本實(shí)用新型涉及測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種表面溫度和發(fā)射率的測量裝置。

背景技術(shù)：

利用輻射測溫儀測量表面溫度時(shí)，表面溫度的測量受發(fā)射率影響，一直是計(jì)量測試領(lǐng)域的一個(gè)沒有解決的難題。現(xiàn)有技術(shù)中廣泛使用的各種輻射測溫儀均是在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具——黑體輻射源(發(fā)射率≈1)條件下標(biāo)定的。在測量時(shí)，根據(jù)輻射信號和標(biāo)定方程即可獲得測量溫度T。然而，實(shí)際物體的發(fā)射率小于1，測量時(shí)獲得的只是亮度溫度，并不是真實(shí)的表面溫度。實(shí)際物體的發(fā)射率是復(fù)雜的、不能確定的，與物體的組份、表面狀態(tài)、波長和溫度有關(guān)。所以只有知道發(fā)射率的值，才能獲得真實(shí)的表面溫度。

為減小或消除發(fā)射率的影響，一種基于反射器的在線黑體的溫度測量方法被提出(M.D.Drury,K.P.Perry,and T.Land,“Pyrometers for surface temperature measurement,”J.Iron St.Inst.,vol.169,pp.245–250,1951.)：在高溫表面覆蓋一個(gè)冷的高反射率的反射器構(gòu)成一個(gè)空腔，被測表面與反射器之間存在多次反射，被測表面的有效輻射增大，接近黑體輻射狀態(tài)，即有效的發(fā)射率接近于1。1994年，謝植等人提出‘第二類黑體輻射源’概念(謝植等,工業(yè)輻射測溫度測量，東北大學(xué)出版社，1994)：“若非透明材料形成的等溫面與理想反射體構(gòu)成密閉空腔，則從等溫面的任意面源上發(fā)出的輻射是該等溫面源溫度下的黑體輻射。”據(jù)此原理，將輻射測溫儀前置一個(gè)反射器，可增大有效發(fā)射率，從而減小測量誤差。

公告號為EP1103801B1的專利和公開號為EP0942269A1的專利申請基于以上原理公開了一種溫度測量方法和測量裝置：使用一種鍍金的雙曲線型凹面鏡作為發(fā)射率增強(qiáng)儀，利用多次反射效應(yīng)來增大有效輻射，從而減小測量誤差。然而，實(shí)際上不存在理想反射體，其反射率小于1，且在反射器上有光輻射孔和與被測表面之間的間隙，空腔不密閉，所以其有效發(fā)射率不能達(dá)到1，因此該項(xiàng)發(fā)明能減小而非完全消除發(fā)射率的影響，仍要求用戶輸入有效發(fā)射率的經(jīng)驗(yàn)值，在EP1103801B1中的經(jīng)驗(yàn)值設(shè)為0.95。若要徹底消除發(fā)射率影響，精確的測量表面溫度，需要精確的求解出有效發(fā)射率的表達(dá)式，而上述兩項(xiàng)發(fā)明不能測量發(fā)射率，只能測量表面溫度。

公開號為CN102353691A的中國專利申請和公開號為CN102252755A的發(fā)明專利申請分別公開了一種基于半球型和圓筒型的前置反射器的多光譜發(fā)射率在線測量裝置及方法。該發(fā)明中的反射器可在導(dǎo)軌上移動，可在兩種輻射狀態(tài)上做切換：1)將反射器移至探測視野內(nèi)，探測通過光輻射孔的光束，獲得輻射信號2)再將反射器移出視野范圍外，獲得無反射器作用下的固有輻射信號根據(jù)公式獲得發(fā)射率ε(λ,T)，其中f(ε(λ,T))為反射器有效發(fā)射率函數(shù)。

在實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)公開號為CN102353691A的中國專利申請和公開號為CN102252755A的發(fā)明專利仍具有以下不足之處：

第一，從精度方面：1)上述兩個(gè)專利文件中的反射器需要安裝在導(dǎo)軌上，以實(shí)現(xiàn)在被測表面上方移動，與被測表面必然存在間隙，被測表面發(fā)出的輻射光線會從間隙中逸出，從而影響測量精度；同時(shí)，理論計(jì)算可知，半球型反射器對與被測表面之間的距離特別敏感，若球心偏離被測表面，會造成有效發(fā)射率的急劇下降，所以底面間隙對測量精度的影響顯著。2)反射器對被測表面溫度場具有破壞作用，所以反射器不能長時(shí)間測量(高魁明等，前置反射器輻射溫度計(jì)的研究，1984，圖5)。如反射器測量700℃的不銹鋼時(shí)，被測表面溫度在反射器覆蓋1秒鐘上升約4℃，2秒上升6℃。所以需要快速的測量，而上述專利在兩種輻射狀態(tài)上切換，至少需要移動兩倍反射器半徑的距離，在切換過程中不可避免地破壞溫度場，從而影響測量精度。3)上述兩個(gè)專利在反射器移開時(shí)，被測表面暴露在空間中，周圍背景輻射會被待測表面反射到光學(xué)瞄準(zhǔn)探頭中，所以測量信號會受到背景輻射干擾，只能應(yīng)用在具有冷壁包圍的理想的實(shí)驗(yàn)室中使用，不能應(yīng)用在工業(yè)現(xiàn)場。4)上述兩個(gè)專利只測法向發(fā)射率，而不能測量方向發(fā)射率。

第二，應(yīng)用方面。上述公開2個(gè)專利的測量裝置在測量前必須安裝導(dǎo)軌和支撐架，并保證調(diào)整導(dǎo)軌與被測面水平，當(dāng)反射器的尺寸相同時(shí)，需要至少一倍于反射器的覆蓋空間供其移動。所需安裝空間大、要求高，成本高、便攜性差，受背景輻射影響大，不適合具有強(qiáng)背景輻射的工業(yè)現(xiàn)場，如空間有限的的場合，或需要快速便捷測量的場合、或不能安裝導(dǎo)軌支架的場合。如背景輻射顯著的鋼廠加熱爐內(nèi)鋼坯表面，連鑄坯表面等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種能更精確地測量被測表面的表面溫度和發(fā)射率的測量裝置。

