棱镜分光多波长高温计结构设计

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1、哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）目录1.仪器的应用背景22.仪器工作原理23.仪器的光学系统34.整体设计思路35.关键部分结构设计35.1物镜（可调）35.2目镜（可调）35.3场栏反射镜（可调）35.4组合棱镜35.5反射镜（可调）36.优缺点分析37.改进意见38.心得体会39.参考文献312哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）1.仪器的应用背景棱镜分光多波长高温计是一种新型的辐射测温仪器，可广泛应用于航天，航空，核能，兵器，冶金材料，能源等领域，作为非黑体的真温测量，热物性动态测试及温度传递等。它具有测温范围宽（-50~3000℃），反应速度快（亚毫秒级），长期稳定性好

2、，使用寿命长等优点。它适用于远距离目标、运动物体、带电物体及不可接触的目标温度的测量。棱镜分光高温计属于光电高温计。光学高温计是发展最早、应用最广的非接触式温度计之一。它结构简单，使用方便，测温范围广(700～3200℃），一般可满足工业测温的准确度要求。目前广泛用于高温熔体、炉窑的温度测量，是冶金、陶瓷等工业部门十分重要的高温仪表。光学高温计的缺点是以人眼观察，并需用手动平衡，因此不能实现快速测量和自动记录，且测量结果带有主观性。最近，由于光电探测器、干涉滤光片及单色器的发展，使光学高温计在工业测量中的地位逐渐下降，正在被较灵敏、准确的光电高温计所代替。在光学高温计基础上发展起来

3、的光电高温计用光敏元件代替人眼，实现了光电自动测量。它的特点有:灵敏度和准确度高；波长范围不受限制，可见光与红外范围均可，测温下限可向低温扩展；响应时间短；便于自动测量和控制，能自动记录和远距离传送。哈尔滨工业大学戴景民教授与意大利罗马大学的Ruffino教授合作于1991年研制成功了棱镜分光式35波长硅光电高温计，用于表面真温和材料发射率的同时测量。它应用组合棱镜分光技术并以硅光电二极管阵列为探测器，具有以下特点：取消了干涉滤光片，从而消除了因滤光片透过率漂移而造成的不稳定；因为无干涉滤光片，使整个光路光能损失减少，提高了仪器的信噪比；波长选择灵活，适用性强，且光谱透过率波形接近

4、理想的矩形。戴景民教授在此多波长高温计的基础上，现又研制出棱镜分光式精密(标准)光电高温计，一般具有01656μm和019μm两个工作波长，并可按用户要求增加其它波长。该仪器除保持了无滤光片这一特点外，与其它的精密(标准)光电高温计相比，还具有以下优点：一个仪器多个工作波长；成本低廉，与单波长高温计相当；可进行不同波长上的亮温传递；仪器小巧及使用方便。总的来说，目前光电高温计的发展前景还是很乐观的，已经有许多一起被批量生产并广泛应用于各个领域。2.仪器工作原理12哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）多波长辐射测温仪是通过测量目标在多个波长下的辐射能量来同事获得目标的真实温度和光谱发

5、射率的辐射式测温仪器。多波长辐射测温法是在一个仪器中制成多个光谱通道，利用多个光谱的物体辐射亮度测量信息，经过数据处理得到物体的温度和材料的光谱发射率。这种方法不需要辅助设备和附加信息，对被测对象也没有特殊要求，因而特别适合于高温、甚高温目标的真温及材料发射率的同时测量，在目前已有的应用中表现了极好的发展前景。多光谱辐射测温法的数学模型有基于检定常数的数学模型、基于亮度温度的数学模型和基于参考温度的数学模型。整个仪器设备在较为精确地测量目标真温和发射率的同时，也具备了体积小、操作方便灵活、可靠性高等优点。这相对于以往的多波长高温计来说，是很大的突破。这些方面的改善，也将使得高温计能

6、够在更为复杂的环境下发挥其实用价值，具有很好的应用前景。而且，仪器分光多波长高温计采用棱镜分光获得工作波长，它最多可有35个波长，选择灵活。它克服了传统的干涉滤光片分光限定工作波长的不足，从而提高了仪器的精密和长期稳定性。3.仪器的光学系统仪器的光路系统提供了辐射能量传播的通道，如图1和表1所示。目标辐射的能量经主物镜1、2、3成像于场栏反射镜5，一方面经分划板7、场镜8和目镜9、10在孔径光栏11处成像用于瞄准，另一方面成像于视场光栏的能量经分划场镜6入射到准直物镜12、13准直为平行光，再投射到组合棱镜14上，组合棱镜将复试光展成光谱，经暗箱物镜15、16聚焦于反射镜17，反射

7、至探测器线列，经转换及电路处理可直接显示被测目标的真实温度。12哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）图1表1序号名称外形尺寸镜框尺寸中心厚度1主物镜Φ26Φ243.52Φ26Φ2423Φ26Φ2434孔径光栏Φ22.85场栏反射镜25*25*16分划场镜Φ32Φ3057分划板Φ32Φ308场镜Φ32Φ305.5序号名称外形尺寸镜框尺寸中心厚度9目镜负片Φ20Φ181.510目镜正片Φ20Φ18411孔径光栏12准直物镜Φ32Φ30213Φ32Φ30614组合棱镜92*