一種通過反射光相對(duì)強(qiáng)度測(cè)量物體表面溫度的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及物體表面溫度測(cè)試方法，尤其是涉及一種通過反射光相對(duì)強(qiáng)度測(cè)量物 體表面溫度的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 溫度的測(cè)量方法很多，根據(jù)測(cè)量方式可以分為接觸式和非接觸式。受測(cè)溫原理和 技術(shù)的影響，接觸式測(cè)溫儀的測(cè)溫范圍較窄，并且精度較差。根據(jù)非接觸式測(cè)溫法的原理進(jìn) 行測(cè)溫的方法有紅外熱成像技術(shù)等。紅外成像技術(shù)是檢測(cè)器件由于黑體輻射發(fā)射的信號(hào)。 但采用紅外熱成像技術(shù)時(shí)，由于硅材料對(duì)紅外是透明的，因此無(wú)法觀測(cè)；由于金屬的輻射系 數(shù)很低，因此會(huì)導(dǎo)致測(cè)試的信噪比很低。
[0003] 發(fā)光二極管（LED)的結(jié)溫測(cè)試是目前LED測(cè)試技術(shù)的難點(diǎn)，由于LED表面覆蓋 著封裝透鏡，無(wú)法用直接接觸的方法測(cè)試，目前針對(duì)LED結(jié)溫的測(cè)量方法主要有正向壓降 法、光譜法、藍(lán)白比法、紅外熱成像法等。其中使用最普遍的方法是正向壓降法，利用LED 兩端電壓與溫度呈線性變化的關(guān)系進(jìn)行結(jié)溫測(cè)試，但其測(cè)試精度受到由加熱大電流到測(cè)試 小電流切換速度的限制。對(duì)于封裝后的燈具成品而言，由于其燈具外殼材料等的諸多限 制，一般很難實(shí)現(xiàn)各個(gè)LED引腳上的壓降測(cè)量。光譜法是通過峰值波長(zhǎng)隨結(jié)溫的漂移關(guān) 系來(lái)測(cè)量 LED 結(jié)溫（[1]丫.父^.〇.父1，1'.6688111&1111，1]\151^11，了.1(.燈1113.卩.5(*1*6竹，八· J. Fischer, Μ. H. Crawford, K. H. A. Bogart, and A. A. Allerman,''Junction and carrier temperature measurements in deep-ultraviolet light-emitting diodes using three different methods, "Appl. Phys. Lett.，vol. 86, no. 3, pp. 031907, Jan. 2005.)。該方法 的缺點(diǎn)是光譜峰值波長(zhǎng)改變小，導(dǎo)致實(shí)際測(cè)量誤差較大。劉立明等也通過LED峰值波長(zhǎng) 隨注入電流大小變化的關(guān)系測(cè)量結(jié)溫（[2]劉立明，鄭曉東.LED結(jié)溫與光譜特性關(guān)系的 測(cè)量[J].光子學(xué)報(bào)，2009(38) :1069-1073.)。藍(lán)白比法同屬于非接觸式方法，主要原理 是隨著結(jié)溫的升高，芯片的發(fā)光及熒光粉的光致發(fā)光同時(shí)下降，但熒光粉的下降更迅速， 從而使白光光譜中藍(lán)白光的比例發(fā)生變化。該方法的缺點(diǎn)是難以實(shí)現(xiàn)單色LED結(jié)溫的測(cè) 量（[3]Y.M.Gu and N. Narendran, 〃A non-contact method for determining junction temperature of phosphor-converted white LEDs, 〃in Proc. 3rd Int.Conf. Solid State Lighting, San Diego.，CA, 2003, vol. 5187, pp. 107-114.)。Lin 等研究了基于其定義的質(zhì) 心波長(zhǎng)及半高寬來(lái)測(cè)量LED結(jié)溫的方法（[4] Y. Lin, Y. L. Gao, Y. J. Lu, L. H. Zhu，Y. Zhang and Z.Chen, "Study of temperature sensitive optical parameters and junction temperature determination of light-emitting diodes, ^Appl.Phys.Lett. , vol. 100, p p. 202108, May. 2012.)