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。     

CW激光辐照薄板热力响应全场测量

实验研究了CW激光辐照铝合金薄板的热力响应过程,利用三维数字图像相关技术(3D-DIC)结合红外测温系统对整个过程的变形场和温度场实现了全场实时测量。分析了入射激光功率对变形场和温度场的影响,发现变形和温度均随入射激光功率线性增长。建立了三维有限元模型对实验过程进行模拟,模拟结果与实验结果吻合较好,验证了有限元模型的可靠性。3D-DIC结合红外测温系统可以很好地对激光破坏试验中的靶体变形场和温度场进行实时测量,是一种很有效的实验测量手段。     

激光制造中双光谱测温法发射率的补偿优化

为进一步提高温度测量精度,以激光照射下普通钢的熔池为研究对象,通过对发射率模型的合理假设,实现了双光谱测温系统的补偿优化。测量结果显示,针对普通钢的温度测量时,发射率采用指数模型可以取得很好的测量效果,测量误差在4%以内。同时,在同一种测量条件下将优化后的测温法与传统的比色法测温进行精度比较,证实与比色法相比该方法的误差显著减少。通过对数据处理的误差做定量分析,得出其误差在13~25 ℃之间。     

红外测温过程中灰度值漂移的修正

对基于中波红外焦平面探测器实现目标的表面温度测量进行了理论及实验研究。介绍了红外测温系统的组成和测量原理,建立了红外探测器测温模型。分析了标定过程中出现的红外探测器灰度值漂移现象,通过4种不同的实验方法总结了红外探测器灰度值漂移的规律,根据这些漂移规律提出了漂移补偿的方法。最后,以黑体为目标进行了测温实验。结果显示,漂移补偿前后的测温误差分别为1．965℃和0．335℃,表明测温精度得到了很大的改善。     

基于红外光谱环类锻件内壁状态监测方法研究

考虑到环类锻件内壁状态对于保证工业的生产安全具有重要作用, 而基于红外光谱的测温方法可以大大提高测温精度, 因此研究基于红外光谱的环类锻件内壁状态监测方法具有重要的意义。为了实时掌握环类锻件的内壁状态, 提出一种红外光谱环类锻件内壁状态监测方法。首先利用红外光谱构建了三级FP型LCTF的测温系统, 通过获取锻件表面辐射的两个单一光谱运用红外双色测温原理实现锻件表面温度的测量。相比传统的测温方法大大提高了锻件表面的测温精度。其次在拉普拉斯导热微分方程的基础上, 运用分离变量法建立了环类锻件内壁状态监测模型;结合红外光谱测温系统测量的温度数据和锻件自身参数信息, 实现了环类锻件的内壁状态监测;最后通过仿真实验验证了所提出方法的可行性, 实现了环类锻件的内壁状态监测, 为保证环类锻件的正常运行提供了理论依据。     

基于红外光谱环类锻件内壁状态监测方法研究

考虑到环类锻件内壁状态对于保证工业的生产安全具有重要作用,而基于红外光谱的测温方法可以大大提高测温精度,因此研究基于红外光谱的环类锻件内壁状态监测方法具有重要的意义。为了实时掌握环类锻件的内壁状态,提出一种红外光谱环类锻件内壁状态监测方法。首先利用红外光谱构建了三级FP型LCTF的测温系统,通过获取锻件表面辐射的两个单一光谱运用红外双色测温原理实现锻件表面温度的测量。相比传统的测温方法大大提高了锻件表面的测温精度。其次在拉普拉斯导热微分方程的基础上,运用分离变量法建立了环类锻件内壁状态监测模型;结合红外光谱测温系统测量的温度数据和锻件自身参数信息,实现了环类锻件的内壁状态监测;最后通过仿真实验验证了所提出方法的可行性,实现了环类锻件的内壁状态监测,为保证环类锻件的正常运行提供了理论依据。     

基于逐步回归分析的激光惯导温度补偿研究

针对激光陀螺惯导的温度补偿,将影响激光陀螺零偏的各种可能的变量作为零偏补偿的状态变量,利用逐步回归分析方法,挑选出对零偏贡献较大的显著变量,建立精准的数学物理模型,并对实测的激光陀螺进行温度补偿建模。结果表明,温度变化率以及与温度的交叉积对温度补偿模型的影响不显著,得到的温度补偿模型可以对陀螺的零偏进行实时补偿,提高了陀螺的精度。     

