基于光谱分布曲线交点捕捉的辐射测温方法

现代科技发展对温度的辐射测量提出了更高的要求,采用波长封闭求解温度的多波长测温法得到了广泛应用。然而准确确定被测物体发射率的函数表征是测量真实温度的难题。引入仪器测量的概念后,将确定物体发射率的难题转化为确定仪器发射率模型,用物体与仪器发射率光谱分布曲线的交点波长构造真实温度封闭求解的条件,是辐射测温的一大进步。研究提出采用波段积分消除物体辐射二元函数带来的波长对测温的影响,并且积分中值波长恰巧可以取代交点波长,结合“谱色函数”实现了对上述曲线交点的捕捉,完成了真实温度的测量。需要明确,测温所需波长个数并非越多越好。对普朗克定律中第一、第二辐射常数进行修定,得到了广义测温模型,使得测量所需波长数目限定为“3”,其可以作为普朗克定律与发射率级数模型乘积表征所需测温波长的下限数目,这是辐射测温的另一突破。用物体辐射定义层面上的数学形式表示广义模型,实现广义模型与线性仪器发射率的对接。在可见光与近红外大气窗口波段内,对广义模型和仪器测量方程进行数值拟合,验证了定义式与广义模型在任意波段内的适应性。在可见光波段内,对金属钨的实验数据进行仿真计算,结果表明：广义模型通过调整有限的待定参数,很好地...     

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…     

电气设备中远距离荧光测温技术研究

为了实现对高压电气设备的非接触温度监控,设计了中远距离(0~1.5m)非接触荧光光纤测温系统.该系统利用稀土荧光材料的荧光温度特性,通过测量物体表面荧光物质的受激荧光寿命获得物体的温度信息;通过增加聚光透镜和聚光锥罩,提高探测器接收到的光能量.实验获得荧光强度曲线及被测对象温度,实现了对温度的非接触实时测量,测量误差低于1℃,满足高压电气设备的非接触温度监控要求.     

热辐射体真实温度的测试研究

在辐射测温中，普遍存在一个问题，被测温度物体表面发射率影响很大，而物体的发射率很难确测量，这是因为发射率不仅与材料有关，而且还与波长，温度，表面状态（表面粗糙度，氧化程度等）有关，本文叙述一种利用多波长辐射法测量实际物体真实温度的方法，该方法利用最小二乘法原理拟合出实际热辐射体的光谱发射率曲线，从而使测量目标的真实温度成为可能。     

混合法测固体比热容仪器的研制

研制了混合法测固体比热容的仪器. 该仪器将加热部分与测温部分巧妙的合为一体,并设计了将物体从高温快速过渡到低温的装置,从而减小了热损失,同时温度测量采用了AD590温度传感器的装置,进一步减小了实验中的系统误差.     

非朗伯体红外测温计算研究

根据红外辐射理论和红外热像仪的测温原理,建立了红外热像仪测温的通用数学模型;基于物体表面法向发射率的特点,简化了热像仪测温的数学模型,得到了红外热像仪测温的计算公式。通过相关实验,验证了在一定的温度范围内,物体的发射率和反射率之和基本保持不变这一结论。物体的发射率与反射率之和a与物体种类、表面状况及物体温度有关。物体与朗伯体越接近,a越大,其值越接近于1;物体表面状况偏离朗伯体越远,表面越光滑,越小。实验表明,若物体接近朗伯体,则可将其视为朗伯体,无需进行实际物体修正;对于非朗伯体(特别是表面光滑且发射率较低的物体),需要对其红外测温进行修正,否则将增大测温误差,甚至偏离其真实温度很远。该研究表明,通过修正,可以对非朗伯体进行红外测温。     

基于膨胀法的新型光纤测温仪

提出一种新型的光纤测温传感器。基于热胀冷缩原理,物体长度会随温度变化产生与之成正比的微小变化,采用带光源的光纤测微位移探头测出这个微小变化,可得温度与位移的变化关系,采用光电转换则可输出温度与电流的变化关系。     

基于近红外光谱的高精度测温系统

目前红外测温方法难以消除复杂环境下外来辐射的干扰,导致测温精度低,设计了一种高精度的红外测温系统。该系统提出了由宽带滤光片和三级干涉滤光器结合的滤光方法,根据该方法对高温物体发出的近红外光谱进行滤光,将高温背景光和环境干扰光滤掉,得到两个单色光谱,经红外探测器接收获得其辐射功率比,通过计算得出物体温度。该系统透过的单色光谱带宽仅有1nm,将透射光谱以外的背景光辐射和环境光源辐射抑制达8个数量级,降低了因被测对象周围环境升温引起的测温误差,提高测温系统的精度。最后通过实验验证了该测温系统的可行性,精度达0.2%。     

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。     

一种红外体温测量装置的研究与制作

本文测量了一种热释电双敏元传感器的物理特性,研究了被测物体运动速度、测量距离、环境温度和湿度对测量结果的影响.在此基础上,自制了非接触测温装置,可实时监控移动人体的体温.     

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。     

用水银制作液体温度计是因为水银的比热小吗?

