高精度红外热成像测温技术研究

红外热成像测温系统由于其远距离、非接触、多目标、高精度的特点,发展非常迅速。在当前新型冠状病毒流行的时期,为快速、高效地筛查出高温人群,及时防控、隔离疫情,红外热成像测温技术凸显了其重要性。测量过程中被测物体温度、环境温度、大气温度、镜头温度、探测器温度等因素,对测温精度都有一定影响,尤其是测温曲线的高精度标定对于红外热像仪测温精度影响最为关键。对红外测温原理进行了研究,建立了红外测温系统输出灰度值与被测物体测量温度的匹配模型,找到一种精确标定测温曲线的方法,提出了应用于高精度测温的V-T_r~4曲线,以及应用于温漂补偿的V-T_(FPA)、V-T_(镜筒)和V-T_(快门)曲线。经过实验验证,达到了理想的效果,使得测温精度显著提升,测温精度可以达到0.15 K以内。     

工业现场环境下提高红外测温精度的方法探究

通过分析红外热像仪测温的基本原理,得出了计算被测物体表面真实温度的通用计算公式;对影响该系统测温精度的因素进行了分析,并提出了提高测温精度的相应措施。     

基于方向发射率校正的红外测温补偿方法

红外热成像仪具有实时在线、非接触获取被测对象二维温度分布等优点,在钢铁、农业、电力电子等众多领域应用广泛。但是,红外测温结果容易受到干扰因素的影响。针对方向发射率变化引起的红外测温误差,本文提出了基于方向发射率校正的红外测温补偿方法。首先,基于红外测温原理,构建了针对方向发射率变化的红外测温补偿模型。其次,为确定补偿模型中的方向发射率,利用红外热像仪和激光扫描仪构建的三维热成像系统,提出了基于参考体的方向发射率校正方法。然后,通过多项式拟合确定方向发射率随视角变化的规律。实验结果表明所提红外测温补偿方法可以有效降低方向发射率变化造成的红外测温误差,经过补偿温度后,红外测温最大误差由9.64℃降低为2.97℃,标准差由3.57℃降低为0.71℃。     

非制冷红外热成像测温关键技术研究

非制冷红外热成像测温过程受环境温度、测温距离和大气湿度等诸多因素影响,因此在复杂环境中实现高精度测温颇具挑战。为了满足复杂环境中精确测温的需求,分析并研究了非制冷红外热成像测温误差的主要影响因素和关键补偿技术。首先,针对非制冷红外探测器输出辐射温度易受环境影响的问题,设计了基于粒子群算法优化反向传播神经网络的非制冷红外探测器辐射温度预测算法,实现了不同工作温度下辐射温度的精确预测;其次,针对测温过程中的红外辐射大气衰减现象,设计了基于大气传输软件的近地红外辐射大气透射率计算方法,实现了大气透射率的准确、快速、便捷计算;最后,整合关键误差补偿技术形成了完整的非制冷红外热成像测温方法,并实验验证了以上关键技术对于提高红外测温精度和环境适应性的有效性。     

红外热像仪精确测温技术

为实现红外热像仪对温度的精确测量,根据热辐射理论和红外热像仪的测温原理,推导了计算被测物体表面真实温度的通用计算公式;讨论了发射率对测温精度的影响,分析了用红外热像仪进行精确测温的条件,探讨了环境、大气和热像仪本身对测量精度的影响,并绘制了各种因素对测温精度影响的理论曲线。结果表明:发射率为0.7时,真实温度为50℃,发射率偏离0.1时,对于3~5 μm热像仪来说,测温结果偏离真实温度0.76~0.89 ℃; 对于8~14 μm热像仪来说,测温结果偏离真实温度1.56~1.87℃。本研究结果对提高热像仪测量温度和表面发射率的准确性,减小不必要的测量误差具有实际意义。     

