用于定标海表测温辐射计的镓黑体辐射源

设计了镓黑体对海表测温辐射计进行定标。首先,介绍了该黑体的结构与工作原理,对黑体发射率进行仿真,并开展发射率的测量实验,讨论其不确定度的来源。然后,开展了电加热和水浴加热下镓的相变复现实验,讨论电加热功率对镓相变复现的影响。最后,通过红外海面温度自主辐射计实验对该黑体进行验证。结果表明:该黑体基于蒙特卡罗软件仿真的发射率优于0.9988,实验测得的黑体辐射源发射率结果与仿真结果较为吻合,测量重复性(标准偏差)达0.1%;相变温度坪台的复现性均优于±0.03 K;相变温坪附近时,红外海面温度自主辐射计和FLUKE 1524测温仪测得的黑体腔附近温度的数据差值均在±0.15 K以内。设计的镓黑体可以应用到海表测温辐射计进行校准,为发展自主知识产权的海表测温设备提供校准源。

基于红外辐射测温法的焊头动态高速真温测量系统研制

温度是用来表征物体特性的一个重要的基本参数,被广泛应用于金属加工、生产生活、航空航天等各个领域,温度测量的准确与否对每个行业都有着至关重要的影响。随着电子设备的尺寸不断微型化以及各种可穿戴智能设备的普及和发展,小型化成为了电子元件技术水平的一个重要技术指标,所以电子元器件也一直朝着小尺寸、高集成化方向发展,而其焊接温度的波动引起的产品良品率也在不断降低。因此,如何实现电子元器件焊接过程中焊头温度的实时获取,已成为众多相关企业急需研究的课题。基于晶体管式焊接电源的工作特点,从分析焊头的结构特性入手,利用焊头的红外光谱辐射特性,设计了一种激光瞄准式的光学系统,采用朗伯体法对焊头进行温度测量,从而得到焊头工作时的实时真温。整个温度测量系统由硬件系统部分和软件系统部分构成。其中,硬件系统包括光学系统的设计、 I/V转换及放大电路和上位机的高速数据采集系统。软件系统主要包括上位机系统界面的设计。上位机软件采用LabVIEW进行程序设计,主要包括AD采集卡的配置与驱动、数据滤波、零点测量、温度标定、温度计算、实时温度曲线和数据存储。在系统建立、软件调试完毕后,采用标准空腔黑体炉对测温系统进行了校准。首先,利用整体黑体法对焊头工作时的发射率进行了试验,结果表明,在氧化和非氧化状态下,其发射率与文献数据基本一致。然后利用该发射率值,计算出了焊头上小孔的空腔黑体发射率。最后,利用恒流晶体管式焊接电源进行了系统稳定性和重复性实验。分析该方法的不确定度,得出该方法的总体不确定度在3%以内。通过对测温系统的标定和配置,该系统还可以应用在其他需要高速精确测温的场景。

基于主动式激光辐射测温技术的黑体腔底真实温度测量研究

黑体腔底真实温度及均匀性是影响空腔发射率评价的关键因素,然而,现有研究对于温度均匀性的表征多基于亮度温度。应用一种能够免发射率进行温度测量的主动式激光辐射测温技术,开展针对973 K的黑体辐射源腔底的表面真实温度及均匀性测量研究;同时基于实测温场数据,采用蒙特卡洛法对空腔有效发射率分布进行数值模拟,获取典型位置的模拟结果,结合亮度温度数据得到腔底真实温场。与主动式激光辐射测温法的表面真实温度直接测量结果进行对比,结果表明:对于所选的9个测量点,两者的相对偏差在0.04%~0.77%之间,良好的一致性验证了主动式激光辐射测温技术在黑体辐射源腔底的真实温度测量中的可行性。

空腔效应对集成黑体高温发射率测量影响规律研究

提出集成黑体法中的非等温边界空腔效应修正因子的理论模型。基于有限元思想,开展不同发射率样品、特定温场下的非等温边界空腔效应修正因子理论计算,与基于蒙特卡洛光线追迹法获得的修正因子比对,两者具有良好的一致性,最大偏差不超过2.5%,结果均表明波长越长、样品发射率越低,空腔效应对发射率测量结果影响越大。在1000℃温度下、12~14μm波长范围对铂金材料样品发射率进行实验,并与基于分立黑体法的发射率测量结果比对,经修正后的集成黑体法与分立黑体法的一致性从0.09提升至0.03,该结果验证了引入非等温边界空腔效应修正因子的理论模型的可行性,同时提高了该方法测量发射率的准确性。

