辐射温度的检测原理及应用

辐射测温是科学研究和工业生产中一种广泛采用的非接触测温方法，随着新型探测器件的出现，测温的精度不断提高，测温的范围不断扩大，但中低温特别是低温的测量却比高温要困难些，本文从黑体辐射理论出发，着重讨论了用热电型探测器测量辐射测试的方法，其中包括原理计算公式，探测光学系统，处理线路，计算机数据采集和处理，温度闭环控制方法等，在介绍实验系统的同时，对辐射温度测量系统的设计特点也进行了讨论。     

光纤瞬态高温传感器及动态测试系统

为了解决特殊环境下的瞬态高温测量, 设计了一种基于黑体辐射的光纤高温传感器及动态测试系统。根据辐射测温的基本原理, 结合光纤传感技术, 采用了“接触-非接触”测量方法和光纤光栅窄带滤波技术, 提高了测量精度, 减小了背景光的影响。由于瞬态温度随时间变化快, 动态误差大, 探索了一种利用大功率高频CO2激光器作为激励源, 用激光脉冲加热被校传感器。用测得的温度信号对被校传感器进行可溯源高温动态校准的新方案。实验结果表明, 系统测温范围为800～2000 ℃, 并具有精度高, 响应快, 抗电磁干扰, 性能稳定的特点, 解决了热电偶响应速度慢, 寿命短的缺陷, 为冶金、石油、化工、武器研制等领域的瞬态高温测量提供了一种新的测试手段。     

一种快速宽量程比色高温计

一、引 言 测量高温的方法有许多种.一般可以区分为接触测温和非接触测温两大类.在接触测温法中通常使用热电偶,测得的是物体的真实温度,可以测到2300K左右.在更高温度的测量中,或者在某些特定的环境下,则需采用非接触的方法.大家熟知的壳度高温计是通过测量物体的亮度温度来定出真实温度.但是这种方法有许多缺点.比色测温法则是通过测量物体的颜色温度来定出物体的真实温度.采用这种方法就能有效地克服亮度高温计的缺点.比色测温法的优点是:(1)对于灰体所测到的颜色温度与真实温度是一致的;(2)测量的精度原则上与目标的大小和距离的运近无…     

光电测温、控温仪及其在单晶炉上的应用

一、前 言 随着我国生产和科学技术的发展,对温度的测量和控制不断提出了新的要求.这主要反映在精度要求不断提高,测量范围要广,要求能测微小目标的温度,以及测量和控制的自动化等等.当测温对象是运动中的目标.或高纯目标,微小目标。高温目标,高频感应加热目标等不允许接触测温情况,就必须用非接触法测量.近几十年来,非接触法测温研究工作主要集中在光学法测温.特别是近几年来广泛发展了“自动光电高温计”,它既保持了光学高温计的“零值平衡”原理,又实现了自动测量,并且具有提高灵敏度和精度、扩展低温量程(可至室温)等优点.在一些国家“…     

红外辐射频谱扫描测温技术

红外辐射测温技术值得研究的问题是如何消除发射率对测量温度的影响,直接测得真实温度.目前,国内、外许多作者提出采用多色测温技术,测量三个波长、四个波长或者六个波长的辐射信号来测定温度,消除发射率的影响.红外辐射频谱扫描测温技术是根据多色测温原理和调谱平衡原理提出的一种新的测温技术.由于此法测量的是红外辐射频谱,信息量多,可以用各种方法进行处理,因此测量精确度高,且可以减小发射率对测量准确度的影响.     

