外輻射測溫系統(tǒng)，包括:外罩，該外罩具有一容納空間；光路及信號采集部分，用于對信號進行采集分析，該光路及信號采集部分位于所述容納空間內(nèi)，其特征在于:在所述容納空間內(nèi)進一步包括有定標黑體，所述定標黑體用于對所述光路及信號采集部分進行校準。
[0005]其中，所述定標黑體的外側(cè)具有黑體保護罩。
[0006]其中，所述外罩的底壁上具有開口。
[0007]其中，所述定標黑體的光闌孔和黑體腔底部中央位置分別設(shè)置有溫度測量元件。
[0008]其中，所述光路及信號采集部分中包括有紅外探測器。
[0009]其中，所述待測目標為海洋或地表。
[0010]其中，所述光路及信號采集部分被安裝在外罩的托架上。
[0011]其中，所述黑體保護罩的材料為塑料。
[0012]本發(fā)明的紅外輻射測溫系統(tǒng)，通過交替觀測目標源和定標黑體實時修正紅外探測系統(tǒng)的光電響應(yīng)系數(shù)，消除紅外光學(xué)系統(tǒng)透射率變化、環(huán)境溫度變化和探測器響應(yīng)系數(shù)變化帶來的影響，完成系統(tǒng)自動校準。
【附圖說明】
[0013]圖1自校準海水表面(地表)紅外輻射測溫系統(tǒng)；
[0014]圖2紅外輻射測溫系統(tǒng)的自動切換組件的示意圖；
[0015]圖3定標黑體的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0016]為了便于理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，下述的說明只是為了便于對發(fā)明進行解釋，而不作為對其范圍的具體限定。
[0017]如圖1所示為對海水表面溫度的紅外輻射測溫系統(tǒng)，該紅外輻射測溫系統(tǒng)包括有外罩1，該外罩I內(nèi)形成有容納空間，在該容納空間內(nèi)放置所述紅外輻射測溫系統(tǒng)的各種組件，所述外罩可以為圓筒形，該外罩I具有側(cè)壁、頂壁和底壁，所述頂壁和側(cè)壁可以為一體成型，所述底壁與側(cè)壁之間通過法蘭、螺栓或其他的方式進行連接，在所述底壁上具有至少一個開口 ；在所述側(cè)壁內(nèi)部靠近頂壁的位置處設(shè)置有托架2，在所述托架2上設(shè)置有光路及信號采集部分3，該光路及信號采集部分3用于對光學(xué)信號進行采集和測量分析，在外罩I的底壁上方設(shè)置有自動切換組件，該自動切換組件轉(zhuǎn)動切換觀測對象，使得待測目標和定標黑體的信號交替進入光路及信號采集部分3的觀察視場，如圖1中所示的(a)目標測量狀態(tài)和(b)系統(tǒng)自校準狀態(tài)，在目標測量狀態(tài)下，待測目標發(fā)出的紅外信號通過底壁的開口以及自動切換組件上的通道4，在該通道4的內(nèi)表面具有防水刷5，用于防止外界的水汽進入到該紅外輻射測溫系統(tǒng)的內(nèi)部；在系統(tǒng)自校準狀態(tài)下，通過自動切換組件的轉(zhuǎn)動，定標黑體7位于所述底壁的開口的上方，從待測目標發(fā)出的紅外信號通過底壁的開口后被所述定標黑體6所阻擋，在所述定標黑體6的外側(cè)設(shè)置有黑體保護罩7，所述定標黑體6被容納在所述黑體保護罩7內(nèi)部。
[0018]在目標測量狀態(tài)時，該黑體保護罩7的設(shè)置用于避免該紅外輻射測溫系統(tǒng)被定標黑體6所影響，所述定標黑體6安裝在自動切換組件的旋轉(zhuǎn)移動臺上，該黑體保護罩7為塑料保護套。如圖3所示為定標黑體的結(jié)構(gòu)示意圖，所述定標黑體6優(yōu)選為圓柱空腔17，在空腔17的底部具有錐形結(jié)構(gòu)16，優(yōu)選該錐形結(jié)構(gòu)16為圓錐形，在錐形結(jié)構(gòu)的表面上形成有環(huán)形凹槽8，該凹槽為V形?？涨粌?nèi)側(cè)壁為V型凹槽表面，空腔內(nèi)側(cè)壁以及錐形結(jié)構(gòu)的表面上均覆蓋高發(fā)射率涂層，可以使黑體在熱紅外波段的發(fā)射率e > 0.999。