TDLAS技术温度测量的不确定度分析方法研究

随着可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术在工业测量与科学研究领域的广泛应用，对其测量结果的质量进行量化评定已成为迫切需要。以一套已集成的TDLAS测温系统为例，根据最新国家标准，基于不确定度传播律，理论分析了影响测温结果测量不确定度的因素，给出了评定TDLAS测温系统在线测量结果不确定度的一般方法。分析表明TDLAS系统测温结果的测量不确定度随所测温度值的变化而变化，并受所选谱线参数、吸收信号信噪比、系统响应情况等条件的影响。理论推导了针对测温系统的不确定度评定公式，结果表明对特定测温范围与测温系统，需对其进行温度标定，补偿系统误差。     

分布式光纤温度传感系统标定方案研究

在分布式光纤温度传感系统中,在测温光纤存在局部较大损耗点时,如果采用前端标定方法,系统的测温精度在光纤末端没有进行拟合的区域会出现明显下降,针对这种情况,提出了一种整体标定方法,并通过搭建基于NI5781R采集系统的光纤测温系统,对两种标定方法进行实验。实验测试结果表明,两种标定方法在测温光纤存在局部较大的损耗点的情况下各具优缺点,需要针对不同情况进行相应选择。如果损耗点的位置靠近光纤末端可以采用前端标定,而在测温光纤的前端或者中部采用整体标定更为合适。     

TDLAS直接吸收法温度测量的硬件系统构建

在燃烧场瞬态温度测量中，传统侵入式测量方法存在响应速度慢、精确偏差大等问题，而吸收光谱方法则一直没有合适的硬件系统。针对这类问题，本文基于可调谐半导体吸收光谱技术(TDLAS)完成直接吸收法温度测量的硬件系统构建，以实现对燃烧场温度的检测。搭建实验平台选择中心频率为6 807.835 cm^-1、7 182.949 6 cm^-1的谱线，以H₂O为目标分子，通过MATLAB进行温度测量分析，验证该硬件系统有效可行，可实现燃烧场瞬态温度10%以内的精确测量。     

基于TDLAS测量二氧化碳动态浓度与温度

可调谐激光二极管吸收光谱学（TDLAS）技术测量燃烧过程相关分子（CO2、NOx等）参数的原理是基于比尔-朗伯（Beer，Lambert）定律，即通过被测气体的入射光强与经被测气体吸收后的出射光强的比值与气体浓度、温度等存在特定的数学关系。文章描述仅用一个TDL同时测量CO2分子浓度和温度的原理与系统实现方案。     

基于PLIF的液膜测温系统设计

根据平面激光诱导荧光(PLIF)测温与高速摄影技术构建PLIF液膜测温系统,基于UCOS II与UCGUI框架对温控系统ARM软件程序进行设计.标定PLIF测温系统,并依据标定曲线,实现对液膜的温度场测量与测温误差分析.结果表明:PLIF液膜测温系统的测温误差小于2％,且具有非侵入、高时空分辨率等特性,适用于实际工业液膜测温过程.     

基于图像处理的膏体推进剂火焰测温

膏体推进剂火焰温度测量对推进剂配方的研制及火箭发动机的设计具有重要意义.为了测试推进剂燃料温度分布,采用彩色CCD比色测温技术,设计了一种非接触式膏体推进剂火焰测温系统.利用黑体炉对测温系统进行标定,通过现场本生灯试验对测温系统进行精度检验,最后,对青体推进剂在开放空间内的燃烧火焰进行图像测温.结果表明方法简单可靠,基本满足青体推进剂火焰测温要求,由于系统拍摄图像实际上是火焰在CCD靶面上投影叠加的效果,对最终处理结果具有一定影响,方法仍有待改进.     