本實(shí)用新型第一方面提供一種表面溫度和發(fā)射率的測量裝置，所述測量裝置包括反射轉(zhuǎn)換器、光接收器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述光接收器與所述反射轉(zhuǎn)換器耦合，所述光接收器接收由所述被測表面發(fā)出的、并通過所述反射轉(zhuǎn)換器的輻射光線并將所述輻射光線轉(zhuǎn)換為電信號，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與所述光接收器耦合以接收所述電信號并根據(jù)所述電信號形成所述被測表面溫度和發(fā)射率，所述反射轉(zhuǎn)換器包括反射器和吸收管，所述反射器具有通孔，所述吸收管相對于所述反射器位置可變地設(shè)置以使所述吸收管在第一測量位置和第二測量位置之間切換，其中，在所述第一測量位置，所述吸收管通過所述通孔穿設(shè)于所述反射器的內(nèi)部至所述吸收管的入光端接近或接觸所述被測表面，以使所述光接收器直接接收所述被測表面發(fā)出的固有輻射光線并形成第一電信號；在所述第二測量位置，所述吸收管的所述入光端位于所述反射器的所述通孔處或所述通孔外，以使所述光接收器接收所述被測表面發(fā)出的固有輻射光線和所述反射器的反射面與被測表面之間的反射輻射光線并形成第二電信號；所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)所述第一電信號和所述第二電信號形成所述被測表面的表面溫度和發(fā)射率。

基于本實(shí)用新型提供的表面溫度和發(fā)射率的測量裝置，由于吸收管可以在第一測量位置和第二測量位置之間切換，以上裝置可以僅通過吸收管的運(yùn)動使光接收器既能獲得被測表面的固有輻射光線又能獲得上述固有輻射光線加上反射器與被測表面之間的反射輻射光線，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以根據(jù)吸收管在不同測量位置得到的測量數(shù)據(jù)同時(shí)獲得被測表面溫度和發(fā)射率。

本實(shí)用新型基于第二類黑體輻射源理論，提出了帶有反射器和相對于反射器位置可變的吸收管的反射轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)兩種輻射狀態(tài)(反射輻射和固有輻射)的快速轉(zhuǎn)換，除實(shí)現(xiàn)同時(shí)測量表面溫度和發(fā)射率外，其優(yōu)點(diǎn)還在于：

第一，測量精度提高，原因在于：1)為獲得兩種輻射狀態(tài)，不需要移動反射器，反射器與被測表面的間隙可以更小甚至無間隙(反射器可與被測表面接觸)，使得被測表面發(fā)出的經(jīng)底面間隙逸出的輻射光線減少或消除，提高測量精度；2)只需移動吸收管，即可實(shí)現(xiàn)兩種輻射狀態(tài)的切換，相比于移動反射器，吸收管體積更小質(zhì)量更輕，且移動更短的距離(若為半球型反射器，則需移動1倍半徑距離)，從而切換速度更快，對表面溫度場破壞更小，測量更精確；3)不需移動反射器，徹底消除了背景輻射干擾，在強(qiáng)背景輻射的工業(yè)現(xiàn)場也能夠保證測量精度；4)不僅可測法向發(fā)射率，同時(shí)可設(shè)計(jì)吸收管與反射器的相對位置，從而測量非法向發(fā)射率。

第二，應(yīng)用方面，由于不需要導(dǎo)軌、支撐架等輔助結(jié)構(gòu)，且不需要移動反射器，所需測量空間小，安裝要求少，成本低，便攜，無背景輻射干擾；適用于有限空間場合，或需快速測量場合，或不能安裝導(dǎo)軌支撐架的場合。如背景輻射顯著的鋼廠加熱爐內(nèi)鋼坯表面，連鑄坯表面等。

通過以下參照附圖對本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的其它特征及其優(yōu)點(diǎn)將會變得清楚。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1所示的測量裝置在第一測量位置下的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖1所示的測量裝置在第二測量位置下的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為圖1所示的測量裝置中反射器的反射輻射光線示意圖。

圖5為本實(shí)用新型第三實(shí)施例的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本實(shí)用新型第五實(shí)施例的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1至圖6中，各附圖標(biāo)記分別代表：

1、反射轉(zhuǎn)換器；1-1、反射器；1-2、吸收管；2、光譜儀；3、驅(qū)動機(jī)構(gòu)；4、導(dǎo)光結(jié)構(gòu)；5、光接收器；6、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；7、通孔；9、被測表面；10、反射面；11、球心；13、第二測量位置；14、第一測量位置。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。以下對至少一個(gè)示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說明性的，決不作為對本實(shí)用新型及其應(yīng)用或使用的任何限制。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

除非另外具體說明，否則在這些實(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本實(shí)用新型的范圍。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)明白，為了便于描述，附圖中所示出的各個(gè)部分的尺寸并不是按照實(shí)際的比例關(guān)系繪制的。對于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為授權(quán)說明書的一部分。在這里示出和討論的所有示例中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實(shí)施例的其它示例可以具有不同的值。應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步討論。

為了便于描述，在這里可以使用空間相對術(shù)語，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用來描述如在圖中所示的一個(gè)器件或特征與其他器件或特征的空間位置關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解的是，空間相對術(shù)語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為“在其他器件或構(gòu)造上方”或“在其他器件或構(gòu)造之上”的器件之后將被定位為“在其他器件或構(gòu)造下方”或“在其他器件或構(gòu)造之下”。因而，示例性術(shù)語“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋轉(zhuǎn)90°或處于其他方位)，并且對這里所使用的空間相對描述做出相應(yīng)解釋。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種表面溫度和發(fā)射率的測量裝置，該測量裝置能夠更精確地測量被測表面9的表面溫度和發(fā)射率。

如圖1至圖6所示，本實(shí)用新型的測量裝置包括反射轉(zhuǎn)換器1、光接收器5和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6。光接收器5與反射轉(zhuǎn)換器1耦合，光接收器5接收由被測表面9發(fā)出的、并通過反射轉(zhuǎn)換器1的輻射光線并將輻射光線轉(zhuǎn)換為電信號。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6與光接收器5耦合以接收電信號并根據(jù)電信號形成被測表面9的表面溫度和發(fā)射率。反射轉(zhuǎn)換器1包括反射器1-1和吸收管1-2。反射器1-1具有通孔7。吸收管1-2相對于反射器1-1位置可變地設(shè)置以使吸收管1-2在第一測量位置和第二測量位置之間切換。其中，在第一測量位置，吸收管1-2通過通孔7穿設(shè)于反射器1-1的內(nèi)部至吸收管1-2的入光端接近或接觸被測表面9以使光接收器5直接接收被測表面9發(fā)出的固有輻射光線并形成第一電信號；在第二測量位置，吸收管1-2的入光端位于反射器1-1的通孔7處或通孔7外以使光接收器5接收被測表面9發(fā)出的固有輻射光線和反射器1-1的反射面10與被測表面9之間的反射輻射光線并形成第二電信號。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6根據(jù)第一電信號和第二電信號形成被測表面9的表面溫度和發(fā)射率。

