国内应用远红外加热技术现状

1982年召开的工业炉学会《远红外加热技术座谈会》,在低温远红外加热用于木材干燥吸收机理、匹配和非匹配吸收理论,远红外加热在中高温金属热处理炉中应用理论和方法,以及新型远红外加热元件和黑体炉研制,远红外测试等方面进行了论述,反映了近几年来国内远红外加热技术发展水平。现综述如下。     

FY-2气象卫星扫描辐射计可见-近红外窗口滤光片的研制

FY-2气象卫星扫描辐射计可见—近红外窗口滤光片用来获取白天可见光和夜间近红外云图。介绍了窗口滤光片的设计和优化过程;材料的选择和匹配方案;膜层厚度的监控技术;真空室内不同位置基片均匀性的调整方法;滤光片光谱曲线和抗环境性能的测试和分析过程等。经光谱测试和环境可靠性实验表明,研制的该可见—近红外窗口滤光片满足空间工程的使用要求。     

六氟化硫气体探测用10.56μm窄带滤光片的研制

在六氟化硫气体检测中经常会使用红外气体传感器,红外滤光片是红外气体传感器的核心元件。对六氟化硫的红外气体探测中,研制性价比较高的10.56 μm窄带滤光片尤其重要。首先,通过测量空气和六氟化硫气体的红外吸收光谱,明确了基于NDIR技术的红外传感器需要的滤光片的光谱指标。然后,使用单晶硅为基底,锗和硫化锌为高、低折射率材料,设计了窄带膜系和截止膜系两种膜系结构。通过选择合理的工艺参数,镀制了中心波长为10.562 μm、带宽为175 nm、峰值透射率为80.2%、截止范围为2~18 μm（除通带）的红外滤光片。最后,经环境测试和传感器测试,证明该滤光片满足使用要求。     

远红外元件性能的简易测试

近年来随着节约能源运动的深入开展,远红外加热技术得到了日益广泛的应用,并研制和生产了各种类型的远红外加热元件。在测试其性能方面,以往采用红外分光光度计或单色光仪等价格昂贵的精密仪器。在现有条件下,如何用较简便的方法进行这项测试工作,是一个急需解决的问题。今提出几种切实可行的简易测试     

铸坯表面温度场测量仪的研究

基于面阵CCD(charge coupled device)的测温系统可以有效克服氧化皮对铸坯表面温度测量的干扰,近年来成为高温测量领域研究的热点。但CCD的非线性关系导致动态测温范围窄、低温段测量精度低。基于窄带带通滤光片建立了单光谱辐射CCD测温模型,据此研制了由滤光片、CCD、CCD信号处理器及DSP构成的铸坯表面温度场测量仪。通过一点标定和自适应调整光积分时间,扩展了CCD测温范围,同时改善了低温段的测量精度,使各温度段测量结果趋于等精度分布;采用4级流水线机制及DSP、工控机(industrial personal computer,IPC)2级数据处理结构,提高了系统的实时性;该仪器还具有暗电流补偿和以太网传输功能。通过黑体炉标定和现场测量,结果表明研制的测温仪满足铸坯表面温度场测量要求。     

PbGeTe材料在长波红外低温滤光片镀制中的应用

采用目前PbTe与ZnSe材料镀制的长波红外低温滤光片时,存在低温中心波长漂移、透过率降低,膜层附着度差等缺点。介绍了一种掺锗的PbGeTe材料在长波红外低温滤光片镀制中的应用[1]。该材料能弥补PbTe材料在低温下的缺点,但常温时消光系数大。根据PbGeTe材料的特点,设计时仅把PbGeTe材料作为膜系中心间隔层,使该材料性能在滤光片中充分发挥作用。镀制出的10.8μm长波红外低温滤光片,与用单纯用PbTe材料作为膜系中心间隔层相比,在低温下,具有更好的光学性能及更强膜层附着力[2]。     

利用Pb1-xGexTe材料的折射率异常性质改善红外光学薄膜的低温性能

红外薄膜干涉滤光片性能在低温下的变化是空间遥感系统中的一个关键性问题。经研究表明IV-VI族半导体PbTe和GeTe的赝二元合金Pb1-xGexTe在铁电相变点具有折射率异常—相应于铁电相变,Pb1-xGexTe薄膜呈现出最大折射率值。用Pb0.94Ge0.06Te材料代替PbTe材料,制作了一个红外薄膜干涉滤光片。测试结果表明:其中心波长漂移从0.48nm/K改进到0.23nm/K,在所测量的80K～300K的温度范围,用Pb0.94Ge0.06Te材料制作的滤光片的峰透过率高于用PbTe材料制作的滤光片约3%,从而极大地改善了光学薄膜器件在深低温环境下的稳定性和可靠性。     