兩支溫度傳感器9分別位于定標黑體的光闌孔15和黑體腔底部中央位置，用于測量定標黑體溫度。為了減小黑體腔溫度梯度對校準的影響并防止熱沖擊，定標黑體由鋁材加工而成。所述黑體保護罩7環(huán)繞所述定標黑體6，該黑體保護罩7具有底部、腔體和頂部，在頂部具有開口，從該開口的邊緣具有向上延伸的環(huán)形凸緣，該環(huán)形凸緣的上部口徑大于靠近定標黑體的下部口徑的尺寸，如圖1(b)的系統(tǒng)自校準狀態(tài)中所示，略微傾斜的環(huán)形凸緣有助于光線更好的進入到光路及信號米集部分3中。
[0019]如圖2所示為本發(fā)明的紅外輻射測溫系統(tǒng)的自動切換組件的結(jié)構(gòu)示意圖，該紅外輻射測溫系統(tǒng)包括紅外探測器11，所述紅外探測器11對待測目標12的溫度進行探測，在所述紅外探測器11和待測目標12之間設(shè)置自動切換組件，該自動切換組件優(yōu)選可以為旋轉(zhuǎn)移動臺13，在所述旋轉(zhuǎn)移動臺13的第一位置處具有防水通道5，在第二位置處設(shè)置有保護隔板14，在第三位置處設(shè)置有定標黑體6。通過所述旋轉(zhuǎn)移動臺13的切換可以使得本發(fā)明的紅外輻射測溫系統(tǒng)在目標測量狀態(tài)、自標校準狀態(tài)以及關(guān)閉狀態(tài)之間進行切換。通過光學(xué)系統(tǒng)將紅外輻射信號匯聚在探測器上，紅外探測器11根據(jù)接收到的光學(xué)信號強弱轉(zhuǎn)化為與之相對應(yīng)的電信號(電壓值或者電流值)輸送給前置放大器預(yù)處理后，將微小的電信號放大為與輻射信號大小成正比的電信號值輸出，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別接收待測目標12和定標黑體7的電信號值，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換獲得數(shù)值響應(yīng)數(shù)據(jù)，通過相關(guān)的公式計算出海水表面的溫度作為最終的輸出結(jié)果輸出，最后通過RE232C串口通信傳送給電腦終端。該系統(tǒng)的溫度測量范圍為_50°C?+100°C，溫度分辨率為0.060C，測溫精度優(yōu)于0.05°C。此外，對海洋表面的特殊環(huán)境，還對該系統(tǒng)設(shè)計了密封防護措施，使其可以在海水表面長期工作。
[0020]自校準海水表面(地表)紅外輻射測溫系統(tǒng)的光路切換圖，如圖2所示。探測器位于圖示中最上方的位置，該系統(tǒng)中使用KT15紅外測溫儀，其輸出為輻射亮度溫度值。KT15探測器的模擬信號與被測的輻射亮度成一定的比例關(guān)系，在其內(nèi)部自帶參考黑體源對進行儀器內(nèi)部校準，使KT15長期保持良好的穩(wěn)定性。它的光譜響應(yīng)范圍為9.6ym-ll.5 μπι，輻射測溫范圍為173k?373k。測量窗口和定標黑體位于旋轉(zhuǎn)移動臺上。測量窗口為一個通孔，待測目標的輻射信號經(jīng)過測量窗口可以直接傳遞給KT15。其中，測量窗口是系統(tǒng)與外界連接的窗口，為了盡量減少水汽(水滴)進入系統(tǒng)內(nèi)部，測量窗口向內(nèi)部延伸形成防水通道。防水通道側(cè)壁上安裝防水刷，阻止水滴進入系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)移動臺優(yōu)選由一個小型電機控制。在不利于測量的惡劣外界環(huán)境時，旋轉(zhuǎn)移動臺的窗口關(guān)閉，系統(tǒng)內(nèi)部進行保護。當探測器瞄準定標黑體時，測量黑體的輻射信號。