分布式光纤拉曼测温系统信噪比优化研究

针对分布式光纤拉曼测温系统(ROTDR)信噪比较低的问题,在传统累加平均算法的基础上,提出利用小波包去噪以及埃尔米特插值算法对后向拉曼散射信号进行处理来提升系统信噪比。该方法首先在数据采集端对散射信号进行累加平均去噪,然后使用埃尔米特插值算法进行色散补偿,最后选取sym6小波基对散射信号进行小波包去噪处理。实验表明,该方法将系统信噪比由27.6159 dB提升至32.6988 dB,而且有效补偿了系统的色散效应。选取8 km光纤进行实验,光纤全程温度波动范围从0.65℃~1.15℃降低至0.36℃~0.75℃,不同温度的测量误差中位数小于0.5℃。综上,本文提出的信号处理方案可有效提升系统信噪比及降低系统测温误差。     

空间相机温控系统的软件设计思路与方法

从系统描述、温度标定与解算、温控策略、软件设计与实现等方面详细介绍了空间相机温控系统软件的设计思路与实现方法.本文主要考虑测温精度和测温范围,兼顾工作量和存储空间,选择合适的标定拟合方法和拟合次数.根据系统特性和控温精度的要求,选择合适的温控策略.实践证明,该方法具有测温、控温精度高,占用程序空间小,可移植性好等特点,在空间相机温控系统软件设计中具有一定的通用性.     

自标定薄膜温度传感器的研制与标定

由于尺寸小,使用常规热电偶静态标定方法标定薄膜热电偶时,在标定过程与使用过程中,传感器和补偿导线上的温度梯度分布不一致,使薄膜热电偶的热电势也不同,影响其测温准确性。为解决这一问题,设计了集薄膜金—铂热电偶和薄膜铂电阻器于一体的自标定薄膜温度传感器及其标定系统,使用电子印刷法制备传感器,采用激光加热技术模拟其使用时的温度分布,通过有限元仿真分析其温度分布规律,基于温度外推实现薄膜热电偶静态特性自标定。结果显示,传感器中的薄膜热电偶在室温到300℃内的塞贝克系数为5. 3～7. 6μV/℃。     

火焰温度场测试中的传感器动态响应研究

在诸如爆炸火焰温度场的瞬态测试中,传感器的动态响应特性是影响测试结果的重要指标,而温度传感器热电偶的动态响应特性通常通过时间常数来反映。针对这种特殊测温环境下对热电偶时间常数的标定要求,采用火焰温度源法,对OMEGA生产的热电偶的时间常数进行了标定分析,获得其时间常数为846.992 ms,标定系统的动态重复性为1.17%。结果表明,用此标定方法得到的时间常数能更真实地反映热电偶在火焰温度场中的动态响应性能,且标定系统的动态重复性好,测试精度高,对分析弹药爆炸过程中的热毁伤效应有一定的参考价值。     

基于小型爆燃发生装置的温度传感器动态特性标定

针对现有基于激波管及热风洞的温度传感器动态特性标定方法存在装置体积大、成本高、阶跃幅度小或边沿斜率低等缺点,提出了一种以自反应物质热分解瞬间释放大量气体为基础,通过压力膜片破裂产生高速爆燃气流的温度传感器动态特性标定方法,建立了标定过程非稳态传热模型,分析了影响标定结果的重要因素,设计了相应的小型化标定装置.仿真结果显示,该方法所获时间常数与气流流速呈负相关,与阶跃温度幅度呈正相关关系;实验结果表明,该方法可以实现几十毫秒级时间常数温度传感器动态特性标定,对应用于高压、强对流的温度传感器动态特性标定及选型具有较高的实用价值.     

瞬态表面温度传感器动态建模方法研究

测量瞬态高温时,由于传感器自身的热惯性,测量结果与真实结果之间存在很大的动态误差.动态补偿或动态误差修正对于改善测温系统动态特性,减小动态误差有重要意义,而建立温度传感器动态数学模型则是进行动态补偿或动态误差修正的前提.本文首先设计了瞬态表面温度传感器动态校准系统;然后,利用系统所测得输入输出数据,采用系统辨识方法建立了测温系统的动态数学模型;最后,利用交叉检验法验证该模型的正确性.经检验该方法可以达到理想的辨识效果,从而为系统反滤波动态误差修正奠定了基础.     