由于吸收管1-2可以在第一測量位置和第二測量位置之間切換，以上測量裝置可以僅通過吸收管1-2的運(yùn)動使光接收器5既能獲得被測表面9的固有輻射光線，又能獲得上述固有輻射光線加上反射器1-1的反射面10與被測表面9之間的反射輻射光線，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6可以根據(jù)吸收管在不同測量位置得到的測量數(shù)據(jù)同時(shí)獲得被測表面9的表面溫度和發(fā)射率。

本實(shí)用新型基于第二類黑體輻射源理論，提出了帶有反射器和相對于反射器位置可變的吸收管的反射轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)兩種輻射狀態(tài)(反射輻射和固有輻射)的快速轉(zhuǎn)換，除實(shí)現(xiàn)同時(shí)測量表面溫度和發(fā)射率外，其優(yōu)點(diǎn)還在于：

第一，測量精度方面：1)為獲得兩種輻射狀態(tài)，不需要移動反射器，反射器與被測表面的間隙可以更小甚至無間隙(反射器可與被測表面接觸)，使得被測表面發(fā)出的經(jīng)底面間隙逸出的輻射光線減少或消除，提高測量精度；2)只需移動吸收管，即可實(shí)現(xiàn)兩種輻射狀態(tài)的切換，相比于移動反射器，吸收管體積更小質(zhì)量更輕，且移動更短的距離(若為半球型反射器，則需移動1倍半徑距離)，從而切換速度更快，對表面溫度場破壞更小，測量更精確；3)不需移動反射器，徹底消除了背景輻射干擾，在強(qiáng)背景輻射的工業(yè)現(xiàn)場也能夠保證測量精度；4)不僅可測法向發(fā)射率，同時(shí)可設(shè)計(jì)吸收管與反射器的相對位置，從而測量非法向發(fā)射率。

第二，應(yīng)用方面，由于不需要導(dǎo)軌、支撐架等輔助結(jié)構(gòu)，且不需要移動反射器，所需測量空間小，安裝要求少，成本低，便攜，無背景輻射干擾；適用于有限空間場合，或需快速測量場合，或不能安裝導(dǎo)軌支撐架的場合。如背景輻射顯著的鋼廠加熱爐內(nèi)鋼坯表面，連鑄坯表面等。

可見，由于獲取不同的輻射狀態(tài)僅需移動吸收管，該測量裝置的結(jié)構(gòu)簡單，測量速度快，便攜且更易操作和布置。

優(yōu)選地，第一電信號為第一電壓信號，第二電信號為第二電壓信號，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6對第一電壓信號和第二電壓信號進(jìn)行如下處理：

根據(jù)以下公式獲得n個(gè)波長下或n個(gè)波段下的第一測量位置輻射亮度表達(dá)式：L₁(λ_i,T)＝ε(λ_i)L₀(λ_i,T₀)，其中，L₁(λ_i,T₀)是光接收器(5)接收的由被測表面(9)發(fā)出的在波長λ_i下的輻射亮度，并由第一電壓信號與光接收器(5)的光譜響應(yīng)函數(shù)獲得；ε(λ_i)是被測表面(9)在波長λ_i下的發(fā)射率；L₀(λ_i,T₀)是被測表面(9)在相同條件下黑體的輻射亮度；i＝1～n，i、n為大于等于1的正整數(shù)；λ_i為有效波長，單位為米；T₀為被測表面(9)的表面溫度，單位為K；

根據(jù)以下公式獲得n個(gè)波長下或n個(gè)波段下的第二測量位置輻射亮度表達(dá)式：L₂(λ_i,T₀)＝f(ε_i)L₀(λ_i,T₀)，其中，L₂(λ_i,T₀)是光接收器(5)接收的由被測表面(9)發(fā)出的在波長λ_i下的輻射亮度，并由第二電壓信號與光接收器(5)的光譜響應(yīng)函數(shù)獲得；f(ε_i)是反射器(1-1)在波長λ_i下的有效發(fā)射率函數(shù)；

根據(jù)n個(gè)第一測量位置輻射亮度表達(dá)式L₁(λ_i,T₀)＝ε(λ_i)L₀(λ_i,T₀)和n個(gè)第二測量位置輻射亮度表達(dá)式L₂(λ_i,T₀)＝f(ε_i)L₀(λ_i,T₀)，同時(shí)計(jì)算出表面溫度T₀和n個(gè)波長下的發(fā)射率ε_i。

其中，反射器1-1的反射面10優(yōu)選地為球冠面。更優(yōu)選地，反射面為半球面。

半球面的底面圓位于反射器1-1的底面上，可以在測量被測表面9的溫度和發(fā)射率時(shí)，使反射器1-1直接放置于被測表面9上，而保證被測表面9與反射器1-1的相對位置，使反射器1-1的球心落入被測表面9上，提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

當(dāng)然，反射面10也可以為雙曲面、圓柱面、拋物面、楔形面或圓錐面或其它類型的反射面。

在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施方式中，反射面10為球冠面，例如為半球面，吸收管1-2為直管，在第一測量位置和第二測量位置，吸收管1-2的軸線經(jīng)過球冠面的球心11。該設(shè)置可以提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

在反射面10為球冠面的情況下，吸收管1-2的軸線與垂直于反射器的底面的直徑所成夾角為θ，其范圍為0°～80°。例如，夾角θ可以為0°、5°、10°、20°、30°、45°、55°、60°、70°、80°等。

通孔7的直徑與球冠面的反射面10的直徑的比值范圍在保證順利出光以及在需要時(shí)保證吸收管1-2可以順暢穿過通孔7時(shí)越小越好，例如，可以是1/10～1/2，當(dāng)然，也可以小于1/10。

