神经多光谱辐射高温计的研制

　　引 言

　　多光谱辐射测温法是利用多个光谱下的物体辐射亮度测量信息，经过数据处理得到物体的真实温度及光谱发射率。1982 年 Cashdollar[1]研制成了 PbSe 作为探测器的 6 波长高温计，用以测量粉尘爆炸过程中粉尘粒子及气体的温度;1992 年 Cezairliyan 等人[2]研制成了亚毫秒级的 6 波长高温计，在脉冲加热下测量了铌金属试样的亮度温度。

　　就目前多波长高温计的研究现状而言，主要存在以下几个问题：

　　1)采用干涉滤光片限定工作波长，受温度及湿度影响较大，而且干涉滤光片也易老化;

　　2)采用光导纤维进行分光，使输出信号减小，不利于小目标测量及提高信噪比和分辨力;

　　3)基于假设方程式

　　进行数据处理，当被测目标的真实情形与假设方程不相符时，通过计算得到的目标真温及光谱发射率的结果偏差相当大[3]，使得目前的多波长高温计只能作为一种专用仪器对某一特定目标进行测量，还无法作为一种通用仪器适合大多数工程材料的目标真温及光谱发射率的测量。

　　因此，有必要研制一种在光路系统及数据处理方法等方面有突破的新型多波长高温计，以便能够自动识别大多数工程材料的目标真温及光谱发射率。

　　1 神经多光谱辐射高温计的总体框图

　　神经多光谱辐射高温计主要由光路系统和数据采集系统两部分构成，其总体框图如图1 所示。主要技术指标如下：1) 测温范围：700~5000K;2)测温精度：1%;3) 工作波长：0.4~1.1μm;4)分光方法：组合棱镜分光;5)波长数：8 路;6) 测量距离：550mm~∞;7) 最小测量目标：1mm×1mm;8) 采集控制同步时间：微秒级。

　　2 神经多光谱辐射高温计的硬件设计

　　2.1 光路系统

　　图2 为神经多光谱辐射高温计的光路系统，其中L1 为主物镜，L2 为准直物镜与孔径光栏，P 为组合色散棱镜，L3 为暗箱物镜，M 为反射镜，A 为光电探测器，L4 为目镜，FS 为视场光栏与反射镜。主物镜 L1,视场光栏 FS 与位于准直物镜 L2 上的孔径光栏构成取样系统。主物镜可以调焦，以便把被测物的像调到视场光栏面上来。L2 将视场光栏 FS 从物面上取来的辐射能准直为平行束，经 P 色散成不同波长具有不同角度的多路平行束，再经 L3 与 M 成像在 L3 的焦平面 A 上而被多元光电探测器按波长次序接收。光电探测器采用 8 个 S1336-18BK 型硅光电二极管，每个硅光电二极管的位置可以单独调节，以便获得最佳像质。

　　2.2 数据采集系统

　　前置级放大器选用 AD645，采样保持器选用 LF398。采样保持器的作用是为了保证测得的 8 路信号是同一时刻的，这对于应用多波长算法至关重要。ADAM5510 是基于 PC 机的可编程式数据采集系统，带有四个 I/O 模块插槽、两个串行通讯端口(即 RS-232 和 RS-485)。ADAM5017H 是高速模拟量采集模块，ADAM5050 是数字量输入输出模块，ADAM4541 是光电转换模块，ADAM4520 是 232/485 信号转换模块。由内插在 ADAM5510 上的 ADAM5050 模块输出数字量，控制采样保持器。由内插在 ADAM5510 上的ADAM5017H 模块采集采样保持器的输出。在无强电磁干扰的情况下，ADAM5510 可由 RS-485 串行端口经 ADAM4520 与 PC 机进行数据传输，此时的有效传输距离为 1200m;在有强电磁干扰的情况下，ADAM5510 可由 RS-485 串行端口经 ADAM4541, ADAM4520 与 PC 机进行数据传输，此时的有效传输距离为 2500m。