一种新型保温材料——高温远红外固体精

最近几年,远红外保温涂料在锅炉低温(1000℃以下)状态下的应用较为普遍,节能效果也好。但在中温、高温(1000℃～2500℃)状态下的应用,却不够理想。湖南合新材料研究所研制生产的“高温远红外固体精”使这一问题得到解决。铁道都怀化铁路总公司在部分工业锅炉上推广使用,获得很好的社会和经济效益。该产品获湖南省科技进步奖。 一、性能与特点 高温远红外固体精是以多种铝镁硅酸盐非金属矿物质为主体,复合其它辅助材料和与此相匹配的有关填充料,加入适量的化学添加剂,采用先进的工艺研制而成。产品外观呈纤维网状膏体。该产品具有耐高温、耐酸碱、不结垢、无污染、粘结性强、施工方便、操作性     

新颖的低成本非致冷红外摄像机

美国Aegis半导体公司最近开发出了一种采用光学读出的新颖非致冷长波红外成像技术。该成像技术利用半导体中的热一光效应探测红外信号。其关键元件焦平面列阵由许多热可调谐薄膜滤光片膜片像元构成。每个热像元充当一个波长转换器，负责将远红外辐射信号转换成能被CCD或CMOS摄像机探测的近红外信号。该公司利用光学滤光片和MEMS技术制作了一个不采用导线或主动制冷的160×120元低成本长波红外焦平面列阵。     

日盲紫外滤光片的带外截止深度测试

针对全日盲紫外滤光片,建立了以窄带光发射二极管（LED）作为基本光源的超大动态范围滤光片带外截止深度测试系统,并分析了系统的测试误差。该系统主要由LED光源,已知衰减系数的标准反射式中性衰减片以及光电倍增管组成。基于替代法,系统测试时将LED光源通过衰减片后的输出电流作为参考电流值替代光源的初始电流值,通过对比运算获得滤光片的带外截止深度。针对系统中的反射式衰减片,文中还提出一种组合衰减片方法,以保证光电倍增管始终工作在线性响应范围内,从而实现对滤光片的超大动态范围的截止深度测试。实验结果表明,在350~800 nm谱段内,该测试系统可测滤光片的带外截止深度延伸至11-OD,不确定度小于2%,相对重复性误差小于0.2%。该系统结构简单,测试谱段范围宽、可测动态范围大且精度高,可广泛用于滤光片的截止深度测试。     

切削热电偶测温的热电势信号滤波研究

切削温度兼有缓变和剧变的特性,用常规的滤波技术对温度信号进行采滤波的效果差。基于增量变化的人工智能滑动加权平均滤波器把一次切削过程分为若干切削阶段,针对不同阶段的特点采取不同的滤波技术,达到滤波的同时又不破坏信号的特征。把该滤波器应用在切削温度信号的滤波,滤波结果与人工滤波结果进行比较,发现基于增量变化的人工智能滑动加权平均滤波器对温度数据滤波效果好。     

离散化粒子滤波器及其在色谱柱温度控制中的应用

由于在非线性、非高斯系统中表现出很好的应用效果,粒子滤波用于很多领域。粒子滤波算法的关键是建议分布的选择。该文提出一种改进的粒子滤波算法,可以提高粒子滤波算法的精度。仿真表明,这种粒子滤波技术应用到色谱柱柱温控制中,可以提高色谱柱温度控制精度,对色谱仪分析结果有重要影响。     

滤棒真空干燥技术的试验研究

为解决目前滤棒干燥技术存在的不足,降低干燥温度,提高干燥效率,将真空技术应用到滤棒的干燥工艺中,并进行了滤棒的真空干燥试验。试验结果表明：在真空度-0.092Mpa,环境温度50℃～55℃的条件下,三个小时即可实现滤棒的干燥,且干燥后的滤棒各项指标均符合要求。     

基于CMAC的非线性逆滤波器补偿热敏电阻的测量误差

热敏电阻传感器存在着严重的非线性静态特性和响应滞后的动态特性,当被测量的温度变化率高于传感器的响应速度时,测量结果与真值之间存在较大的误差。为了补偿这个测量误差,采用了一个由无限响应的IIR滤波器和静态非线性环节构成的非线性滤波器去减小误差。IIR滤波器的系数通过实验数据得到,它是传感器的动态逆模型;非线性静态环节采用单输入/单输出小脑神经网络(S ISO CM AC)实现,S ISO CM AC具有学习简单、收敛速度快、函数逼近精度高等优点。采用此方法改善热敏电阻的动态特性具有不依赖传感器模型的特点,并通过实验对该方法的有效性进行了验证。     