复杂背景下三维弯曲表面红外测温修正

航空发动机涡轮叶片的断裂脱落与叶片温度密切相关,准确测量涡轮叶片温度对航空发动机的安全运行具有重要意义。针对涡轮叶片材料发射率不均匀、周围高温物体反射严重以及探测角度变化等因素导致传统红外辐射测温方法精度难以保证的问题,基于辐射传输理论与红外热成像测温原理,分析了对红外测温结果影响的主要因素,提出了复杂背景下三维弯曲表面红外辐射测温的修正模型。通过设计实验测量获得弯曲表面的发射率、双向反射分布函数、角系数等重要参数,根据提出的温度修正模型,得到弯曲表面红外修正温度。通过与典型位置上热电偶的测温结果对比,测温误差由修正前的4%左右下降到1%以内,证明了所提的修正模型具有较高的精度和适应性,可为涡轮叶片气动传热试验技术的提升和航空发动机等重大装备的研制提供支撑。     

新产品·新成果

1s内侧体温的红外热像仪在 5月份的 1 0多天里 ,华中科技大学已赶制出 2 0多台新型的 1s内测体温的红外热像仪 ,援助全国抗非典一线。这种“慧眼HW - 0 5人体温度红外热图像仪”具有测温灵敏度高、使用安全轻便等特点。使用时 ,只要被测人面向摄像镜头 ,在离镜头 5m以内停留小于 1s的瞬间 ,仪器就会立即显示人体热图像和最高体表温度 ;若测到可疑发烧病人 ,仪器会立即报警。该系统的温度分辨力可达到 0 .0 6℃ ,测温精度可达到± 0 .2℃ ,操作人员在监控室即可获得准确数据。(摘自《中国仪电报》)HIT - 1型红外体温测量仪经过哈尔滨工业大…     

红外热像仪测量切削温度的误差来源分析与实验研究

用红外热像仪测量切削温度时,拍摄角度、距离以及物体表面发射率都是导致测温误差的来源。在红外热像仪测温理论分析的基础上,对这些因素用控制变量法进行实验。结果结果表明,拍摄角度在5o~10o和30o~35o这两个范围内,测温误差较小。热像仪与切削区之间的距离在1.1m~1.2m的范围内,测量温度比较稳定。对于粗加工45号钢而言,表面发射率设在0.48~0.45之间,温度波动较小,此区间的发射率为较好。研究结果对于红外热像仪现场监测切削温度,具有实际的指导意义。     

一种高精度红外测油仪的开发

红外测油仪是重要的分析仪器设备之一。介绍了--基于朗伯-比耳光吸收定理的高精度红外测油仪的开发实例。对漂移误差的消除、锁相技术和数字滤波的应用提高了仪器的精度。     

HWSG—2型微控红外双色测温仪

概述红外双色测温科学地利用被测物体的红外热辐射中两个窄波段的能量之比随温度变化而变化的原理进行测温,较之其他辐射测温方式具有受物体发射系数的影响小,能有效的克服目标不充满视场和烟尘、水汽吸收起的误差且长期的复现精度好等优点。由于环境温度变化和多种干扰因素造成的影响在取比值的过程中     

红外热像仪外场测温的大气透过率二次标定

为了实现测温红外热像仪的外场精确测温,研究了大气透过率的二次标定。建立了红外热像仪的外场远距离测温标定模型,采用一个标准面源黑体和红外热像仪对大气透过率进行了二次标定。首先,用标准面源黑体的设置温度标定大气透过率的二次修正系数;然后,在已知目标感兴趣区域发射率的情况下,用二次修正系数对未知辐射源测量值进行修正,实现未知辐射源目标辐射温度的准确测量。实验显示,随黑体设置温度从50℃不断升高(二次大气透过率近似为1),大气二次透过率修正系数在50～100℃内迅速下降,在100～200℃内下降趋势减缓,逐渐接近于约为0.7的常数。实验结果为测温红外热像仪外场精确测温提供了保证。     

矿用非接触式红外测温仪

为了满足煤矿井下测温需求,设计了一种基于红外技术的非接触式矿用温度测量仪.由于环境温度和距离对红外测温影响较大,系统采用DS18B20测温模块测量环境温度,超声波测距模块测量距离,通过数据分析得出环境温度和距离对红外测温的影响,并对测量结果进行修正.系统采用两级保护,温度超过第一级预设值发出报警信号,超过第二级预设值自动断电,以保证安全.同时,系统采用激光定位系统,方便测量和安装.     