3.2~3.4μm红外热像仪基于拟合的测温方法

研究目的为3.2~3.4μm窄波段红外热像仪的测温方法,本文从图像处理领域出发,利用红外热像仪和标准辐射源黑体,在一定的环境温度下,采集不同温度的黑体红外图像,通过数学建模软件对黑体图像进行灰度值计算,进而探究图像灰度值与温度的相关性,并基于最小二乘法和插值拟合思想构造黑体标定曲线,根据得到的标定曲线和已有的灰度值推出验证温度。经验证结果表明,测温精度有所提升,误差在0.49℃以内。

基于红外测温技术的电能表电流采样回路失流故障分析

研究基于红外测温技术的电能表电流采样回路失流故障分析方法,保证电能表安全运行。构建电压火线断线故障与电流采样回路故障模型,分析电能表电流采样回路失流故障原因,以此为基础,利用红外热成像原理采集电能表电流采样回路、大气以及周围物体的辐射能量,生成展现电能表电流采样回路温度的二维红外图像,为后续电能表电流采样回路失流故障定位提供图像信息;采用灰度差异加成法处理多层级红外二维图像,结合插值算法组建三维图像,依据三维图像中电能表电流采样回路与周围状态的轻微差异定位失流故障位置。实验表明,该方法能够实时监测电能表电流采样回路的温度,直观发现问题,可靠且准确地定位电能表电流采样回路失流故障位置。

基于中温黑体的近红外光纤光谱仪辐射定标的方法研究

中温黑体是红外谱段常用的高精度辐射标尺设备,而近红外是处于其有效辐射范围边缘的谱段,所以该谱段的定标研究相对较少。研究了基于中温黑体的近红外光纤光谱仪辐射定标方法,主旨是探讨定标精度如何受定标模型的结构参数选择的影响,进而为近红外光谱辐射计量溯源提供技术参考。采用50~1 050℃的可调中温黑体对近红外光纤光谱仪（950~1 700nm）进行辐射定标。针对定标的关键环节重点讨论了两个内容,首先是辐射传输模型的几何因子匹配问题,比较分析了传统的双圆盘辐射传输模型和光纤直接耦合模型。对于光纤光谱仪的辐射定标来讲,采用光纤直接耦合形式的辐射传输模型,结构上更简单,耦合效率更高。其次重点分析了辐射定标中模型的结构参数对定标精度的影响,其影响的原因是定标数据本身属性中的尺度结构特征,即通常所说的非线性问题。因此对于定标精度要求较高时,需要采用非线性定标模型进行校正,并尽可能保证测试点采样的尺度均衡,这是小样本数据解释非线性结构关系时无法回避的样本选择问题。数据分析结果表明,定标方程的不同结构参数的选择策略对定标精度有显著影响,校正方程的样本残差标准差带变化范围为±0.1%~±1%。

基于红外热图像灰度修正的辐射测温

基于红外热像仪的测温精度依赖于大气温度、相对湿度、大气透射率、翻转表像温度等参数的测量精度。为了减少这种依赖性和提高测量精度,提出了一种基于红外热图像灰度修正的辐射测温方法。首先基于高精度面源黑体建立了红外热图像灰度修正模型,然后通过灰度修正模型对实测的目标灰度进行修正,最后通过基于加权最小二乘法建立的热像仪辐射定标模型等计算出修正后的目标亮度和温度。在实验室环境下,分别基于红外热像灰度修正辐射测温法和直接用热像仪测温对目标进行了测量。结果表明,在实验室环境下,前者的平均测量精度较后者提高了3.6%。该方法对实验室环境下红外测温有较好的实用价值,对外场红外测温也有一定的借鉴意义。

基于小波变换的中红外多波长辐射测温的信号处理

介绍了用小波变换实现中红外多波长辐射测温信号的处理方法 ,该方法基于信号和白噪声在小波变换下具有不同的传播特性 ,采用软阈值方法有效地去除信号中的噪声 ,方便地用软件实现辐射测温信号的处理。

高精度海表皮温红外辐射测量系统

海表温度是重要的环境特征指标。为了实时高精度测量海表皮温,中国海洋大学研制了一台海表测温辐射测量系统(The First Infrared Radiometer for measurements of Skin SST made by Ocean University of China,OUCFIRST,简称FIRST系统)。FIRST系统使用热释电辐射传感器,测量海表、天空和内部标准黑体的辐射量,对测量的海表辐射进行实时校正,得到精确的海表辐射值,通过反演计算,得到高精度海表皮温。FIRST系统内部使用了可溯源的测温仪,可测量标准黑体温度,该系统采用了自容式设计,测温精度高且部署容易。FIRST系统参加了2016年在英国国家物理实验室(National Physical Laboratory)NPL进行的联合观测实验,在实验室测量了标准黑体,在室外湖面进行了实测,测量结果优于33mK,测量准确度位列各参测仪器的第二名。实验结果表明,FIRST系统具有较好的测量精度,可用于海表皮温的高精度测量。