為了實(shí)現(xiàn)吸收管1-2在第一測量位置和第二測量位置之間的切換，優(yōu)選地，吸收管1-2沿自身軸線往復(fù)移動地設(shè)置。或者，吸收管可以為伸縮管，入光端位于伸縮管的伸縮部分的端部。以上設(shè)置中吸收管的結(jié)構(gòu)均較為簡單，運(yùn)動過程的控制較為方便、準(zhǔn)確。

例如，在吸收管為伸縮管、可以通過自身伸縮的方式實(shí)現(xiàn)在第一測量位置與第二測量位置之間的切換時(shí)，吸收管本身可以分為第一管體和第二管體兩段管體，第一管體可以相對于反射器固定設(shè)置，第二管體相對于第一管體可伸縮地設(shè)置，入光端處于第二管體的遠(yuǎn)離第一管體的端部。在第一測量位置，第二管體從第一管體中伸出并伸入至使入光端與被測表面接近或接觸。在第二測量位置，第二管體縮入第一管體中，并使入光端處于通孔處或通孔外。

優(yōu)選地，吸收管1-2的內(nèi)表面為粗糙表面且形成高吸收率的涂層。例如，可以通過使吸收管1-2的內(nèi)表面設(shè)置內(nèi)螺紋以形成粗糙表面，再進(jìn)行氧化處理。該設(shè)置可以增加吸收管1-2的內(nèi)壁的吸收率，以吸收射向內(nèi)表面的輻射光線，而僅傳遞直接從吸收管1-2的中心孔傳遞的光線，使光吸收器5只接收來自被測表面9的固有輻射光線，此時(shí)反射器1-1的反射作用失效。

優(yōu)選地，反射轉(zhuǎn)換器1還包括導(dǎo)光結(jié)構(gòu)4，導(dǎo)光結(jié)構(gòu)4位于吸收管1-2和光接收器5之間。導(dǎo)光結(jié)構(gòu)4用于將通過吸收管1-2的中心孔的輻射光線傳遞至光接收器5。優(yōu)選地，導(dǎo)光結(jié)構(gòu)4包括透鏡組件和/或光纖。

光接收器5包括光電轉(zhuǎn)換單元，光電轉(zhuǎn)換單元用于將輻射光線轉(zhuǎn)換為電信號。例如，光電轉(zhuǎn)換單元包括一個(gè)或多個(gè)光電二極管，或者光電轉(zhuǎn)換單元包括熱電堆。

其中光電二極管的半導(dǎo)體材料包括但不局限于Si、InGaAs、Ge等，光電二極管接收波長范圍為0.25um～14um。

優(yōu)選地，光接收器5還包括光譜儀2，光譜儀2分別與吸收管1-2和光電轉(zhuǎn)換單元耦合。

光譜儀2接收的波長范圍可以達(dá)到0.2um～1000um。光譜儀2例如可以為棱鏡光譜儀、光柵光譜儀或傅立葉光譜儀。在導(dǎo)光結(jié)構(gòu)4設(shè)置于吸收管1-2與光接收器5之間時(shí)，光譜儀2位于導(dǎo)光結(jié)構(gòu)4和光電轉(zhuǎn)換單元之間，例如設(shè)置于透鏡組件和光電二極管之間。光譜儀2用于接收吸收管1-2或?qū)Ч饨Y(jié)構(gòu)4傳遞的輻射光線，將輻射光線分為單色光，并將單色光傳遞給光電轉(zhuǎn)換單元，最終使數(shù)據(jù)處于理系統(tǒng)6獲得不同的波長或波段范圍內(nèi)的亮度溫度與發(fā)射率的表達(dá)式。

為了控制吸收管1-2在第一測量位置和第二測量位置之間切換，測量裝置還包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)3，驅(qū)動機(jī)構(gòu)3包括動力裝置8，動力裝置8與吸收管1-2驅(qū)動連接以帶動吸收管1-2在第一測量位置和第二測量位置之間切換。

其中優(yōu)選地，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6與動力裝置8耦合以控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)3的動作。例如，動力裝置8可以為電磁鐵或電機(jī)或氣動裝置或液壓裝置。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6可以通過控制電磁鐵、電機(jī)或與氣動裝置或液壓裝置耦合的電磁閥等的得電或失電或得電時(shí)電流的大小來控制吸收管1-2的動作。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，驅(qū)動機(jī)構(gòu)3還包括中空盒體，動力裝置8與吸收管1-2分別連接于中空盒體上，測量裝置還包括導(dǎo)光結(jié)構(gòu)4，導(dǎo)光結(jié)構(gòu)4設(shè)置于吸收管1-2和光接收器5之間，其中，導(dǎo)光結(jié)構(gòu)4位于中空盒體內(nèi)。該設(shè)置可以使驅(qū)動機(jī)構(gòu)3帶動吸收管的運(yùn)動不影響導(dǎo)光結(jié)構(gòu)4的工作。

當(dāng)然，驅(qū)動機(jī)構(gòu)3并不是必須的，也可以通過人力直接或間接操控吸收管1-2的動作。

反射面10為鏡面。鏡面的形成可以通過機(jī)械拋光處理反射器的內(nèi)表面后，再鍍上具有高反射率的薄膜。優(yōu)選地，薄膜為金屬薄膜。金屬薄膜的材質(zhì)例如可以為金或銀或鋁等。更優(yōu)選地，還可以在金屬薄膜上再形成一層保護(hù)膜以防反射面被刮傷，例如氟化鎂保護(hù)膜。

測量裝置還包括測量結(jié)果輸出裝置，例如顯示裝置或發(fā)聲裝置。測量結(jié)果輸出裝置與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)耦合，以輸出數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)形成的測量結(jié)果。

本實(shí)用新型提供一種精確測量被測表面9的表面溫度和發(fā)射率的測量方法，該測量方法包括采用以上任一測量裝置測量被測表面9的發(fā)射率和溫度。

該測量方法優(yōu)選地包括以下步驟：

第一測量位置輻射亮度表達(dá)式獲得步驟，使吸收管1-2處于第一測量位置，根據(jù)以下公式獲得n個(gè)波長下或n個(gè)波段下的第一測量位置輻射亮度表達(dá)式：L₁(λ_i,T)＝ε(λ_i)L₀(λ_i,T₀)，其中，L₁(λ_i,T₀)是光接收器5在波長λ_i下的輻射亮度，由第一電壓信號與光接收器5的光譜響應(yīng)函數(shù)獲得；ε(λ_i)是被測表面9在波長λ_i下的發(fā)射率；L₀(λ_i,T₀)是被測表面9在相同條件下黑體的輻射亮度；i＝1～n，i、n為大于等于1的正整數(shù)；λ_i為有效波長，單位為米；T₀為被測表面9的表面溫度，單位為K；