。這些非接觸式測(cè)量方法避免了對(duì)設(shè)備正常工作的影響，但其同樣存 在對(duì)儀器精度要求高，存在較大誤差的缺點(diǎn)。紅外熱成像法是半導(dǎo)體器件常用的結(jié)溫分布 測(cè)量方法，對(duì)已封裝好的LED難以實(shí)現(xiàn)結(jié)溫的測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種通過反射光相對(duì)強(qiáng)度測(cè)量物體表面溫度的裝置。
[0005] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種通過反射光相對(duì)強(qiáng)度測(cè)量物體表面溫度的方法。
[0006] 本發(fā)明所述通過反射光相對(duì)強(qiáng)度測(cè)量物體表面溫度的裝置設(shè)有第一電流源、紅外 LED光源、第一透鏡、斬波器、第二透鏡、第三透鏡、光譜儀、光電倍增管、鎖相放大器、電壓 表、計(jì)算機(jī)、控溫器、第二電流源、光纖；
[0007] 待測(cè)物體分別與控溫器和第二電流源連接，第二電流源為待測(cè)物體提供電流；紅 外LED光源與第一電流源連接，第一透鏡設(shè)于紅外LED光源與斬波器之間，第二透鏡設(shè)于斬 波器上方，第一透鏡將紅外LED光源發(fā)散的光線匯集并通過斬波器將直流光線變?yōu)榻涣鞴?線，斬波器的參考信號(hào)輸出端接鎖相放大器，第二透鏡的收集光通過光纖一路照射到待測(cè) 物體表面，另一路將反射光收集并經(jīng)過設(shè)于光譜儀上方的第三透鏡匯聚，光譜儀收集第三 透鏡的匯聚光，光譜儀的輸出端接光電倍增管的輸入端，光電倍增管的輸出端接鎖相放大 器的輸入端，鎖相放大器的輸出端接電壓表，電壓表的輸出端接計(jì)算機(jī)的輸入端口。
[0008] 所述通過反射光相對(duì)強(qiáng)度測(cè)量物體表面溫度的方法，采用所述通過反射光相對(duì)強(qiáng) 度測(cè)量物體表面溫度的裝置，所述方法包括以下步驟：
[0009] 1)選擇一組低于待測(cè)物體的失效溫度，記為T。、IV·· Tn，再選擇合適的電流為光源 供電；
[0010] 2)將待測(cè)物體固定，控溫器將待測(cè)物體的溫度維持在T。，將光源點(diǎn)亮，收集到待測(cè) 物體的反射光強(qiáng)度并保存數(shù)據(jù)；
[0011] 3)調(diào)節(jié)控溫器，依次改變控溫器的溫度為IV-Tn，重復(fù)操作步驟2)，得到各個(gè)溫度 點(diǎn)下的反射光強(qiáng)度；
[0012] 4)擬合得到待測(cè)物體表面溫度與反射光強(qiáng)度的函數(shù)關(guān)系式；
[0013] 5)測(cè)量待測(cè)物體反射光強(qiáng)度，代入步驟4)中的函數(shù)關(guān)系式，即可求得當(dāng)下待測(cè)物 體的表面溫度。
[0014] 本發(fā)明利用材料的反射率隨著溫度變化而變化的原理來(lái)測(cè)試表面溫度分布。與紅 外熱成像技術(shù)采用紅外波段相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于可以采用可見光進(jìn)行測(cè)試，更短的波 長(zhǎng)可以提高一個(gè)數(shù)量級(jí)的空間分辨率，更高的空間分辨率可以更加準(zhǔn)確地測(cè)試待測(cè)器件的 峰值溫度。而且對(duì)諸如透明封裝的LED器件可以測(cè)試其內(nèi)部芯片溫度。本發(fā)明中利用鎖相 放大器還可以避免由于待測(cè)物體自發(fā)光對(duì)反射光的干擾并大大提高信噪比。
[0015] 本發(fā)明提供了一種非接觸式的方法測(cè)量物體表面溫度。利用反射光強(qiáng)度隨物體表 面溫度變化的原理，通過光源照射待測(cè)物體，收集在表面溫度不同時(shí)物體的反射光，得到溫 度與反射光強(qiáng)度的關(guān)系。進(jìn)而利用該關(guān)系測(cè)試實(shí)際工作條件下物體表面反射光強(qiáng)度，即可 得到物體表面溫度。利用鎖相測(cè)量還可避免由于待測(cè)物體