光谱响应对辐射光谱测温法的影响研究（英文）

针对光谱响应系数对辐射光谱测温法的影响问题,利用200~1 100和900~1 700nm两种波段光纤光谱仪测量了不同温度下黑体炉辐射光谱,分析了不同波段高温黑体辐射光谱特征,确定了不同波段光谱分析适宜采用的有效响应波段,获得了不同温度下该波段光谱响应系数变化情况,详细分析了温度对光谱响应系数的影响,总结了辐射光谱法温度拟合时的波长范围以及响应系数选择原则,并分析了波长范围以及响应系数选择对测温的影响,这为提高辐射光谱测温法的测量精度具有重要价值。     

光谱响应对辐射光谱测温法的影响研究

针对光谱响应系数对辐射光谱测温法的影响问题,利用200～1 100和900～1 700 nm两种波段光纤光谱仪测量了不同温度下黑体炉辐射光谱,分析了不同波段高温黑体辐射光谱特征,确定了不同波段光谱分析适宜采用的有效响应波段,获得了不同温度下该波段光谱响应系数变化情况,详细分析了温度对光谱响应系数的影响,总结了辐射光谱法温度拟合时的波长范围以及响应系数选择原则,并分析了波长范围以及响应系数选择对测温的影响,这为提高辐射光谱测温法的测量精度具有重要价值。     

完全氧化DZ125的双向反射特性实验研究

作为燃气轮机的核心部件，涡轮叶片长期在上千度的高温下工作，为了保证叶片安全可靠地运行，需要对其温度进行实时的监测。辐射测温是目前涡轮叶片非接触式测温的主流方法，其测温精度与叶片材料反射特性关系密切，如何预测不同方向反射能量的大小，减小反射辐射对测温结果的影响是目前研究的难点。为了预测叶片反射能量大小，提高辐射测温的准确性，对涡轮叶片常见材料——完全氧化DZ125的双向反射分布函数(BRDF)进行研究。采用对比法作为实验测量的方法，先分析了BRDF对比法测量原理及数据处理方法，之后自主搭建了试验台，在温度分别为25, 900和1 100℃,波长分别为1 060, 1 550和1 908 nm的条件下，控制入射天顶角及反射天顶角在0°～60°范围变化，方位角在0°～180°范围变化，测量计算出了多组BRDF值，分析了各种因素对完全氧化DZ125的BRDF的影响。最后采用Modified Phong模型对BRDF测量值进行了拟合，并与实验测量结果进行了对比，得到了较好的结果。研究结果表明，温度、波长对完全氧化DZ125的BRDF影响较小，在涡轮叶片工作的温度范围变化不大，辐射波长变化不大时，...     

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。     

从室温到1800℃全程测温的蓝宝石单晶光纤温度传感器

表述了从室温到１８００℃测温范围的全程测温的蓝宝石单晶光纤温度传感器。该光纤传感器综合了光纤辐射测温技术和光纤荧光测温技术的特点,利用特殊生长的端部Ｃｒ＾３＋离子掺杂的蓝宝石单 光纤,使两者有机地结合实现用单一光纤传感头达到大范围的温度测量,介绍了端部掺杂的蓝宝石单晶光纤的生长方法,分析了它的荧光温度特性、光纤传感头上荧光信号与热辐射信号的相互干扰以及光纤温度传感器的系统结构和工作原理,给出了实验     

一种测量高温中间包的蓝宝石光纤温度计

介绍了一种测量高温的蓝宝石光纤温度计.蓝宝石单晶光纤由于其极好的高温物理化学性能,适用于高温下光纤测温应用,可用作辐射型光纤温度传感器.蓝宝石光纤温度计采用激光加热小基座法生长出端部掺Cr3+的蓝宝石光纤荧光温度传感头.用激光加热小基座,把对荧光有温度反应的材料如红宝石晶体光纤生长在蓝宝石光纤上,制成具有结构紧凑,耐高温,功能稳定的传感探头.通过荧光寿命的检测,可以测量所对应的温度.根据表面温度,可以依据温度场得到内部温度,用于测量连铸炉中的中间包钢水温度,并给出了温度计的实验系统以及原始实验数据.实验数据表明,此结果精度高,可实现非接触测量.     