[0021]本發(fā)明的紅外測溫儀自帶參考黑體用于內(nèi)部校準，但是受到鏡頭、電路以及探測器長期使用后的性能下降等因素的影響，需要對探測器進行外部校準。自校準地表紅外輻射測溫系統(tǒng)的測量部分與標定部分使用同一光路，通過交替觀測目標源和定標黑體實時修正紅外探測系統(tǒng)的光電響應(yīng)系數(shù)，消除紅外光學(xué)系統(tǒng)透射率變化、環(huán)境溫度變化和探測器響應(yīng)系數(shù)變化帶來的影響，完成系統(tǒng)自動校準。
[0022]本發(fā)明為了適應(yīng)海洋變化多樣的惡劣環(huán)境，海洋表面溫度測量系統(tǒng)添加了自動防護裝置，避免雨、濕氣、噴濺型水花等污染系統(tǒng)內(nèi)部元件。對于部署在航船上的自動紅外輻射溫度計來說，最主要的保護功能是使系統(tǒng)內(nèi)部的光學(xué)元件免于受到雨、濕氣、水花的污染以及海水鹽霜在設(shè)備內(nèi)部的沉積。為了滿足該要求，本發(fā)明的紅外輻射測溫系統(tǒng)進一步包括基于雨量計觸發(fā)裝置的保護系統(tǒng)。通過雨量計采集環(huán)境濕度信號，當雨量計采集的信號值低于保護系統(tǒng)設(shè)定的閾值時，系統(tǒng)保持正常的測量工作；當雨量計采集的信號高于保護系統(tǒng)設(shè)定的閾值時，啟動保護程序驅(qū)動電機關(guān)閉測量窗口，停止測量。
[0023]可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以限定本發(fā)明。對于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種自校準地表紅外福射測溫系統(tǒng)，其包括:外罩，該外罩具有一容納空間；光路及信號采集部分，用于對信號進行采集分析，該光路及信號采集部分位于所述容納空間內(nèi)，其特征在于:在所述容納空間內(nèi)進一步包括有定標黑體，所述定標黑體用于對所述光路及信號采集部分進行校準。2.如權(quán)利要求1所述的自校準地表紅外輻射測溫系統(tǒng)，其特征在于:所述定標黑體的外側(cè)具有黑體保護罩。3.如權(quán)利要求1所述的自校準地表紅外輻射測溫系統(tǒng)，其特征在于:所述外罩的底壁上具有開口。4.如權(quán)利要求1所述的自校準地表紅外輻射測溫系統(tǒng)，其特征在于:所述定標黑體的光闌孔和黑體腔底部中央位置分別設(shè)置有溫度測量元件。5.如權(quán)利要求1所述的自校準地表紅外輻射測溫系統(tǒng)，其特征在于:所述光路及信號采集部分中包括有紅外探測器。6.如權(quán)利要求1所述的自校準地表紅外輻射測溫系統(tǒng)，其特征在于:所述待測目標為海洋或地表。7.如權(quán)利要求1所述的自校準地表紅外輻射測溫系統(tǒng)，其特征在于:所述光路及信號采集部分被安裝在外罩的托架上。8.如權(quán)利要求1所述的自校準地表紅外輻射測溫系統(tǒng)，其特征在于:所述黑體保護罩的材料為塑料。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種自校準地表紅外輻射測溫系統(tǒng)，其包括：外罩，該外罩具有一容納空間；光路及信號采集部分，用于對待測目標的信號進行采集分析，該光路及信號采集部分位于所述容納空間內(nèi)，在所述容納空間內(nèi)進一步包括有定標黑體，所述定標黑體用于對所述光路及信號采集部分進行校準。本發(fā)明的紅外輻射測溫系統(tǒng)，通過交替觀測目標源和定標黑體實時修正紅外探測系統(tǒng)的光電響應(yīng)系數(shù)，消除紅外光學(xué)系統(tǒng)透射率變化、環(huán)境溫度變化和探測器響應(yīng)系數(shù)變化帶來的影響，完成系統(tǒng)自動校準。
【IPC分類】G01J5/06, G01J5/00
【公開號】CN105092046
【申請?zhí)枴緾N201510249318
【發(fā)明人】郝小鵬, 孫建平, 原遵東, 徐敏
【申請人】中國計量科學(xué)研究院
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年5月15日