第二測量位置輻射亮度表達(dá)式獲得步驟，使吸收管1-2處于第二測量位置，根據(jù)以下公式獲得n個(gè)波長下或n個(gè)波段下的第二測量位置輻射亮度表達(dá)式：L₂(λ_i,T₀)＝f(ε_i)L₀(λ_i,T₀)，其中，L₂(λ_i,T₀)是光接收器5在波長λ_i下的輻射亮度，由第二電壓信號與光接收器5的光譜響應(yīng)函數(shù)獲得；f(ε_i)是反射器1-1在波長λ_i下的有效發(fā)射率函數(shù)；L₀(λ_i,T₀)是被測表面9在相同條件下黑體的輻射亮度；i＝1～n，i、n為大于等于1的正整數(shù)；λ_i為有效波長，單位為米；T₀為被測表面9的表面溫度，單位為K；

測量結(jié)果獲得步驟，根據(jù)n個(gè)第一測量位置輻射亮度表達(dá)式L₁(λ_i,T₀)＝ε(λ_i)L₀(λ_i,T₀)和n個(gè)第二測量位置輻射亮度表達(dá)式L₂(λ_i,T₀)＝f(ε_i)L₀(λ_i,T₀)，同時(shí)計(jì)算出n個(gè)發(fā)射率ε_i和真實(shí)溫度T₀。

本實(shí)用新型并不限制第一測量位置輻射亮度表達(dá)式獲得步驟和第二測量位置輻射亮度表達(dá)式獲得步驟的次序，即第一測量位置輻射亮度表達(dá)式獲得步驟可以在第二測量位置輻射亮度表達(dá)式獲得步驟之前，也可以在第二測量位置輻射亮度表達(dá)式獲得步驟之后，在n大于1時(shí)，還可以是第一測量位置輻射亮度表達(dá)式獲得步驟與第二測量位置輻射亮度表達(dá)式獲得步驟交叉執(zhí)行，在交叉執(zhí)行的過程中也不限制交叉的次序或每次交叉時(shí)獲得表達(dá)式的數(shù)量。

例如，n為2時(shí)，可以是先在第一測量位置使數(shù)據(jù)處理器6獲得兩個(gè)波長下或兩個(gè)波段下的輻射亮度的表達(dá)式，再在第二測量位置使數(shù)據(jù)處理器6獲得兩個(gè)波長下或兩個(gè)波段下的輻射亮度的表達(dá)式；也可以是先在第二測量位置使數(shù)據(jù)處理器6獲得兩個(gè)波長下或兩個(gè)波段下的輻射亮度的表達(dá)式，再在第一測量位置使數(shù)據(jù)處理器6獲得兩個(gè)波長下或兩個(gè)波段下的輻射亮度的表達(dá)式；還可以是先在第一測量位置使數(shù)據(jù)處理器6獲得第一個(gè)波長下或第一個(gè)波段下的輻射亮度的表達(dá)式，再在第二測量位置使數(shù)據(jù)處理器6獲得第一個(gè)波長下或第一個(gè)波段下的輻射亮度的表達(dá)式，然后在第二測量位置使數(shù)據(jù)處理器6獲得第二個(gè)波長下或第二個(gè)波段下的輻射亮度的表達(dá)式，再在第一測量位置使數(shù)據(jù)處理器6獲得第二個(gè)波長下或第二個(gè)波段下的輻射亮度的表達(dá)式等等?？傊灰塬@得需要數(shù)量的表達(dá)式，獲得輻射亮度的表達(dá)式的次序在本實(shí)用新型中不受限制。

其中，在第二測量位置輻射亮度表達(dá)式獲得步驟，有效發(fā)射率函數(shù)可以根據(jù)測量裝置的物理參數(shù)通過推導(dǎo)或模擬形成，物理參數(shù)包括反射面10的光譜反射率、反射面10的幾何參數(shù)、反射面10與被測表面9的測量距離、吸收管1-2與反射器2的位置參數(shù)和被測表面9的發(fā)射和反射特性。在反射面10的結(jié)構(gòu)簡單，用數(shù)學(xué)表達(dá)式易描述的情況下，例如在反射面10為半球面的情況下，可以通過推導(dǎo)的方式形成有效發(fā)射率函數(shù)；而在反射器1-1及反射面10的形狀復(fù)雜的情況下，例如在反射面為雙曲面或圓柱面等情況下則可以形成經(jīng)驗(yàn)公式或圖表等形式表達(dá)。

在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施方式中，反射器1-1的反射面10是球冠面，溫度測量方法還包括：在測量時(shí)保證反射面10的球心正好落在被測面上且保持不變。該設(shè)置利于獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果。

此時(shí)，可以采用公式進(jìn)行描述的一個(gè)例子為：在被測表面9為漫發(fā)射、漫反射表面，反射器1-1的反射面10是半球面，吸收管1-2的軸線與被測表面9夾角為90°時(shí)，有效發(fā)射率函數(shù)為：

其中，ρ_i為反射器1-1的光譜反射率；r為通孔的半徑，單位為米；R為反射器的半徑，單位為米。

以上測量方法具有與對應(yīng)的測量裝置相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。

以下將進(jìn)一步結(jié)合圖1至圖6對本實(shí)用新型各實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的說明。

第一實(shí)施例

圖1至圖3示出了本實(shí)用新型第一實(shí)施例的測量裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理。

如圖1至圖3所示，第一實(shí)施例的測量裝置包括反射轉(zhuǎn)換器1、驅(qū)動裝置3、光接收器5、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6和作為測量結(jié)果輸出裝置的顯示裝置。

反射轉(zhuǎn)換器1包括反射器1-1、吸收管1-2和光導(dǎo)結(jié)構(gòu)4。本實(shí)施例中，光導(dǎo)結(jié)構(gòu)4具體地為透鏡組件。

