无扫描宽范围多波长成像测温技术

多波长测温是一种先进的辐射测温技术,其原理是假定发射率光谱模型,利用测得的多波长辐射与波长发射率函数关系,求得目标的真温和发射率。多波长成像测温技术通过探测目标的多波长辐射图像信息,反演计算得到目标的温场分布。针对基于彩色CCD的多波长成像测温不能适应非线性光谱发射率模型、测温动态范围较窄等不足,提出了一种基于光阑处非等比例滤色分光的四波长无扫描成像测温方法,有效压缩了波段成像带宽,形成了四个窄波段的成像探测,适用于非线性光谱发射率模型目标宽动态范围温场测量。根据提出的测温方法研制了四波长成像测温仪。测温仪主要由窗口、中性衰减片、四色滤光片、光学物镜镜头、可见/近红外集成传感器、测量控制单元及软件等部分组成。测温仪软件由目标四个波长的单色成像图像,得到目标的真温温场分布。在激光加热条件下对800~2500 ℃目标高温温场进行了试验测试,测量结果与热电偶数据比对表明误差小于1%,具有较高的准确度和较好的动态范围适应性。     

应用BP神经网络的光谱测温与仿真

采用BP神经网络处理多光谱测温数据,利用MATLAB神经网络工具箱进行计算机仿真试验,并分析了随机噪声对测量结果的影响。实验结果表明,该方法可以取消大多数工程材料发射率与波长之间的假设模型,克服最小二乘法解决上述问题的局限,是一种获得目标真温及光谱发射率行之有效的方法。     

一种改进的可见-红外多光谱辐射测温反演算法

在基于参考温度的二次测量法数学模型的基础上,提出了无需假设光谱发射率模型的可见-红外多光谱辐射测温迭代递推算法,并对4种发射率假设模型进行了仿真计算。结果表明:新算法的温度绝对误差小于20 K,发射率趋势也与假设模型的发射率趋势吻合较好。进一步完善了可见-红外多光谱辐射测温理论。     

超高温FT-IR光谱发射率测量系统校准方法

针对材料发射率数据日益增长的需求,建立了超高温傅里叶变换(FT)光谱发射率测量系统.为校准材料光谱发射率的测量结果,建立了包含辐射传交换、固体热传导、辐射测温在内的发射率校准模型.通过校准模型定量分析了试样辐射热损、厚度、热导率等因素引起的发射率测量误差.结果表明,这些因素均导致试样测量温度偏高,而发射率测量结果偏低.测量了真空环境下2000℃时纯度为99.99%石墨的光谱发射率曲线.采用模型校准后的发射率曲线与文献比较,取得了比较一致的结果.该方法在超高温发射率测量技术中可以有效地提高测量精度.     

环境辐射对热像仪测温的影响

不同于传统的离散光谱测温,热像仪测温的实质是一种在一定波段范围内的基于探测器光谱响应的连续光谱测温。除了目标的发射率会影响热像仪所测温度与真实温度的关系外,反射的环境辐射也是热像仪测温结果的重要影响因素。目前的热像仪测温精度研究在对目标反射环境辐射的处理中,大都把环境辐射看做是均匀入射的或者是把目标看做了镜面反射体,这样做虽然可以大大简化模型,但是却远远不符合实际情况。针对这一现状,利用辐射度学原理和热像仪探测器的光谱响应特性,建立了在环境辐射非均匀入射条件下的热像仪对漫射目标的测温模型,结果表明:环境辐射对热像仪测温的影响,除了与目标的反射率和环境辐射源的温度有关外,还与环境辐射源对目标所张的投影立体角有关。根据所得模型,分析了热像仪测温的影响因素,重点对几种典型环境辐射条件下对热像仪测温的影响进行了定量计算和分析,并进行了实验验证。相关结果一方面可以为热像仪测温设计提供参考,另一方面可以为复杂环境条件下热像仪测温与真实温度的误差估算提供理论依据。     

