辐射温度计的等效波长及其应用

经典的有效波长和亮度温度理论仅适用于高温测量等可忽略环境辐射影响的场合.考虑了环境辐射影响,基于中值定理推导并定义等效波长,用于简化测温数学模型.用有效辐射和等效波长概念定义单色和带通辐射温度计的测量结果--亮度温度.阐述了等效波长的计算方法.利用矩形带通光谱响应近似模型,解决了难以测定光谱响应度的宽带辐射温度计的等效波长计算问题.针对(8～14)μm宽带辐射温度计计算了等效波长,可简化计算和不确定度评定.在应用实例中分析了黑体辐射源发射率对宽带辐射温度计校准的影响和用黑体辐射源直接校准发射率设定值为0.95的宽带辐射温度计的方法误差.     

二色温度计

二色温度计是以不接触被测物体的方式测温的。因而,用来测量运动物体和热电偶等不能接触的高温物体的温度非常适宜。二色温度计抗干扰性强,不易受到辐射率的影响,能透过模糊不清的玻璃、水膜和烟之类的物质,作高精度测量。现根据普朗克(Planck)辐射定律,设物体所受的光谱辐射亮度为L(λ,T)、辐射率为ε(λ,T),则实际光谱辐射亮度为εL。设二色温度计不同的两个测量波长分别为λ_1、λ_2,则指示     

CCD比色测温中烟雾干扰的滤波与温度校正算法

在CCD比色测温中,弥漫于辐射体周围和辐射光路上的烟雾将吸收和散射辐射体的辐射光,导致测温结果失真.提出一种高温辐射体烟雾干扰的滤波与温度校正算法.先通过基于高温辐射体颜色信息的图像目标识别方法去除辐射体周围的烟雾噪声,再分割出受烟雾干扰的区域,然后利用适当的非线性校正函数对由比色测温公式计算出的该区域的温度进行校正.实验证明:该方法可以有效地减小烟雾干扰对测温结果的影响,提高CCD比色测温的准确性和实用性.     

辐射光谱测温法测量误差实验研究

针对辐射光谱测温法测量误差问题,利用黑体炉搭建了标准辐射测温实验平台,选用200~1 100nm波段光谱仪对标准高温源进行辐射光谱测量。讨论了高温源辐射光谱特征,并基于辐射光谱测温法获得了温度测量值,该值与标准参考值的相对偏差小于4%,同时分析了测量重复性引起的标准不确定度分量,为辐射测温法应用提供参考。     

使光电温度计获得真实温度读数的简便方法

我们采用了上海自动化仪表三厂生产的WDL-31型光电温度计来测量蜗轮轴等的加工温度:加热温度、始锻温度和终锻温度。该型光电温度计反应速度快、测量范围宽、读数稳定可靠,适用于快速地测量静止的、移动的或旋转的物体表面温度,并且能自动显示、记录、报警等,这些都满足了我们的要求。但是,光电温度计是一种非接触式测温仪表,平常所得到的只是被测物体的亮度温度,要得到真实温度值,还得要知道被测物体的实际辐射系数ε。辐射系数随被测物体的材质、表面状态和环境条件的不同而有差异,要确切知道被测物体的实际辐射系数ε是很困难的,不过,WDL-31型光电温度计设有调节辐射系数ε的旋钮,以适用于     

大型地面目标红外辐射亮度外场模拟系统

为实现大型地面目标红外辐射亮度的外场模拟,研制了一套红外辐射外场模拟系统。采用一种电加热布作为红外辐射材料,将其粘贴于长方形充气靶表面,通过温度控制系统控制电加热布表面温度来实现红外辐射亮度的外场模拟。为提高模拟精度,采用长波热像仪作为温度控制系统中的一个环节,建立了热像仪测温结果与温控系统设定值及环境温度之间的关系公式,为给定辐射亮度条件下红外辐射材料表面温度的设置提供参考。另外,也考虑了靶场环境对红外辐射材料辐射亮度的影响。大量外场试验证明,提出的方法能够在一定精度范围内实现目标红外辐射亮度的外场模拟,其模拟精度换算为辐射温度约为2℃。     

基于图像处理的蜡烛火焰温度仿真研究

按测温原理分类,温度测量方法分为接触式测温和非接触测温两大类。传统的热电偶,热电阻等测温方式只能测量某一时刻的温度。这种测温方法不具有实时性。基于辐射特性的光学测温法能够实现温度的实时测量,克服了传统测温不连续性的缺点。采用三色测温法建立仿真模型,实现蜡烛火焰温度的实时测量,获得蜡烛火焰视频图像中某一点的实时温度曲线。     

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。     

忽扩燃烧室回流区截面二维温度场数值化研究

采用机器视觉和非接触辐射测温理论和技术，建立了忽扩燃烧室回流区断面图像的二基色信息与温度的关系模型，实现了回流区火焰断面坐标的温度值在线测量，并绘制了断面二维平面投影的温度场等高线。煤气燃烧实验结果表明，这种测温技术是可行的，它实现了忽扩燃烧室燃烧状况的在线监测与诊断，为分析预测燃烧过程、改进燃烧器和确保工况安全稳定运行提供了有效的监控调节手段。     

基于波长积分双色法的小视场快速温度场测量

激光退火技术有热预算低、瞬间温度高的特点,其温度场特性是材料电学性能的重要表征参数.准确实时测量瞬态小温度场对整体退火工艺过程的把控具有重要的参考价值.辐射测温法通过收集样品辐射光谱中特定波段的能量来实现温度的非接触在线测量,具有响应快、测温范围宽等特点.提出了一种基于InGaAs红外光电二极管的双色辐射测温系统设计方...     