矿用红外辐射测温技术的研究

论述了矿用红外辐射测温技术的原理；红外探测器的选择；工作波段的确定；光学系统的设计与信号的处理，并提出该技术在煤矿中的应用范围。

红外辐射光转换系统在温度测量中的应用

分析红外辐射光转换的原理及方法,研制红外辐射测温系统,用于高速运动物体的温度检测。从实际应用情况入手,对硬件电路设计、温度标定以及温度曲线拟合进行了详细论述。硬件电路设计主要包括光电转换、前置放大和恒温模块。设计温度标定实验获取数据。经多个模型比较,选用了指数模型,用来拟合电压温度曲线并进行了拟合误差分析。最后给出了整个系统的测试效果。

黑体辐射源发射率对辐射测温准确度的影响及修正方法

随着辐射温度计的广泛应用,对准确测量、校准或检定的要求越来越高.尽管黑体辐射源的性能不断提高,但黑体辐射源发射率偏离1仍然是影响辐射温度计校准/检定或相关应用准确度的关键问题.可是目前对辐射温度计的校准常常忽略黑体辐射源发射率偏离1的影响或在分析中采用不适当的计算.针对常见的辐射温度计,阐述了对黑体辐射源发射率的影响进行修正与不确定度评定的一般方法,对复杂的宽带辐射温度计提出可行的近似计算方法,并对最常见的8～14μm宽带辐射温度计给出了计算结果.分析结果表明,对于较长波长的辐射温度计,在中高温区的校准或检定中所经常使用黑体辐射源发射率值所引起的亮度温度误差是显著的,应予以修正.

红外测温仪仅作比辐射率校正时的误差分析和实验研究

对红外测温仪仅作目标比辐射率校正时产生的测温误差进行理论分析及实验测试,实验结果与理论分析基本上相吻合.

非致冷红外焦平面成像系统辐射测温技术研究

为了消除由非致冷红外焦平面自身温度变化造成的辐射测温偏差,提出了一种基于G-t(黑体辐射灰度-探测器工作温度)标准曲线进行辐射测温的新方法。该方法从热辐射理论和热像仪测温原理出发,利用实验测得的G-t标准温度关系曲线,并结合灰体表面真实温度的计算公式,最终实现了非致冷红外焦平面成像系统的高精度辐射测温。实验结果表明,当探测器的工作温度在26℃～35℃、黑体温度在35℃(308K)～45℃(318K)时,绝对温度偏差低于1K,有效地消除了非致冷红外焦平面自身的温度变化对辐射测温精度的影响。

红外光纤式辐射测温技术在发电设备中的应用

针对在内部强电磁场干扰下的大型发电机转子表面温度的非接触测量难题,本文介绍了应用红外光纤式辐射测温计对大型发电机转子表面温度在线监测的方法。实际应用表明此项技术具有测量准确,运行可靠、使用方便等特点。

非致冷微测辐射热计红外测温系统及实现

论述先进微测辐射热计红外测温系统的组成，该系统具有体积小、测温精度高、作用距离远、操作简便、工作时间长等特点，特别适应于设备的红外故障检测，对其性能进行了测试并对其测温结果进行了分析．

辐射传递通路中的介质对单波段红外测温的影响

本文分析了辐射传递通路中的介质对单波段红外测温的影响。用综合考虑被测目标光谱分布和温度计光谱响应的“等效介质影响系数”概念推导出与一定温度下极限有效波长有关的误差方程,并列曲线说明测温误差和被测温度之间的关系。最后,提出一种在测温现场用辐射温度计本身测出介质影响系数,进而消除介质影响的方法。

中、长波热红外系统辐射测温精度比较

对测量用热红外系统在3～5μm和8～12μm波段的辐射测温精度进行比较分析,研究是在典型的实验室条件下进行的,并且以温度范围为270～900 K的目标作为研究对象。首先推导出了红外系统的抗干扰函数DRF,根据DRF曲线可以看出,相同大小的信号干扰对中波红外系统的温度测量精度影响要小一些。然后针对目标的物理特性和实验环境对测温精度的影响进行理论分析,基于理论公式,分析了干扰信号(发射率估计误差、大气透过率、目标反射辐射和光学系统辐射变化)对测温精度的影响。从分析结果看出,在典型的温度范围内,中波红外系统的测温精度比长波红外系统的精度高。

红外辐射测温仪及校准方法探讨

介绍了红外辐射测温技术的工作原理,分析了红外辐射测温仪在使用中产生测量误差的各种因素,提出了红外辐射测温仪校准方面存在的问题。