有的教学参考读物上在讲完比热容概念以后,举出水银温度计和酒精温度计作比较,说由于水银的比热比酒精的小得多,因此水银温度计比酒精温度计灵敏得多.这种说法是不准确的.为了更清楚地说明问题,先从温度测量原理说起. 通过对大量实验事实的概括和总结,得出:如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统的热状态处于热平衡,则这两个热力学系统彼此也必定处于热平衡.这个结论被称为热力学第零定律,它指明一切互为热平衡的物体都具有相同的温度,这就是用温度计测量温度的理论依据.选择适当的温度计,使温度计与被测物体接触,经过一段时间达到热平衡后,温度计所显示的温度就等于被测物体的温度.     

带通红外比色滤波测温技术研究

提出可精确测量中低温物体温度的带通比色滤波测温理论,利用该理论,搭建了相应的实验装置。对装置所用的器件进行精确标定,并利用数值函数对测试得到的离散点数据拟合后,用面源黑体在５０℃～４００℃范围对该实验装置进行了测温实验验证,实验结果表明,该实验装置在不需知道目标发射率的情况下,能精确测量物体的真实温度,因此,验证了提出理论的正确性与所建立测温系统的可行性,对中低温物体真实温度的测量研究具有重要意义。     

基于激光自混合干涉的物体旋转中心确定方法

在被测物体上设置一低反射率反射镜,激光器输出的激光束入射到反射镜上,激光束经反射镜反射反馈回激光器内.入射光线若偏离被测物体的旋转中心,当被测物体旋转时,将引起激光器的输出功率随角度变化的自混合干涉信号.当入射光线通过被侧物体的旋转中心时,被测物体的角度变化将不会导致回馈光的光程变化,被侧物体旋转时也就观测不到自混合干...     

基于波段带宽的谱段测温法的测温范围分析

基于窄波段内普适性的线性发射率模型,将三波长（单色）辐射温度测量拓展到谱段辐射温度测量。在谱段测量中,为实现非失真的有效测量,文中结合传感器的动态范围及最低灵敏度等特性参数 ,考虑多路信号的耦合关系,讨论了有效温度测量的相应限制条件。从而针对具有已知辐射物性的被测物体,通过数值模拟给出谱段测温的有效测温范围相对于传感器的波段带宽的变化趋势。理论上明确 了实现有效温度范围测量对传感器的波段带宽的要求。文章分析将为辐射传感器的设计提供必要的理论指导。     

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.     

利用智能手机外设传感器可视化测量导热系数

基于传统导热系数的测量方法,将集成式温度传感器换为测温更加灵敏且能通过蓝牙与智能手机连接实现可视化测温的探针温度传感器,利用其配套软件导出实验数据至手机Excel并直接利用手机Excel拟合出“温度-时间”曲线,计算待测物体的导热系数.研究结果表明,与传统方法相比探针法测得的实验结果相对误差更小、不确定度也更小.利用智能手机外设传感器进行可视化测量,不仅可以扩充智能手机的物理测量范围,还可以发挥智能手机的计算功能,从而在一部手机上完成物理测量和数据处理的全过程,方便开展居家实验,为今后创新性实验研究开创新的思路.     

基于中波红外光谱遥测的温度估计算法

高于绝对零度的物体满足Plank定律,因此红外辐射在一定程度上反映温度。红外辐射测温具有响应速度快,分辨率高,能较好的实现对微小、高速移动等不可接触测量目标的温度测量。用一种先进的双波段红外遥感光谱系统采集不同温度金属的红外发射光谱,分析和研究这些不同温度的光谱数据所具有的不同特征。在此基础上,对样本提取重心位置、波峰位置、波长λ₁的值、波长λ₂的值四种光谱特征,寻找温度与其之间的函数关系;并建立多元线性回归模型,通过光谱反推温度值。实验结果表明,该方法可以有效的分辨有明显温差的高温物体,在实验所测温度范围内的测温绝对误差小于30 ℃,在测量误差小于20 ℃的置信区间内有98%正确率,优于一般系统需要保证目标发射率、大气透射率、环境等效辐射温度等复杂参数高精度的情况下2%的测温精度。该方法可以简单有效的对远距离目标测温,从而进一步拓展红外光谱遥测温度的应用领域。     

温度测量综述——现代计量科学专题之十

1温度与热 温度是国际单位制中七个基本量之一,是人类接触最早,与人类生存关系最为密切,而又难于理解和不易测准的物理量.在科学地定义温度之前,人们把温度的变化与物体所含的热量混为一谈.直到近两个世纪,随着工业和科学技术的发展,逐渐建立起热力学和统计学理论,温度的本质才逐渐被揭示.     

一种提高分布式光纤测温系统空间分辨率的线性修正算法

由于分布式光纤喇曼测温系统带宽不足,导致系统的空间分辨率低;当光纤的感温区域长度接近空间分辨率的时候,系统温度响应幅值不够,导致测温不准.为解决此问题,本文提出了一种线性修正算法;在分析温度与喇曼比值关系及系统的频率响应特性的基础上,建立了该算法的数学模型,搭建了基于单模光纤的10km分布式测温系统,并利用该算法进行了相关测温实验.实验结果与理论分析一致,该算法能有效修正3～6m光纤的温度响应幅值,使系统测温准确度达1℃,测量时间为40s.本算法在不增加效系统成本的同时,克服了系统带宽不足,优化了空间分辨率、温度分辨率及测量时间.