Development of electroluminescence based pressure-sensitive paint system

We introduce a pressure-sensitive paint (PSP) measurement system based on an electroluminescence (EL) as a surface illumination. This consists of an inorganic EL as the illumination, a short-pass filter, and a platinum-porphyrin based PSP. The short-pass filter, which passes below 500 nm, was used to separate an overlay of the EL illumination and the PSP emission. The EL shows an opposite temperature dependency to that of the PSP. It gives a uniform illumination compared to that of a point illumination source such as a xenon lamp. Under atmospheric conditions, the resultant EL-PSP system reduces the temperature dependency by 54% compared to that of a conventional PSP system. An application of the EL-PSP system to a sonic jet impingement shows that the system demonstrated its reduction of the temperature dependency by 75% in a pressure measurement and reduces an image misalignment error.     

A fiber loop mirror temperature sensor demodulation technique using a long-period grating in a photonic crystal fiber and a band-pass filter

A fiber loop mirror (FLM) temperature sensor using a long-period grating (LPG) written in a photonic crystal fiber (PCF) and a band-pass filter as a demodulator is proposed. By utilizing the stable filtering function of the LPG in the PCF, the resonant wavelength variation of the FLM with temperature is transferred effectively to the intensity variation of the output light. By monitoring the light intensity of the band-pass of the filter, temperature applied on the FLM is deduced by an optical power meter. Experiment results show that the temperature sensitivity is high as ~1.742 dB/ °C when a filter with a full width at half maximum 3 nm and the center at 1545 nm is used.     

Comparison of the radiation temperature scales between MIKES and PTB

The radiation temperature scales of PTB and MIKES were compared in the range of 1570–2770 K using four filter radiometers of MIKES, one filter radiometer of PTB, and linear radiation thermometers of both MIKES and PTB. The agreement was partial: two filter radiometers and the linear radiation thermometer of MIKES agreed well with the equipment of PTB, while two filter radiometers deviated from the other equipment. To get a deeper understanding of the reasons of the deviation, the results were studied in terms of both temperature and radiance. The deviation was found constant in terms of radiance. A correction factor was calculated for the radiance level with help of a temperature fixed-point calibration. The use of the correction factor improved the results.     

1.5 MW风力发电齿轮箱润滑系统设计研究

开发了多精度等级并联过滤的技术,并合理布局梯度混合型复合纤维过滤材料,有效解决了油液随油温变化自动调节过滤精度并适应高黏度介质的难题;建立了蜡式热动力元件的热力数学模型,根据该模型设计合理的感应元件结构型式,应用于自力式温度控制阀,解决了油液能根据不同油温自动调节通过冷却油路流量的难题。     

基于FPAA与序贯双卡尔曼滤波信息融合的PCR温控

传统PCR(polymerase chain reaction)仪对样品反应池壁温度进行接触式测量与温控,存在测量迟滞大、无法直接控制试剂温度的缺点。研制的电化学实时定量PCR温控系统采用红外温度传感器、热源温度传感器以及环境温度传感器分别测量试剂表面热辐射、热源与反应池壁温度与环境温度,并提出序贯双卡尔曼滤波估计算法对三点温度数据进行信息融合从而估计出试剂表面温度真实值。该算法中迭代卡尔曼滤波器(iterated extended Kalman filter,IEKF)与线性卡尔曼滤波器(Kalman filter,KF)顺序运行,结合了IEKF非线性估计收敛快与KF实时性高的优点,克服了红外测温噪声大,易受环境、被测物热辐射率等因素影响的缺点。试剂温度的估计值作为反馈输入到基于FPAA(field programmable analog array)的可动态配置PID控制器中构成闭环控制,同时微控制器根据不同温控阶段的控制要求对PID控制器进行配置,从而提高温控效率。实验表明,滤波估计后红外测温精度由2℃提高至0.3℃;试剂表面温度监控与可动态配置PID使得PCR温控更加准确高效;PCR产物测试结果优于市面上PCR仪、恒温时间设置更加合理。     

车用柴油机排气微粒捕捉器测试仪的研究

为了满足车用柴油机排气捕捉器安全使用的需要,本文提出了一种捕捉器微粒沉积量实时检测技术,介绍了微粒测试仪的组成及工作原理,并对测试结果具有一定影响的一些因素进行了分析。研究结果表明,在检测范围内,测试结果基本不受柴油机工况的影响。这一检测技术可以对车用柴油机排气微粒捕捉器微粒沉积量进行实时连续检测,具有一定的应用价值。