The Theoretical Analysis of Multi-wavelength Pyrometer:Check and Autosearch for Emissivity General Expression

In general, the dependence of the logarithm of the emissivity upon wavelength is usually used in the treatment of data measured by multi-wavelength pyrometer. In this paper, the suitability of this expression for different materials has been examined. Further more, an effective method for automatically searching the mathematical model between emissivity and wavelength has been procsed. The calculated results show that the accuracy is improved by using this data treatment method.

多光谱辐射测温的理论研究——发射率模型的自动判别

在多光谱辐射温度计的数据处理中常假设发射率的对数与波长成线性关系，本文提出一种自动判别发射率和波长数学模型的新方法，着重分析了应用此方法时各种测量误差对真温及发射率的影响．计算机仿真结果与理想假设值符合得很好，是一种较好的获知真温及发射率的方法．

中红外多波长辐射温度计的设计(英文)

介绍了以高信噪比同时测量近室温目标温度和光谱发射率的中红外多波长辐射温度计 ,详细说明了其光学系统及电气系统设计 .采用高像质、大光通量的折反式光学系统和闪耀光栅分光系统 ,通过多元碲镉汞探测器线列及电气系统 ,可同时检测目标温度及发射率 .

多光谱辐射测温的正交多项式回归方法

对于多光谱辐射测温问题,传统的数据处理方法多为最小二乘法、多元线性回归拟合和逐步回归拟合。这些处理方法自身都存在一定的缺陷,使得拟合结果与物体表面真温之间存在一定的误差。文章在可变发射率模型的基础上,提出了对多光谱辐射测温数据处理的另一种新方法———正交多项式回归方法。文章阐述了正交多项式回归的数学基础,并根据钨表面在不同温度下的光谱发射率数据,分别采用逐步回归方法和正交多项式回归方法,对钨表面的真温进行了模拟。通过拟合结果的对比发现用正交多项式回归方法来处理数据,其原理简单、运算量小,拟合结果与表面真温之间的相对误差也较小。得出的结论是用正交多项式回归方法对多光谱辐射测温的数据进行处理,拟合结果比传统方法误差小、速度快、精度高。

基于光谱响应定标的辐射测温方法

辐射测温是通过测量物体发出的辐射来反演温度,辐射测量方程中含有与空间位置相关的非光谱参数,通常需通过辐射标定予以确认。而该研究将非光谱参数归入有限项级数形式的光谱发射率中,这既不会影响多通道测温方程组的封闭性,又不会影响真温求解,从而在无需测量数据归一化的条件下,实现了无需空间位置标定的辐射测温,该方法仅需要标定仪器的绝对光谱响应或相对光谱响应,但不能解得发射率。以两个特例分别对多波长测温方法和多谱段测温方法的求解特性进行了研究。结果表明:对于任意的测量矢量,有效波长不相同的多波长测温唯一解是存在的;而多谱段测温时,存在无解区域,双解直线,甚至可能存在三解直线。

多波长辐射测温仪及其应用

介绍了多波长辐射温度计的研制现状，理论和应用研究以及应用前景．

瞬时多光谱辐射测温方法

采用光学多道分析仪测量了溴钨灯和氙闪光灯的辐射光谱,给出了一种辐射测温的数据处理方法,即在Planck灰体模型假定的基础上,进一步考虑发射率ε与波长的多项式依赖关系以及辐射本底对实验结果的影响,建立相应的多光谱测温数据处理方法,并用溴钨灯和氙闪光灯的实测光谱对其进行了验证.结果表明:对于连续光谱且发射率逼近黑体,可以假定发射率为常量,按Planck灰体模型处理;对于非连续光谱,当电流密度不高时,发射率与波长依赖关系较强,可以根据发射率与依赖波长的多项式关系并结合0<ε<1限定按Planck灰体模型处理.