一种测量高温中间包的蓝宝石光纤温度计

介绍了一种测量高温的蓝宝石光纤温度计.蓝宝石单晶光纤由于其极好的高温物理化学性能,适用于高温下光纤测温应用,可用作辐射型光纤温度传感器.蓝宝石光纤温度计采用激光加热小基座法生长出端部掺Cr3+的蓝宝石光纤荧光温度传感头.用激光加热小基座,把对荧光有温度反应的材料如红宝石晶体光纤生长在蓝宝石光纤上,制成具有结构紧凑,耐高温,功能稳定的传感探头.通过荧光寿命的检测,可以测量所对应的温度.根据表面温度,可以依据温度场得到内部温度,用于测量连铸炉中的中间包钢水温度,并给出了温度计的实验系统以及原始实验数据.实验数据表明,此结果精度高,可实现非接触测量.     

基于有限立体角测量的谱色测温法

辐射测温是通过测量物体表面发射的辐射来反演温度. 本文结合线性发射率模型从辐射测温方程封闭求解的角度, 解释了谱色测温通常需采用微元立体角测量或针对漫发射体的有限立体角辐射测量的原因, 并推导出了有限立体角辐射测量条件下, 具有非漫发射性质物体表面温度测量的辐射测温方程, 该方程具有测量普适性. 以此方程为基础, 推导了具有测量普适性的谱色测温方程组, 发现不同的辐射测量条件下, 发射率标尺的取值范围相同, 但物理意义发生了明显变化.     

基于光谱发射率函数基形式不变的辐射测温技术

近年来,随着国防、工业、科技等领域飞速发展,无论是对于军用动力发射系统还是对于民用钢铁冶炼以及高科技新兴产业,辐射温度测量都具有重要意义。尤其在温度极高且伴随着瞬态测温(小于1 μs)需求的场合,多光谱辐射测温法被广泛运用。多光谱辐射测温法是通过选取被测目标多个特征波长,测量特征波长的辐射信息,再假设发射率与波长相关的数学模型,最终求解得到辐射温度。目前,利用该方法实际测温时,光谱发射率都采用固定的假设数学模型,而针对目标在不同温度状态下,该固定模型则无法进行自适应变化。同样,在不同温度下,如何解算最终的发射率和辐射温度也没有普适性的方法。基于普朗克黑体辐射定律,提出一种被测目标在不同温度下光谱发射率函数基形式不变的思想,简称发射率函数基形式不变法。通过该方法,发射率模型可以根据物体在不同温度状态下,函数系数动态改变来进行自适应变化。同时对于如何解算最终的发射率和辐射温度也相应提出了普适性的方法。通过大量仿真验证以及实际测量光谱辐射照度标准灯和溴钨灯温度实验,证明本文提出的方法比现有的光谱发射率处理方法更加简单实用并且能够有效地提高光谱发射率的计算精度,从而提高辐射温度测量精度。同时具有实用性好、应用广泛等特点。     

三维燃烧介质和壁面温度的非接触联合重建研究

温度分布在线实时测量对于燃烧过程优化和污染物控制具有重要意义, 针对以往非接触三维温度分布重建过程的耗时性问题和忽略壁面辐射的不足, 本文提出了一种新的离散重建模型, 用于三维吸收、 发射和散射性高温燃烧介质以及壁面温度的快速联合非接触测量. 该模型以四个CCD(Charge Coupled Device) 为测量传感器, 通过构建辐射逆问题求解方程, 从CCD输出的辐射投影图像重建温度分布. 介质中不同投影方向内的辐射传递过程通过离散传递法来描述, 介质的散射和壁面反射则通过离散坐标法来近似. 离散后计算局部辐射强度的病态方程通过最小二乘余量法来求解, 论文对其计算速度进行了优化. 通过非对称温度分布测量算例分析了该模型的有效性, 讨论了测量噪音、 介质和壁面辐射特性对重建精度的影响, 并与其他方法对比分析了模型的重建速度. 计算结果表明本文提出的离散模型可以有效地用于大型高温燃烧介质和壁面温度分布的联合非接触测量. 即使在有噪声的情况下, 该模型也能获得准确的测量结果, 与其他计算方法相比, 采用改进的最小二乘余量法, 能有效地提高温度分布的重建计算速度.     