反射器具有通孔7，反射器1-1的反射面10為半球面。其中，反射器1-1的反射面10為半球面。反射器1-1的底面為平面，半球面的底面圓位于底面上。

本實(shí)施例中，反射器1-1的通孔7的直徑與反射面10的直徑的比值是0.16。

為了使吸收管1-2順利地在通孔7內(nèi)運(yùn)動，吸收管1-2的外徑小于通孔7的直徑。為了使吸收管1-2的入光端達(dá)到相應(yīng)的測量位置，吸收管1-2的長度大于反射器1-1的半球面的半徑。

第一實(shí)施例中，吸收管1-2相對于反射器1-1位置可變地設(shè)置以使吸收管1-2在第一測量位置和第二測量位置之間切換。如圖2所示，在第一測量位置，吸收管1-2通過通孔7穿設(shè)于反射器1-1的內(nèi)部至吸收管1-2的入光端處于低位14，接近或接觸被測表面9以使光接收器5直接接收被測表面9發(fā)出的固有輻射光線。如圖3所示，在第二測量位置，吸收管1-2的入光端處于高位13，位于反射器1-1的通孔7處或通孔7外以使光接收器5接收被測表面9發(fā)出的固有輻射光線和反射器1-1的反射面10與被測表面9之間的反射輻射光線。

光接收器5與反射轉(zhuǎn)換器1耦合。光接收器5接收反射轉(zhuǎn)換器1的輻射光線并將輻射光線轉(zhuǎn)換為電信號。本實(shí)施例中，光接收器5通過與透鏡組件耦合實(shí)現(xiàn)與反射轉(zhuǎn)換器1的耦合。

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6與光接收器5耦合以接收電信號并根據(jù)電信號形成被測表面9的表面溫度和發(fā)射率。

顯示裝置與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6耦合，顯示數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)形成的表面溫度和發(fā)射率。

吸收管1-2為直管。在第一測量位置和第二測量位置，吸收管1-2的軸線經(jīng)過球冠面的球心11。測量時(shí)，反射器1-1與被測表面9接觸，保證反射面10的球心11在被測表面9上且保持不變。

在本實(shí)施例中，吸收管1-2的軸線與垂直于反射器1-1的底面的直徑所成夾角為0°。在測量時(shí)吸收管1-2的軸線與被測表面9成90°角。

本實(shí)施例中，在吸收管1-2的內(nèi)表面設(shè)置內(nèi)螺紋以形成粗糙表面，并在吸收表面形成具有高吸收率的涂層作為吸收層。

導(dǎo)光結(jié)構(gòu)4位于吸收管1-2和光接收器5之間。本實(shí)施例中導(dǎo)光結(jié)構(gòu)4包括透鏡組件。在導(dǎo)光結(jié)構(gòu)4包括透鏡組件時(shí)，吸收管1-2在測量時(shí)需對準(zhǔn)在被測表面9上的光斑，光斑位于半球面的球心處。

光接收器5包括光電轉(zhuǎn)換單元，光電轉(zhuǎn)換單元用于將輻射光線轉(zhuǎn)換為電信號。本實(shí)施例中，光電轉(zhuǎn)換單元包括光電二極管。

在本實(shí)施例中具體地，光電轉(zhuǎn)換單元包括兩個(gè)重疊式結(jié)構(gòu)的光電二極管。該光電轉(zhuǎn)換單元可同時(shí)接收兩個(gè)波段的光能量。因此，該實(shí)施例的測量裝置在第一測量位置和第二測量位置可以分別獲得兩個(gè)輻射亮度的表達(dá)式。從而數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6可以利用獲得的四個(gè)表達(dá)式計(jì)算得出包括兩個(gè)波段或波長下的表面溫度和發(fā)射率。

為了實(shí)現(xiàn)吸收管1-2在第一測量位置和第二測量位置之間的切換，吸收管1-2沿自身軸線往復(fù)移動地設(shè)置。該設(shè)置中吸收管1-2的結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動過程控制方便、準(zhǔn)確。

為了更好地測量，準(zhǔn)確適時(shí)地控制吸收管1-2在第一測量位置和第二測量位置之間切換，驅(qū)動裝置3與吸收管1-2驅(qū)動連接，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6還與驅(qū)動裝置3耦合以控制驅(qū)動裝置3動作，從而實(shí)現(xiàn)自動控制吸收管1-2在第一測量位置和第二測量位置之間切換。

如圖1至圖3所示，驅(qū)動機(jī)構(gòu)3包括動力裝置8，動力裝置8與吸收管1-2驅(qū)動連接以帶動吸收管1-2在第一測量位置和第二測量位置之間切換。本實(shí)施例中，動力裝置8具體地為電磁鐵。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6與電磁鐵耦合以通過控制電磁鐵的得電或失電控制吸收管1-2的動作。具體地，驅(qū)動機(jī)構(gòu)3由電磁鐵帶動，當(dāng)電磁鐵斷電時(shí)，電磁鐵上的彈簧將吸收管1-2推至第一測量位置(低位)并保持；當(dāng)電磁鐵通電時(shí)，帶動吸收管1-2至第二測量位置(高位)。

如圖1至圖3所示，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，驅(qū)動機(jī)構(gòu)3還包括中空盒體，動力裝置8與吸收管1-2分別連接于中空盒體上。導(dǎo)光結(jié)構(gòu)4位于中空盒體內(nèi)。

本實(shí)施例中，反射器1-1由不銹鋼制成。反射面10經(jīng)過機(jī)械拋光處理再鍍上一層金以形成鏡面，然后再在鍍金表面形成一層氟化鎂保護(hù)膜以防刮傷反射面10。

本實(shí)施例中，吸收管1-2和驅(qū)動機(jī)構(gòu)3相對于反射器1-1、光接收器5和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6是可往復(fù)移動的。吸收管1-2的移動方向?yàn)槲展?-2軸線方向。吸收管1-2的軸線經(jīng)過球心11。吸收管1-2的上端與驅(qū)動機(jī)構(gòu)3連接，下端作為入光端可穿過通孔7和反射面10伸入反射器1-1內(nèi)部。在第一測量位置，吸收管1-2朝著球心11方向運(yùn)動，直至下端與被測表面9接近或接觸，吸收管1-2的入光端即處于圖2所示的低位14；在第二測量位置，吸收管1-2抽離至入光端位于反射器1-1的反射面10以外即處于如圖3所示的高位13。