基于有限立体角测量的多光谱测温

辐射测温以Planck定律为基础通过测量物体表面的发射辐射来反演温度。推导了有限立体角辐射测量条件下的单色测温方程,发现多光谱辐射测温能够实现温度和光谱发射率同时求解通常需满足特定的辐射测量条件:进行微元立体角辐射测量或仅针对漫发射体的有限立体角辐射测量。引入多项式发射率模型,经过数学转化,可以摆脱以上测量限制,得到具有测量普适性的单色测温方程,但却不一定能同时测量光谱发射率。对测温方程组的多解问题进行了初步研究,提出使测量通道数大于待求变量数及采用非线性最小二乘来解决此问题。

基于广义逆-坐标变换的多光谱辐射测温反演算法

多光谱辐射测温在高温测量领域应用广泛。但是,未知的光谱发射率是多光谱辐射测温反演过程的最大困难。目前,解决方法多采用假设发射率模型法,二次测量法等,此类方法反演精度取决于假设的发射率模型和实际发射率是否相符,多数情况下反演结果误差较大。基于约束优化的多光谱辐射温度数据处理算法解决了未知发射率的难题,但受迭代算法的复杂性和初值难以确定的影响,反演精度和效率不高。为此,提出广义逆-坐标轮换算法解决约束优化算法中的反演效率问题。由于广义逆法需对发射率范围进行约束,坐标轮换法需设定合适的发射率初值,考虑两种算法各自的优势与不足,可对两种算法进行结合。将广义逆法求得的最小范数解作为约束优化算法中迭代搜索的初始点,进一步提高了算法对不同材料发射率的适应度。为验证算法是否能在无需考虑发射率模型的前提下寻找符合待测目标的发射率和真温,选取六种不同发射率类型的目标材料进行仿真实验。针对六种典型材料的仿真结果表明,新方法在真温1 800 K的情况下,绝对误差和相对误差均小于5.0%,与梯度投影法相比运算效率平均提高了202倍。表明该算法具有无需考虑发射率模型、反演精度高,速度快,适合于各类材料等优点,解决了约束优化算法中初值选择不确定的问题,为在线实时高温测量中的数据处理提供了解决方案。

多波长辐射测温理论及其拟合误差的估计

本文介绍了多波长辐射温度计的理论基础及估计其拟合误差的方法。

多波长法金属防热瓦表面温度及发射率的测量

为了解决金属防热瓦在连续加热过程中热边温度和发射率的测量问题,在基于辐射测温的参考温度数学模型的连续测量法中采用了一种新的发射率假设模型,并在此基础上提出了多波长数据处理方法.该方法假设材料的光谱发射率在选定的光谱处与温度有近似相同的线性关系,通过处理两个不同温度点处的多光谱测量数据以得到防热瓦真温及光谱发射率.使用多波长高速高温计测量了某种防热瓦在900～1300℃的温度范围内的辐射,并进行了数据处理.实验结果表明,只要温度估计初值与真实情况的误差在±200℃以内,即可得到较好的计算温度值和计算发射率值,测量不确定度在2%以内,说明此方法是测量金属防热瓦表面温度及发射率的可行方法.

辐射测温的发展现状与展望

文章综述了辐射测温技术发展历史、现状 ,从技术的层面 ,剖析了传统的辐射测温仪存在的问题 ,介绍了国内外在多光谱辐射测温技术方面研究热点 ,同时展望了未来的发展方向。针对辐射测温领域中的理论、仪器。

非漫发射体温度测量原理

辐射测温以Planck定律为基础可以在不同的空间位置测量物体表面的发射辐射来反演温度,以实现物体表面温度的非接触测量,具有重要现实意义。Planck定律确立了光谱辐射强度与黑体温度之间的定量关系,然而在辐射测温理论和实践研究中,实际物体表面光谱发射率的复杂性和未知性成为辐射温度精确测量的主要障碍。基于特定的发射率模型,可以在未知晓物体表面发射率的条件下实现物体温度的非接触测量,但此时难于考虑被测物体的非漫发射特征。为了在有限立体角辐射测量条件下实现非漫发射体温度测量,研究中直接从辐射测量方程出发,经过适当数学转化后,提出了辐射测温中的一个新概念一表观发射率,并对其特征进行了分析,结果表明在对非漫发射体进行温度测量时在同一次测量中,表观发射率虽然形式上很复杂但仅是波长的函数,可以直接针对波长进行模型构建,进而可以在有限立体角辐射测量条件下实现非漫发射体温度的封闭求解,进而给出了有限立体角辐射测量条件下非漫发射体的波长和波段测量方程。同时,还对有限面积条件下的温度测量进行了研究,发现如果具有非漫发射特征有限面积上的温度处处相同,基于表观发射率的构建也可以实现温度的封闭求解。