超高温FT-IR光谱发射率测量系统校准方法研究

针对材料发射率数据日益增长的需求,建立了超高温傅里叶变换（FT）光谱发射率测量系统.为校准材料光谱发射率的测量结果,建立了包含辐射传交换、固体热传导、辐射测温在内的发射率校准模型. 通过校准模型定量分析了试样辐射热损、厚度、热导率等因素引起的发射率测量误差.结果表明,这些因素均导致试样测量温度偏高,而发射率测量结果偏低.测量了真空环境下2000℃时纯度为99.99%石墨的光谱发射率曲线.采用模型校准后的发射率曲线与文献比较,取得了比较一致的结果.该方法在超高温发射率测量技术中可以有效地提高测量精度.     

反射及发射率对光纤测温仪精度的影响及抑制

在简要介绍一种利用钽酸锂热释电探测器实现的实用化双波长光纤测温仪的基础上,着重讨论了待测面对背景目标辐射的反射（反射辐射）及待测面的光谱发射率对仪器测温精度的影响,并提出了相应的抑制措施.结果表明,在采取相应的抗干扰措施后,在仪器要求的测温范围400～1360℃内,其测温精度符合设计要求.     

非电量测量与设备

0620948反射及发射率对光纤测温仪精度的影响及抑制[刊,中]／施德恒／／激光与红外．-2006,36(5)．-365-368 (G)在简要介绍一种利用钽酸锂热释电探测器实现的实用化双波长光纤测温仪的基础上,着重讨论了待测面对背景目标辐射的反射(反射辐射)及待测面的光谱发射率对仪器测温精度的影响,并提出了相应的抑制措施。结果表明,在采取相应的抗干扰措施后,在仪器要求的测温范围400～1360℃内,其测温精度符合设计要求。参8     

引入无量纲模型及弯曲系数的三波段红外测温优化研究

以红外辐射基本理论为基础,将红外温度测量同被测物发射率相分离,构建未涉及发射率的红外三波段测温向量组,解决红外测温结果同发射率耦合度低的问题。进一步优化三波段向量组,提出无量纲发射率模型及适宜波段条件。通过对发射率线性函数进行优化,引入弯曲指数n,拓展发射率函数的应用范围。适宜波段条件的提出则保证了三波段测温向量组结果的精确性。对四个硫化矿样本应用三波段测温法同传统红外测温法进行实验测温对比研究,分析结果表明:三波段测温法同真实温度吻合度较常规红外测量好,且相对误差明显小于传统红外测温,验证了三波段测温法的可用性及精确性。三波段测温法在保证测量精度的同时拓宽了普通单波段红外热像仪的应用范围,保证了硫化矿自燃红外预测数值精度。     

脉冲加热材料热物性多光谱动态测量装置的研制

提出一种将多光谱测温法和积分球反射法相结合的脉冲加热技术测量材料热物性的新方法。基于积分球反射法,利用多光谱测温法获得材料在多个光谱下的辐射信息，可同时获得试样在多个光谱下的法向光谱发射率。介绍了利用该方法的脉冲加热瞬态热物性测量装置的各组成部分及其工作原理，该装置能 同时测量带状试样的比热、电阻率、全波长半球发射率及多个光谱下的法向光谱发射率。     

基于标准黑体的物体表面发射率计算方法研究

红外测温仪器的精度和被测物体表面的发射率对测量物体红外辐射特性的准确性影响很大。为了提高物体表面发射率的计算精度,先通过标准黑体对红外热像仪进行标定。然后,利用标定好的红外热像仪测量温度,计算出被测物体表面的发射率。将基于神经网络的红外热像仪标定方法应用到目标发射率的求解方法中,有效地消除了热像仪的系统误差。测试装置简单,测试结果准确。同时,温度和发射率的精确测量为红外隐身材料的研制奠定了基础。     

