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。     

改进型光纤布拉格光栅温度检测系统研究

传统的光纤布拉格光栅温度检测系统适用于大范围、多点位的实时温度检测领域,但其温度响应稳定性差,布拉格光栅中心波长偏移量随温度变化量的线性度差。为提高系统温度检测稳定性及其检测精度,设计了一种改进型光纤布拉格光栅温度检测系统。该系统采用双光纤并行采集同点位温度并进行差分处理的方法,实现对测温过程中随机误差的实时有效消除,进而达到提高测温稳定性及检测精度的目的。计算推导了该模式下光纤布拉格光栅中心波长偏移量关于温度变化量的函数关系,给出了新式光纤光栅探头的结构。实验将改进型光纤布拉格光栅温度检测系统与传统系统进行对比,结果显示,改进型系统的温度测量精度可达0.5 ℃,相比传统系统得到了提升,同时,其测温误差也明显优于传统系统,说明采用该设计可以提高系统测温的稳定性。     

一种被动式单波长实时测温系统的优化设计

基于Kirchhoff定律,利用一面反射镜,设计了一种可同时测量发射率及温度的单波长实时测温系统.从系统的测温灵敏度、相对测温灵敏度、探测器的温度分辨力及系统的测温标准差与波长的关系出发,并结合大气对红外辐射的透射特性,优化了系统的工作波长; 从系统的抗反射辐射能力与波长带宽的关系出发,并结合探测器的最小可探测光功率要求,优化了系统的波长带宽.实验结果表明,当λ=0.80 μm、Δλ=20 nm时,在测温范围600~2 500℃内,系统的测温不确定度优于0.3%.     

带光放大器的分布式光纤拉曼温度系统

 详细阐述了红外双波长带光放大器的分布式光纤拉曼温度系统原理，为了抑制放大器的自发辐射增长、温漂噪声积累、瑞利背向散射光窜扰反斯托克斯背向散射光，采用两条已知温度的曲线和最近测量温度曲线的解调方法,提高了系统的测温精度和稳定性并降低了系统的成本。实验结果与理论分析一致,系统的测温误差在±0.1 ℃内。     

双波长高精度红外测温仪

利用双波长红外测温方法,通过黑体红外辐射曲线中双波长等比吸收的原理消除了由于辐射环境中水蒸气等外界吸收原因造成的单波长红外测温仪中的测量误差,实现更稳定的高精度红外测温.该方法绕开了传统红外测温方法中"辐射率修正困难"的问题.同时利用此红外测温仪器改进了金属钨电子逸出功测量实验.     

加权实时数据融合在线阵CCD测温中的应用研究

针对面阵CCD测温系统的复杂性及对波长的不可选择性,提出了一种利用线阵CCD进行温度测量的方法,并在2.5kW热处理炉上对其进行了实验研究。实验结果表明,该方法简单易行,可任意选择波长组合,利用CCD光谱响应及比色测温原理,得到了测量点的温度值。由于受波长等多种因素的影响,所测得的值之间偏差较大。为了减小误差,引入了加权实时数据融合算法。与传统的算术均值方法相比,该算法计算量小,精度较高,且无需任何先验知识,仅根据各传感器的输出信息就能使融合后的估计值得到优化。     

曝光一定时单相机辐射测温范围的影响因素分析

针对单相机单波长测温和比色测温过程中测温范围较窄的问题,以单波长测温过程为基础,推导了相机传感器动态范围和工作波长对单相机测温范围影响的理论公式,并对波段选取过程中的影响因素进行了分析。理论分析结果表明：相机动态范围和波长的选取限制了一次曝光时测温范围的最大跨度值,在相机传感器唯一确定时,相机动态范围一定,根据波段选取原则选定工作波段,选定估计温度范围下限之后,由公式即可确定待测温度上限,再根据实际测温范围调整波段和估计测温下限;配合调节曝光及光圈,充分利用相机传感器的全动态范围,可实现单相机辐射测温法中宽温度范围的测量。此外,通过涡流加热实验和熔池温度场测量实验对上述影响因素进行验证,选取更优波长和更优曝光时间,可提高单次测温跨度至少40%,为单相机测温技术的具体实施提供技术参考。     