作為導(dǎo)光結(jié)構(gòu)4的透鏡組件一端對著半球面的球心11，另一端對著作為光接收器5的光電二極管。導(dǎo)光結(jié)構(gòu)4形成了接收光路的一部分。被測表面9的光斑處發(fā)出的輻射光線經(jīng)吸收管1-2內(nèi)部射入透鏡組件，透鏡組件將輻射光線匯聚在光電二極管的接收面上。

本實(shí)施例中，透鏡組件4形成的接收光路滿足兩個(gè)條件：a.光斑的位置正好在球心處；b.光斑的直徑小于吸收管1-2內(nèi)徑，吸收管1-2在第一測量位置和第二測量位置時(shí)，不阻擋接收光路。例如，本實(shí)施例中，光斑直徑與半球面的直徑的比值是0.02。

第二實(shí)施例

第二實(shí)施例為一個(gè)采用第一實(shí)施例的測量裝置測量被測表面9的表面溫度和發(fā)射率的測量方法。

在本實(shí)施例中，該測量方法的具體測量步驟如下：

第一測量位置輻射亮度表達(dá)式獲得步驟。使測量裝置的反射器1-1位于被測表面9上，通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)3帶動吸收管1-2移動至第一測量位置并保持不動，將測量裝置的反射器1-1放置在被測表面9上，使反射器1-1與被測表面9接觸并保持，此時(shí)反射器1-1的反射作用失效，球心11處發(fā)出的輻射能量一部分被吸收管1-2的內(nèi)表面吸收，另一部分沿吸收管1-2的軸線方向，經(jīng)過透鏡組件投射到光電二極管上。數(shù)據(jù)處理器6獲得兩個(gè)波段下的第一測量位置輻射亮度表達(dá)式：

L₁(λ_i,T)＝ε(λ_i)L₀(λ_i,T₀)

其中，i＝1、2；L₁(λ_i,T₀)是光接收器(5)在波長λ_i下的輻射亮度，ε(λ_i)是被測表面(9)在波長λ_i下的發(fā)射率，L₀(λ_i,T₀)是被測表面(9)在相同條件下黑體的輻射亮度；λ_i為有效波長，單位為米；T₀為被測表面(9)的表面溫度，單位為K。

該第一測量位置輻射亮度表達(dá)式獲得步驟中，第一測量位置輻射亮度表達(dá)式L₁(λ_i,T)＝ε(λ_i)L₀(λ_i,T₀)可以采用不同的具體表達(dá)形式。例如，在本實(shí)施例中采用如下公式：其中，i＝1～n，i、n為大于等于1的正整數(shù)；λ_i為有效波長，單位為米；T_bi為吸收管1-2處于第一測量位置、波長λ_i狀態(tài)下的亮度溫度，單位為K；T₀為被測表面9的真實(shí)溫度，單位K；ε_i為波長λ_i，溫度T₀條件下的發(fā)射率。

第二測量位置輻射亮度表達(dá)式獲得步驟。保持測量裝置的反射器1-1位于被測表面9上，通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)3帶動吸收管1-2移動至第二測量位置并保持，此時(shí)反射器1-1對球心11處具有反射作用，球心11處發(fā)出的輻射光線一部分被光接收器5直接接收，另一部分在反射器1-1與球心11的多次反射過程中，被光接收器5接收。此時(shí)數(shù)據(jù)處理器6獲得兩個(gè)波段下的第二測量位置輻射亮度表達(dá)式：

L₂(λ_i,T₀)＝f(ε_i)L₀(λ_i,T₀)

其中，i＝1、2；L₂(λ_i,T₀)是光接收器(5)在波長λ_i下的輻射亮度；f(ε_i)是反射器(1-1)在波長λ_i下的有效發(fā)射率函數(shù)；L₀(λ_i,T₀)是被測表面(9)在相同條件下黑體的輻射亮度；λ_i為有效波長，單位為米；T₀為被測表面(9)的表面溫度，單位為K。

該第二測量位置輻射亮度表達(dá)式獲得步驟中，第二測量位置輻射亮度表達(dá)式L₂(λ_i,T₀)＝f(ε_i)L₀(λ_i,T₀)可以采用不同的具體表達(dá)形式。例如，在本實(shí)施例中采用如下公式：其中T_ai為吸收管1-2處于第二測量位置、波長λ_i狀態(tài)下的亮度溫度，單位為K；f(ε_i)為反射器1-1的有效發(fā)射率函數(shù)。

如圖4所示，本實(shí)施例中，反射面10設(shè)置為半球面，且在測量時(shí)反射面與測量表面的位置關(guān)系為半球面的球心處在被測表面9上，圖4中，由于光線的對稱性只畫出法向右邊的輻射光線。在該情況下，光斑具有如下特點(diǎn)：

1)光斑處輻射光線路線簡單。光斑處發(fā)出的所有輻射光線經(jīng)半球面只經(jīng)一次反射后均被反射回原點(diǎn)，經(jīng)被測表面9反射后再經(jīng)半球鏡反射回原點(diǎn)，依此類推；同時(shí)，在被測表面9除光斑以外其他點(diǎn)發(fā)出的輻射光線均不落在光斑處；

2)光斑處為‘孤立’的輻射點(diǎn)。由于光斑處與非光斑處無熱輻射交換，所以測量范圍只有光斑處的溫度和發(fā)射率，與非光斑處狀態(tài)無關(guān)。當(dāng)被測表面9的發(fā)射率和溫度分布不均勻，甚至被測表面9的面積小于半球鏡覆蓋面積時(shí)，均不影響測量結(jié)果。

以上2點(diǎn)決定，其f(ε)表達(dá)式是可以精確計(jì)算出的，只與光斑處的固有發(fā)射率、反射器的反射率有關(guān)。

由于半球型反射的球心在被測表面9上，光斑11和反射器1-1的反射輻射光線路線簡單，其f(ε_i)表達(dá)式可精確求出：其中，ρ_i為反射器1-1的光譜反射率，r、R分別為通孔7半徑和反射器1-1的半徑。

測量結(jié)果獲得步驟。將測量裝置移開被測表面9，根據(jù)第一測量位置輻射亮度表達(dá)式獲得步驟和第二測量位置輻射亮度表達(dá)式獲得步驟獲得的4個(gè)方程L₁(λ_i,T₀)＝ε(λ_i)L₀(λ_i,T₀)和L₂(λ_i,T₀)＝f(ε_i)L₀(λ_i,T₀)(本實(shí)施例中具體地為和其中T_bi和T_ai分別為第一、第二測量位置的亮度溫度，單位為K)由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6同時(shí)計(jì)算出被測表面9的兩個(gè)發(fā)射率ε_i和真實(shí)溫度T₀，并在顯示裝置上顯示測量結(jié)果。