双向反射分布函数结合Bi-LSTM网络求解壁面发射率

壁面光谱发射率求解是飞行器红外隐身的关键技术之一。首先设计了壁面反射光路和光源,通过光谱辐射计获取壁面反射的辐射亮度序列,为尽可能地消除外界干扰对于光谱发射率求解精度的影响,基于双向长短期记忆网络,设计了Bi-LSTM亮度回归网络模型,并对测试样本进行训练学习。基于BRDF的壁面发射率求解模型及基于Bi-LSTM网络的亮度回归模型求解壁面的发射率。计算结果显示,提出的基于双向反射分布函数的壁面发射率求解方法的相对误差为12.21%,满足工程测试需求。     

基于神经网络的多光谱测温方法研究

提出了基于神经网络的多波长温度计数据处理的新方法。实验结果表明,该方法可以解决绝大多数工程材料的目标真温及光谱发射率的测量问题。     

单目标极小值优化法的多波长真温反演研究

在多波长温度测量系统中,光谱发射率假设为波长或温度模型来实现真温的求解。由于模型假设存在一定的不确定性,光谱发射率模型与实际光谱发射率的变化规律可能不符,会造成较大的真温反演误差。另外,光谱发射率与波长或温度之间的函数关系通用性较差,尤其是待测辐射体发生改变时,这种关系自然也就不复存在了。为了获得正确的真温,首次将优化思想引入到方法中,建立了单目标极小值优化法（Single Objective Minimization Optimization Method,SMO）完成真温反演。新方法无需建立光谱发射率和波长或温度之间的模型,降低了真温求解方法的复杂性和技术难度。与原有的光谱发射率与温度之间的模型（也称二次测量法,Second Measurement Method,SMM法）相比,在相同的初始条件下,新方法与二次测量法相比,反演速度提高了95%以上。     

Wavelength-specific pyrometry as a temperature measurement tool

A wavelength-specific 9.4±0.3-μm pyrometer with a 0.41 constant emissivity was used to measure the temperature of 2 to 6 Ω-cm, n-type silicon coated with 1.3 μm of thermal oxide from 270°C to 600°C with an accuracy of ±1%. At lower temperatures, the emissivity monotonically decreases to 0.36 at 200°C with a slope that is proportional to the thermally activated free-carrier absorption of the silicon. This dependency introduces. at any temperature, a temperature uncertainty that is proportional to the emissivity change divided by the constant emissivity. By comparison, the same accuracy inherent in constant emissivity measurements is limited to 430°C when sensed with a more typical 11±3-μm pyrometer. Furthermore, the emissivity change at 200°C is three times larger, resulting in an equally large temperature uncertainty. A four-phase optical model with the constraint of substrate opacity is used to approximate the constant emissivity, as a function of the spectral bandwidth of the pyrometer. The greatest discrepancy between calculation and measurement is 0.14 emissivity or 24°C at 430°C     

SiCp/Al切削精确测温前红外热像仪发射率标定的实验研究

发射率设定对红外热像仪测量结果的准确性具有决定性的影响,必须在测温前进行准确标定。首先通过热电偶标定试验研究了发射率设定对红外热像仪测温精度的影响。其次通过析因实验分析了设定发射率的影响因素。最后通过正交实验研究了各因素对设定发射率的影响程度,并进行了经验公式拟合和实验验证。结果表明:对于SiC_p/Al复合材料,设定发射率在被测温度500 ℃前后有很大的差异,被测温度超过500 ℃时,采用推荐值作为设定方法则会产生较大误差。在[0°,45°]范围内测量角度对设定发射率几乎没有影响,但温度、表面粗糙度和观测距离都会影响设定发射率。多项式拟合获得的设定发射率经验公式预测结果的最大误差为2.76%。     

颜料粉体红外发射率的测试研究

利用"透红外材料压片法"测试颜料粉体红外发射率,介绍了颜料粉体红外发射率测试的原理及方法,同时,讨论了研磨时间、透红外材料、颜料粉体/KBr的混合比例对颜料粉体红外发射率值的影响,结果表明:颜料粉体的红外发射率随着研磨时间的延长而减小;颜料粉末与透红外材料 KBr混合的发射率值比颜料粉末与KCl的高;颜料粉体/KBr的最佳混合比例为0.5:100～1.5:100.