考虑SF_(6)透射率校正的GIS设备红外测温技术

红外测温技术是电力行业常用的设备故障检测手段,在气体绝缘组合电器设备(Gas Insulated Switchgear,GIS)故障诊断中有着重要应用。为提高GIS设备红外测温精度,建立了一个红外测温模型并提出一种SF_(6)透射率校正方法。首先,基于热辐射理论建立红外测温模型,并给出不同条件下的简化模型。然后,为提高温度测量精度,考虑SF_(6)透射率对红外模型测温模型输出结果的影响,给出不同条件下的SF_(6)透射率校正方法。最后,进行实际的温度测量实验,验证所建立的红外测温模型及所提SF_(6)透射率校正方法的有效性。实验结果表明,与未进行SF_(6)透射率校正的方法相比,使用所提SF_(6)透射率校正方法后温度测量精度得以提高,误差最高降低了66.7%。所提方法为电网故障检测及监控打下基础,在电网故障检测、电网安全作业等方面有着广阔的应用前景。     

光纤温度传感器输出特性研究

设计了一种基于半导体光吸收原理用于对环境温度进行测量的光纤温度传感器.该传感器使用砷化镓晶体为温度敏感材料,采用透射式探头结构,以塑料光纤为传光介质,具有结构简单、可靠、成本低的特点;通过实验研究了采用不同光源时传感器系统的输出随温度的变化关系,分析了光源的光谱特性对传感器系统的测温范围及灵敏度的影响;最后提出一种采用双波长补偿系统提高系统抗干扰能力和稳定性的改进意见.     

一种被动式辐射测温系统的波长及其带宽设计

介绍了采用PIN硅光电二极管作光接收器件实现的一种被动式实时测温系统。该系统主要由光学接收系统、信号放大与处理系统及显示系统三部分组成。从系统的相对测温灵敏度及探测器的温度分辨力与波长间的关系出发,结合大气对红外辐射的透射特性,确定了系统的工作波长;从系统的抗反射辐射能力出发,并结合探测器的最小可探测光功率要求,确定了系统的波长带宽。从P1、P2的测量不确定度出发,讨论了待测目标的发射率及温度的测量精度。结果表明,当λ=0.80μm、Δλ=20nm时,在测温范围600~2500℃内,系统的测温不确定度优于0.3%,满足设计要求。     

血清钙的甲基百里香酚蓝测定法

本文以甲基百里香酚蓝为显色剂，利用等吸收双波长消去法测定血清钙含量，测定波长为６１３．７ｎｍ，参比波长为５９０．０ｎｍ，本法不用加掩蔽剂即可消除镁的干扰。血清中钙的平均回收率和相对标准偏差分别为９８．９８％和０．８１％。本法与滴定法比较、快速、简便、结果准确、适应于临床生化检验。     

基于拉曼光谱散射的新型分布式光纤温度传感器及应用

介绍了分布式光纤拉曼温度传感器(DTS)的基本原理、发展趋势和工程应用研究状况,研究了分布式光纤拉曼温度传感器的关键技术,全面提升了DTS的性能。将拉曼放大技术应用于DTS系统,用拉曼增益部分抵偿光纤的传输损耗,使系统的传感长度达到50 km;对脉冲激光器进行211位循环编码,在接收时采用相关运算解调,显著提高系统的信噪比,使测温不确定度达到1 ℃;采用双波长自校正技术提高了系统的空间分辨率,达到2 m;在DTS系统中嵌入光开关,使测温通道成倍扩展,有效延伸了传感光纤的总长度,组成光纤传感网络。     

非接触散斑干涉法测量高温物体应变的研究

描述了散斑干涉高温物体应变测试实验装置工作原理及其实验结果，对钨和石墨的测量表明，该装置可实现高温状态下材料应变测试，测试精度达１μｍ，选择波长６３２．８ｎｍ，半宽２．４ｎｍ的窄带滤光片，配之预处理电路，对６３２．８ｎｍ辐射散射能力较强的材料（诸如钨带等）可实现２３００℃高温非接触应变测量，对６３２．８ｎｍ辐射散射能力较好的材料（诸如石墨等）可实现１５００℃高温接触应变测量。     

单波长光声光谱血氧饱和度检测技术研究

血氧饱和度(SO₂)为临床观察病情变化提供了有意义的指标。传统血氧饱和度检测研究工作多采用双光源和多光源光电容积脉搏波描记法实现无创检测来减少病人痛苦。通过研究生物组织对光的吸收和散射特性,将光谱学和光声技术相结合提出了一种无创式单光源检测血氧饱和度(SO₂)、脱氧血红蛋白浓度[HBR]和氧合血红蛋白浓度[HbO₂]的新方法。该方法基于血液对光信号的吸收和散射理论基础和光声信号呈现吸收线形关系建立单波长光声光谱血氧饱和度检测技术,不仅可以进行指标性参数分析还可以对组织成像。为了验证该技术可行性,在实验中采用单波长激光脉冲光源,以绿色和红色墨水的混合液体作为含有脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白的血液模型注入软管模拟人体血液环境。其中红色墨水的含量类比于血液中含氧血红蛋白含量,从而可通过测量计算出红色和绿色墨水浓度来表征伪血氧饱和度(poseudo-SO₂)。实验结果表明,所测的伪血氧饱和度与实际浓度误差不超过6.97%,采用该方法量化血氧饱和度是可行的;同时利用实验结果,结合光声成像技术完成了对伪血液中单圆管截面成像。该方法替代多波长光谱分析的方法能显著降低激光系统和便携式实现成本。     