基于模拟油井的井下测试仪温度修正校准方法

针对石油井下射孔压力测试中,在射孔完井过程中会释放大量的热量,压阻式压力传感器的温度效应成为影响测试精度的主要因素。为准确测取井下压力,用现有模拟油井试验装置模拟井内高温高压环境建立了校准系统。在多个温度环境下进行校准试验,通过与溯源性校准的标准测试系统的对比计算,利用最小二乘法得出压阻传感器在不同温度条件下的灵敏度,根据测试仪采集的实时温度数据值修正了压力数据,计算表明压力曲线峰值比修正前小1.4 MPa,为压力峰值的2.08%,表明该压阻传感器温度效应产生的影响不可忽略,基于模拟油井的温度修正校准方法能有效减小温度效应的影响,提高了测试精度。     

多通道温度测量整体校准系统仿真分析

为了实现低温风洞等设备高精度温度场测量目的 ,需要综合考虑温度传感器、连接电缆、调理放大器、数据采集系统以及环境等各种因素产生的综合误差,设计一套在低温范围内对温度测量系统进行整体全回路原位校准装置;针对整体全回路原位校准装置在准度、温度场均匀性、温度场稳定性等各方面的高精度要求,在装置方案设计完成后,对其核心部分隔热校准腔进行了热力学仿真计算,对其主体三层结构型式、绝热技术、引线密封方式、温度场均匀性保证措施等进行了模拟计算,并建立了实验平台对仿真结果进行了实际验证和方案优化;仿真和实验验证结果证明,低温温度测量系统整体校准装置所采用的设计方案能够满足一次校准通道数11路和在77～323 K温度范围内温度准度50 mK、有效温度场均匀性50 mK等技术指标要求.     

某型航空发动机温度场数据采集与处理系统

文章讨论了某型航空发动机温度场数据采集与处理系统的组成。采用系统标定方式和数字滤波技术大大提高了温度场测量的精度和稳定性；采用科学计算可视化技术绘制温度分布图，克服了传统等温线表示不直观、绘制费时费力的缺点。与传统的测试和处理方法相比，该系统具有测试精度高、处理结果直观明了的优点。     

温度敏感涂料校准误差实验研究

温度敏感涂料(Temperature Sensitive Paint, TSP)技术是一种极具潜力的光学测温技术,但其测量精度受到多源误差的影响。校准实验是TSP特性研究和风洞实验的关键而独立的阶段,其误差需要单独考虑。分析并明确了校准实验中的主要误差源,建立了各个误差因素不确定度评估方案。重点分析了校准数据拟合中的误差传递规律,提出了基于误差传播方程的TSP校准误差计算方法。误差源不确定度评估结果表明,通过控制校准实验中相机的工作范围和图像帧平均数量可以有效降低校准误差,进而可为TSP校准实验流程的精细化提供指导。TSP特性曲线误差计算结果表明,TSP校准误差在测温范围内呈现凹形分布,其引起的最大测温误差小于0.4 K;结果可直接用作风洞实验中校准误差的给定依据。     

高温应变片参数标定系统的设计与实验研究

高温应变片参数标定系统是进行高温应变片参数稳定及提高精度研究的重要装备.设计的高温应变片参数标定系统具备恒力加载、恒位移加载两种加载形式,可提供稳定均匀的热场环境,获取室温至1 273 K高温应变片测量参数.高温应变片标定系统可模拟构件实际测量的热机耦合环境,获得高温应变片参数随时间、温度等变化的特性参数,为高温应变片测量精度的提高提供了必要的修正模型.本文通过仿真和实验手段对所设计的高温应变片标定系统进行了热机耦合仿真研究,并得到实验验证,表明其具有良好的温度、应变以及力载适应性,可以为高温应变接触式测量提供必要的实验基础.