4個(gè)方程中，T_bi、T_ai、λ_i均可通過測量裝置直接測得，C₂為常數(shù)，反射器1-1的光譜反射率ρ_i是反射器1-1的物理屬性，與被測表面的狀態(tài)無關(guān)。由現(xiàn)有技術(shù)可知，若反射面10鍍金，則ρ_i在紅外譜段λ>1um近乎相等。則可假設(shè)ρ_i＝ρ為與波長無關(guān)的未知數(shù)，則有4個(gè)方程有4個(gè)未知數(shù)，包括兩個(gè)發(fā)射率ε₁、ε₂、反射率ρ和表面溫度T₀，通過求解非線性方程組即可得到發(fā)射率和表面溫度值。

第二實(shí)施例中其它未說明的部分均可參考其它各實(shí)施例的相關(guān)內(nèi)容。

第三實(shí)施例

如圖5所示，本實(shí)施例與第一實(shí)施例的差別在于，吸收管1-2的軸線與垂直于反射器1-1的底面的直徑形成一夾角θ，從而在測量時(shí)，將底面置于被測表面9之后，吸收管1-2的軸線與被測表面9的法向成一夾角θ。本實(shí)施例可測量θ角方向發(fā)射率。本實(shí)施例中夾角θ為30°。

第三實(shí)施例中其它未說明的部分均可參考其它各實(shí)施例的相關(guān)內(nèi)容。

第四實(shí)施例

如圖6所示，第四實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同之處在于，測量裝置的反射轉(zhuǎn)換器1中導(dǎo)光結(jié)構(gòu)4為光纖。另外，光接收器5還包括光譜儀2。光譜儀2具體地為傅立葉光譜儀。經(jīng)吸收管1-2進(jìn)入反射轉(zhuǎn)換器1的輻射光線經(jīng)光纖4導(dǎo)入光譜儀2中，再由光譜儀2分解成單色光，再投射到光電二極管中。

第四實(shí)施例中其它未說明的部分均可參考其它各實(shí)施例的相關(guān)內(nèi)容。

第五實(shí)施例

第五實(shí)施例是采用第一實(shí)施例的一個(gè)變形例的測量裝置測量被測表面9的表面溫度和發(fā)射率的一個(gè)測量方法。該變形例中，光電轉(zhuǎn)換單元包括一個(gè)光電二極管，該光電二極管接收一個(gè)波段的輻射光線。與第二實(shí)施例不同的是，數(shù)據(jù)處理器6只獲得該一個(gè)波段下的輻射亮度的表達(dá)式，在第一測量位置和第二測量位置的表達(dá)式分別為：L₂(λ₁,T₀)＝ε_a(λ₁)L₀(λ₁,T₀)和L₂(λ₁,T₀)＝f(ε₁)L₀(λ₁,T₀)。此時(shí)反射率ρ₁由經(jīng)驗(yàn)給出，此時(shí)只有兩個(gè)未知數(shù)ε₁和T₀，利用兩個(gè)方程可同時(shí)求解這兩個(gè)未知數(shù)。

第五實(shí)施例中其它未說明的部分均可參考其它各實(shí)施例的相關(guān)內(nèi)容。

第六實(shí)施例

第六實(shí)施例是采用反射器的反射面為非半球面(反射面為非球面結(jié)構(gòu)，或反射器為球面但球心不在被測面上)的測量裝置測量被測表面9的表面溫度和發(fā)射率的一個(gè)測量方法。

由于該反射器的反射面為非球面結(jié)構(gòu)，或反射器為球面但球心不在被測面上，有效發(fā)射率函數(shù)f(ε_i)的表達(dá)式與第二實(shí)施例不同。其有效發(fā)射率函數(shù)f(ε_i)的表達(dá)式可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式或仿真計(jì)算獲得：

f(ε_i)＝f(ε_i,ρ_i,θ,h,Ω,η)

其相關(guān)參數(shù)為，根據(jù)所述測量裝置所述物理參數(shù)包括反射面10的光譜反射率ρ_i、反射面10的幾何參數(shù)Ω、反射面10與被測表面9的測量距離h、吸收管1-2軸線與被測表面9的角度θ，和被測表面9的發(fā)射和反射特性參數(shù)η。

第六實(shí)施例中其它未說明的部分均可參考其它各實(shí)施例的相關(guān)內(nèi)容。

本實(shí)用新型以上實(shí)施例的測量被測表面9的表面溫度和發(fā)射率的測量裝置或測量方法具有便攜、所需測量空間小，無背景輻射干擾，使用方便、測量精度高的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型可用于表面溫度和發(fā)射率的在線測量，用于設(shè)置一般輻射測溫儀的發(fā)射率參數(shù)，也可作為發(fā)射率和表面溫度的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器，也可應(yīng)用到計(jì)量測試部門。

本實(shí)用新型并不限于以上實(shí)施例，例如，如果測量移動的被測表面的溫度和發(fā)射率，則可以采用非半球形的球冠面或雙曲面作為反射器的反射面。此時(shí)，反射器的反射面與被測表面當(dāng)保持一定的距離，使被測表面相對于測量裝置的反射器之間相對運(yùn)動保持順暢。在反射面為球冠面時(shí)測量過程中有利地使球冠面的球心保持位于被測表面上。在反射面為雙曲面時(shí)測量過程中有利地使反射器和被測表面之間的距離處于有效測量范圍之內(nèi)。

在采用本實(shí)用新型的測量裝置測量移動的被測表面時(shí)，雖然在吸收管處于第一測量位置和第二測量位置時(shí)對準(zhǔn)的被測表面的測量點(diǎn)發(fā)生變化，但對于一個(gè)連續(xù)的被測表面而言，其一定區(qū)域內(nèi)的溫度和發(fā)射率并不會發(fā)生劇烈的變化，因此，此時(shí)測得的表面溫度和發(fā)射率雖然不是由被測表面的同一測量點(diǎn)的參數(shù)獲得，但仍然是測得的結(jié)果仍然可以代表一定區(qū)域范圍內(nèi)的被測表面的表面溫度和發(fā)射率，因此，同樣具有實(shí)際意義。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者對部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型請求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。