A Novel Method of Efficient Machining Error Compensation Based on NURBS Surface Control Points Reconstruction

A novel method to improve the efficiency of error compensation in free-form surface machining based on the Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) surface control points reconstruction is proposed in this article. With the presented method, a relatively small number of inspection points are needed to be measured for error compensation. The machined surface is obtained by reconstructing the control points of the designed surface based on the on-machine measurement data. The machining error of the surface is obtained by calculating the difference between the machined surface and the designed one. Then a compensate surface is achieved using the mirror symmetry model and surface modification method to compensate the machining error. Experimental validation for the milling of a NURBS surface shows that the machining accuracy of the surface is improved by 62.57% through use of the proposed method.     

非Lambert表面从明暗恢复形状技术的研究进展

传统的从明暗恢复形状(Shape from Shading,SFS)技术通常假定物体表面为Lambert表面,然而对于实际的物体表面来说,上述简化造成了重构结果误差较大.近年来,许多学者开始关注于非Lambert表面下的SFS技术的研究.结合作者自身的研究,从成像过程建模、图像辐照度方程的建立及求解数值算法出发,介绍了非Lambert表面从明暗恢复形状技术的研究进展.首先,简要介绍了非Lambert表面下典型的SFS技术;其次,以OrenNayer模型为例详细说明了非Lambert表面SFS方法的关键技术;最后,对非Lambert表面SFS技术的发展趋势进行了探讨.     

基于红外测温技术的电器表面温升快速检测方法

针对现有的家用和类似用途电器的温升检测技术,引入光学图像以增强红外图像的可视性,从而建立了一套运用红外热像仪对电器可触及表面温升进行检测的方法。实验结果表明,红外测温方法比传统的热电偶测温方法效率离、自动化程度高、数据实时性好。     

基于μC/OS-Ⅱ的红外测温系统的设计

介绍了一种以ARM为处理器的红外测温系统,在系统中设计移植了实时操作系统μC/OS-Ⅱ,可以完成对圆盘表面温度的检测,并在LCD上显示物件表面各个区域的的温度及其分布曲线;通过触摸屏可以指定测量点。同时系统采用了开源的TCP/IP协议,可以实现系统与外部PC设备的连接和信息交互。该设计对红外探测物体表面的温度有一定的参考价值。     

BACK PROPAGATION NEURAL NETWORK MODEL FOR TEMPERATURE AND HUMIDITY COMPENSATION OF A NON DISPERSIVE INFRARED METHANE SENSOR

The infrared absorption gas sensor detects CH₄, CO, CO₂, and other gases accurately and rapidly. However, temperature and humidity have a great impact on the gas sensor's performance. This article studied the response of an infrared methane gas sensor under different temperatures and humidity conditions. After analyzing the compensation methods, a back propagation neural network was chosen to compensate the nonlinear error caused by temperature and humidity. The optimal parameters of the neural network are reported in this article. After the compensation, the mean error of the gas sensor's output was between 0.02–0.08 vol %, and the maximum relative error dropped to 8.33% of the relative error before compensation. The results demonstrated that the back propagation neural network is an effective method to eliminate the influence of temperature and humidity on infrared methane gas sensors.     

大口径SiC轻量化反射镜柔性带式支撑静摩擦影响

采用柔性带式支撑方式的大口径光学反射镜与支撑带之间的静摩擦力对反射镜面形精度影响较大,而且该影响难于直接定量测量。针对这一实际情况,考虑到温度变化将引起静摩擦力状态变化这一规律,建立了温度—静摩擦力间的关系表达式;接着,以反射镜所受静摩擦力与环境温度关系为基础,通过测量不同温度下的反射镜面形精度,间接推算出静摩擦力对反射镜面形精度的影响;以1.2米SiC轻量化反射镜为研究对象,利用干涉仪检测其柔性带式支撑机构在不同温度下的面形精度,并利用实测数据推导出温度—静摩擦关系的相应系数;最后借助ANSYS软件,对带式支撑机构的受力情况进行仿真分析。实测结果与仿真分析结果一致性较好,说明该研究方法可较为准确地推导出静摩擦力对大口径SiC轻量化反射镜面形影响。