非线性最小二乘法在多波长辐射测温中的应用

根据多波长辐射测温的基础理论，与著名的发射率和波长的假设函数，利用非线性最小二乘法对多波长辐射测温公式进行了拟合．给出了在有限波长间隔下的波段发射率．

多光谱辐射外点罚函数反演算法的生物质锅炉火焰温度测量

近年来,为了减少对石化燃料的依赖和节能环保的强烈需求,以稻壳、秸秆等可再生资源为燃料的生物质锅炉越来越受到业界的广泛重视。为了进一步提高生物质锅炉的燃烧效率,优化炉膛结构,需要实时监测火焰温度。传统的热电偶测温法不利于长时间高温测量, CCD测温法又难以测量真实温度,而多光谱辐射测温法具有响应速度快、无测量上限以及可以获得真实温度等优点,是生物质锅炉火焰温度测量的最有力工具之一。多光谱辐射测温是通过测量待测物某点的多个光谱辐射强度信息,通过普朗克公式反演获得真实温度。但是,未知的光谱发射率是多光谱辐射测温反演过程的最大障碍。目前,多采用事先假设一组发射率模型(发射率-波长或发射率-温度模型),假设模型如果与实际情况相符,则反演结果能够满足要求,假设模型如果与实际情况不符,则反演结果误差很大。能否在无需任何光谱发射率假设模型的情况下,实现真温和光谱发射率的直接反演一直是多光谱辐射测温理论研究的热点和难点。为此,提出外点罚函数约束优化算法,将多光谱辐射测温反演问题转化为约束优化问题,给出了罚函数的表达式和相关参数。与其他约束优化算法相比,外点法的优势在于不受发射率初值的影响,进一步提高了算法对不同材料发射率的适应度。基于微型光纤光谱仪,搭建了稻壳粉生物质锅炉炉膛火焰温度测量装置,通过实验室黑体炉标定后,对稻壳粉生物质锅炉炉膛火焰从初燃到稳燃过程的温度进行了测量,并与热电偶测量结果进行了对比。结果表明,与热电偶测量结果相比,多光谱辐射测温的最大绝对误差为35.7 K,最大相对误差为3.2%。表明该测量装置及反演算法可实现生物质锅炉炉膛火焰燃烧温度的测量,为后续生物质锅炉燃烧诊断及锅炉设计优化提供了基础。

发射率限定辐射测温原理

辐射测温技术随着辐射测量传感器技术的进步而不断进步,已经由单波长测温发展到多波长和多波段测温,由点温测量发展到二维甚至三维温度场测量。但是在辐射测温更精确反演方面,却很难克服因发射率未知性而引起的模型构建误差。发射率行为难以确定并极大地影响了测温精度,急需发展一种具有通用性,不受发射率具体行为限制,具有较高稳定性的辐射测温方法。双波长测温适用于发射率具有灰体行为的物体温度测量,一系列的发射率补偿算法和波长选择方法均未能很好地实现通用性测量,往往直接单色测量可能误差比比色法更小。多波长测温得到广泛应用,但并不是波长越多越好,发射率模型仍然具有较大局限性。提出了发射率直接限定算法和发射率松驰限定算法来反演温度。在发射率限定条件相同时,这两种方法是等价的。发射率松驰限定算法基于最小二乘算法和松驰因子进行真温求解。推导了松驰限定法的误差传递公式,发现在保证测量信号强度的前提下,λT越小温度误差越小;发射率行为对温度相对误差具有重要影响,在相同的λT条件下,发射率随波长变化越大,在限定区间上覆盖越均匀,测量误差越小。但从直接限定算法可以看出所测波长数越多,测量误差越小。两种方法均可以看出,减少限定区间长度也可以显著地提高测量精度。