脑组织漫反射光谱与约化散射系数的斜率估算法

约化散射系数是生物组织光学研究中的一个重要的组织光学参数。利用微光纤探头与光纤光谱仪组成漫反射光谱采集系统对脑组织约化散射系数的实时在位测量进行研究。通过悬乳液与模拟胶模型实验推导了700～850nm波段约化散射系数与漫反射光谱斜率绝对值的关系式,用模型对公式的计算精度进行验证,利用该系统实时在位测量了20只大鼠脑组织在700nm、750nm和800nm处的约化散射系数。经统计分析,大鼠脑白质约化散射系数在上述波长处分别为30±5cm-1、28±5cm-1和25±6cm-1,脑灰质约化散射系数则分别为14±3cm-1、13±3cm-1和12±3cm-1。脑组织约化散射系数实时在位测量对脑外科微创手术中的组织识别具有重要的参考意义。     

Intravascular photoacoustic imaging of lipid in atherosclerotic plaques in the presence of luminal blood

Intravascular photoacoustic (IVPA) imaging can characterize atherosclerotic plaque composition on the basis of the optical absorption contrast between different tissue types. Given the high optical absorption of lipid at 1720 nm wavelength, an atherosclerotic rabbit aorta was imaged at this wavelength ex vivo using an integrated intravascular ultrasound (IVUS) and IVPA imaging catheter in the presence of luminal blood. Strong optical absorption of lipid combined with low background signal from other tissues provides a high-contrast, depth-resolved IVPA image of lipid. The ability to image lipid at a single wavelength without removing luminal blood suggests that in vivo detection of lipid in atherosclerotic plaques using combined IVUS/IVPA imaging is possible.     

Cascaded dual-channel fiber SPR temperature sensor based on liquid and solid encapsulations

In order to control the working wavelength range of the fiber surface plasmon resonance(SPR) temperature sensor and realize the wavelength division multiplexing type multi-channel fiber SPR temperature sensor, by comprehensively investigating the influence of liquids with different thermal-optical coefficients and solid packaging materials on the performance of fiber SPR temperature sensor, a dual-channel fiber SPR temperature sensor based on liquid–solid cascade encapsulation was designed and fabricated. The liquid temperature sensing stage encapsulated in capillary worked in 616.03 nm–639.05 nm band, the solid sensing stage coated with pouring sealant worked in 719.37 nm–825.27 nm band, and the two stages were cascaded to form a fiber dual-channel temperature sensor. The testing results indicated that when the temperature range was 35℃–95℃, the sensitivity of two-stage temperature detection was -0.384 nm/℃and -1.765 nm/℃ respectively. The proposed fiber sensor has simple fabrication and excellent performance which can be widely used in various fields of dual-channel temperature measurement and temperature compensation.     

Pulsed near-infrared laser diode excitation system for biomedical photoacoustic imaging

A pulsed laser diode system operating at 905 nm has been developed for the generation of photoacoustic signals in tissue. It was evaluated by measuring the photoacoustic waveforms generated in a blood vessel phantom comprising three dye-filled (mu(a)=1 mm(-1)) tubes of diameters 120-580 microm immersed to a maximum depth of 9 mm in a turbid liquid (mu'(s)=1 mm(-1)). The system was then combined with a cylindrical scanning system to obtain two-dimensional images of a tissue phantom. The signal-to-noise ratio of the detected signals in both cases and the image contrast in the latter suggest that such a system could provide a compact and inexpensive alternative to current excitation sources for superficial imaging applications.     

石墨点阵柱状光子晶体共振腔的温度特性

构造了一种二维GaAs石墨点阵柱状光子晶体共振腔. 利用时域有限差分方法计算了这种光子晶体共振腔TE_y模的共振峰随温度变化的情况. 计算结果表明这种结构的光子晶体共振腔的共振峰主峰随温度呈分段线性变化趋势,且具有1.60 nm/℃以上的温度响应灵敏度. 同时,计算结果显示,这种结构的光子晶体共振腔具有很好的频率开关特性. 最后,利用计算结果解释了频率开关特性的成因. 关键词： 光子晶体 温度 共振腔 开关