非接触式光纤传感测温仪

由中科院西安光学精密机械研究所光纤传感技术研究室研制的FOS－T系列非接触式光纤传感测温仪是一种将光纤传感技术和辐射测温原理相结合，实现高精度、高重复性、快速响应、非接触式测量的新型光纤传感类测温仪．它不仅解决了高温热电偶响应速度慢、寿命短的缺陷，而且还能解决红外测温仪不能通入窄小空间、弯曲通道等特殊场合下的在线检测．测温范围覆盖400℃～2500℃，精度达土0．5％，使用寿命长达五至十年．可广泛应用于冶炼、铸造、轧钢、玻璃、陶瓷生产、中高频感应加热、焊接、热处理等行业，具有高性能价格比，特别适应于高温、…     

基于激光的燃烧场温度诊断方法综述

在燃烧相关的研究中，温度场、速度场、组分场、压力场的时空分布特性非常重要.为了计算热传导、热对流和热辐射或捕捉火焰区域，最直接的方法是获取燃烧场的温度.近年来，基于激光的非接触诊断技术快速发展，Rayleigh散射温度测量、激光诱导荧光、激光诱导磷光、Raman散射测温法、相干反Stokes Raman散射、简并四波混频、可调谐二极管激光吸收光谱等技术已经被成功地应用在温度诊断研究中.文章综述了上述激光测温技术的基本工作原理和应用条件，为从事相关领域工作的研究人员提供一定的参考.      

三维非等温多孔层的红外测温误差分析

以太阳能多孔吸热器等热利用系统为研究背景,针对多孔层表面的红外测温问题,基于反向蒙特卡罗法建立了三维非等温各向异性散射多孔层的红外测温模型,讨论了散射类型、多孔层厚度、基材发射率、孔隙率、孔径等物理性质和结构参数对红外测温误差的影响,提出了一种多孔层表面温度的反向计算方法。结果表明,将红外温度的实验测量值视作多孔表面温度会导致一定误差;后向散射可削弱高温背景辐射,从而减小探测温度较高时的误差,但增大了探测温度较低时的误差;高孔隙率(大于0.93)会造成测温误差迅速增大;测温误差小于2%时的参数范围如下:多孔层厚度为14~27mm,基材发射率为0.33~0.81,孔隙率为0.86~0.93,孔径为1.5~2.8mm。     

MOCVD原位红外测温方法的比较研究

MOCVD原位红外测温方法主要有单色辐射测温法与双波长比色测温法。利用薄膜等厚干涉模型与Kirchhoff定律计算了Si (111)衬底生长10 m GaN外延片的940 nm、1 550 nm光谱发射率,以Thomas Swan CSS MOCVD为例,比较了500 ℃至1 300 ℃范围内,940 nm单色辐射测温法、1 550 nm单色辐射测温法、940 nm与1 550 nm双波长比色测温法的相对误差和相对灵敏度,以及单色辐射测温法与双波长比色测温法的校准修正,并利用940 nm与1 550 nm双波长比色测温法在线监测了Si (111)衬底生长InGaN/GaN MQW 结构LED外延片过程中的温度。研究表明:940 nm与1 550 nm双波长比色测温法在相对误差及有效探测孔径修正校准上优于940 nm单色辐射测温法和1 550 nm单色辐射测温法,该结论可为MOCVD原位红外测温设备开发提供参考。     

基于多光谱法的激发温度和辐射温度瞬态测试技术

近些年来,随着国内外尖端科技快速发展,温度测量无论是对于国防建设领域还是对于工业制造领域都有着极为重要的指导意义和研究价值。尤其在瞬态超高温测量方面,测温精度要求更为严苛。测温方法多种多样,多光谱法由于其精度较高且适用性强,被国内外专家广泛运用。基于多光谱测温法,提出一种新的能够同时高精度测量目标的瞬态激发温度和辐射温度的方法。该方法通过查找可信度更高的目标物理特性数据以及更为精确的多光谱直线拟合方法,精准计算得到目标激发温度。通过建立更加准确的数学模型和算法,减小光谱发射率对整个测温过程的影响实现高精度的辐射温度测量。通过相关测温实验表明,系统测温精度达到3%。