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.     

基于径向基函数网络多光谱辐射测温技术理论研究

在多光谱辐射测温技术中常需要假设光谱发射率及波长之间的数学模型。文中介绍了一种基于神经网络的多光谱辐射测温数据处理方法,代替了假设发射率模型的方法。利用径向基函数网络,可由网络的输出直接得到目标的真温和光谱发射率,并分析了各种测试情形对测结果的影响。计算机仿真结构表明此方法是一种比较好的获知真温与发射率的方法．     

Dilemmas in Measurement of Human Body Temperature

Abstract

Measurement of human body temperature seems rather trivial until we become parents or medical professionals. If we use different thermometers, which are used at different body sites, inevitably we come across to different measurement results. Then we ask ourselves which result is the right one. The answer is far from trivial because there are a few dilemmas in measurement of human body temperature. To none of these dilemmas exists a straight answer. The article describes dilemmas in measurement of human body temperature and thermometers used for its measurement. Presented are also calibration results of certain clinical radiation thermometers and their improvement in the past few years in terms of accuracy and uncertainty.     

New radiation thermometer for near room temperature

The authors have developed a new radiation thermometer for the measurement of near room temperature with high signal-to-noise ratio (S/N). The thermometer, utilizing an HgCdTe semiconductor sensor, is compact and insensitive to temperature changes of the surroundings. Its major breakthrough owes much to the fact that the sensor is cooled and controlled by Peltier thermoelectric devices and that the sensor serves as reference radiator. A well designed optical system with a chopper and a concave mirror shuts off stray radiation, thus improving the S/N.

On-line experiments in a steel sheet manufacturing process using a prototype thermometer proved the validity of this new radiation thermometer.     

一种高温物体温度在线测量仪

本文介绍了一种利用遮蔽板作为标准噪声辐射源、以8031单征机为核心实现的实时在线测量静止及慢速运动的高温物体的比辐射率及温度的系统,系统由光学接收系统、信号放大与处理系统及显示系统组成。文中还介绍了该系统的原理与结构,讨论了其中的技术难点及其相应的解决方法,分析了系统工作波长的选择、扇形板关闭时P1、开启时的P2及标准噪声辐射源的辐射能P3的测量精度对比辐射率及温度测量精度的影响。     

Single wavelength and ratio pyrometry reflection errors in temperature measurement of gas turbine blade

Radiation thermometers are the instruments most opted for when measuring surface temperatures of high speed rotating parts non-intrusively in many industrial applications. However, reflection of ambient radiation from the measured target goes against the operating principles of most of these thermometers thus introducing errors to the temperature measurements. Reflection errors introduced into single wavelength and ratio pyrometer temperature measurements of a rotating cooled gas turbine blade were investigated in this work through simulation. Errors for the two pyrometers based on varied target surface emissivity, view factor and ambient temperature were calculated. At high ambient temperatures, high view factors and low surface emissivity, errors exceeding 70% and 30% were realized for single wavelength and ratio pyrometers respectively. Thus temperature measured on reflective targets surrounded by surfaces at much higher temperature should be corrected for reflection errors if its reliability is to be guaranteed.     

地基大口径红外光电系统的联合辐射定标

考虑标准红外星定标方法无法测定地基大口径红外光电系统像元级的辐射响应度,进而导致对系统存在的非均匀性现象适应能力差的问题,提出了基于标准红外星与小口径黑体的联合辐射定标方法。该方法以标准红外星为外定标参考源,测定全光路系统的辐射响应度;以小口径黑体为内定标参考源,测定半光路系统像元级的辐射响应度;最后,结合内、外定标结果推算前端光学系统透过率,进而实现系统的全光路像元级辐射响应度定标。开展了自然星红外辐射特性测量实验,并与标准红外星定标方法进行了对比。结果显示:提出方法获得的目标最大反演误差为15.89%,而标准红外星定标方法在最理想情况下获得的最大反演误差为15.92%,表明提出方法的定标精度高于标准红外星定标方法。另外,提出方法能够测定全光路系统像元级的辐射响应度,克服了系统响应非均匀性的影响,进而提高了红外探测器的焦平面利用率,弥补了标准红外星定标方法的应用缺陷。     

单通风道防辐射装置的设计

基于野外和便携式测温的大量需求,设计一种有别于防辐射罩形式的单通风道温度传感器防辐射装置,通过对不同种材料和不同结构形式进行试验,并与标准观测场中的百叶箱内的干湿球温度表进行对比,结果表明单通风道防辐射装置的结构基本满足野外和便携温度测量的需要。     

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。