环境对中波红外探测器测温精度的影响

为了分析环境辐射和大气吸收对红外辐射特性测量精度的影响,对基于中波红外探测器的红外测温进行了研究。首先,介绍了影响中波红外探测器测温精度的几种辐射能,根据测温模型得出了红外探测器像元灰度值和辐射照度之间的关系公式,并进一步推导出辐射测温的修正公式。以高精度面黑体为目标进行了测温实验,对红外探测器像元的灰度值进行修正并计算测温误差。结果显示,修正前、后测温误差的均方根分别为3.56℃和0.27℃,测温精度得到了显著的提高,表明该修正公式可准确地修正环境和大气吸收对中波红外探测器测温精度的影响。     

激光医学中热响应的遥测技术研究

采用辐射温度测量技术实现了激光与生物组织热响应的无损监测.便携式红外辐射监测仪内置LD红光指示和对准音提示,在距离红外透镜25 mm处最小物面孔径为2.5 mm.靶点组织的温升变化是激光输出参量和被测生物组织自身的光、热物理特性的综合反映,与可能产生的疗效密切相关.实验记录了单个红宝石激光脉冲、连续CO2激光作用下多种组织的热响应过程,从辐照时间、温升峰值、上升时间等角度讨论了不同组织、不同条件下组织热响应的差异.     

基于振动抑制高精度宽带激光扫频干涉测量方法

本文研究了基于振动抑制的高精度宽带激光扫频干涉测量方法.在激光扫频干涉测量中振动引起目标位移,导致在测量信号拍频中叠加了多普勒频移,该频移量通常远大于目标实际位移产生的频率变化,直接计算目标距离将造成测距精度下降.为解决该问题,本文首先建立了振动对宽带激光扫频干涉测距系统的影响模型,分析了振动对测距的影响机理,通过对测量系统的色散失配效应进行补偿降低了色散影响,然后对测量信号进行交叠分时Chirp Z变换计算不同时刻目标距离,进一步结合卡尔曼滤波方法对目标距离信息进行状态估计,使测量的标准差由185.4μm降低到9.0μm,有效降低了环境振动对测量结果的影响,提高了测量精度.该方法在不需要改变激光扫频干涉绝对距离测量装置的条件下,为进一步提高振动环境中的测距精度提供了解决方法,降低了装置复杂度和成本.     

基于激光旋转加热的非导电材料高温光谱发射率测试方法与装置

光谱发射率是表征材料热物理性能的重要参数。对于非导电材料的高温光谱发射率测试,一般采用高温加热炉加热或辐射加热的方式来进行发射率测试,存在的问题是采用高温石墨炉加热时,样品可能会与高温石墨发生化学反应,从而破坏材料原有物性;采用辐射加热,一般是单向静止加热,会存在样品温场梯度非均匀分布的问题。基于激光旋转加热和样品/黑体整体一体化设计,提出了一种“样品动中测”的非导电材料高温光谱发射率测试新方法,建立了相应的测量模型,突破了传统的 “样品静中测”的局限,样品与参考黑体共形一体化设计,采用微区域光谱辐射成像方法,同时测量参考黑体和样品的光谱辐射能量与温度。建立了激光旋转加热状态下的热传导方程,对典型样品材料的温度分布进行了仿真计算,结果表明旋转样品温场分布较为均匀,分析了温场分布与红外光谱发射率测量误差间的关系,给出了适用于本测试方法的材料的热导率下限值。基于该方法,搭建了相应的测量装置,对典型材料碳化硅在1 000 K时的光谱发射率进行了测试,在4 μm处对各个典型高温温度点的光谱发射率进行了测试,得到了碳化硅材料在红外波段的光谱发射率波长变化和温度变化规律特性。与国外的测量结果进行了比对,结果较为一致,验证了激光旋转加热光谱发射率测试方法的可行性。采用此方法,不破坏样品本身的理化特性,样品加热升温速度快,测量温度范围上限高,有效减小了激光静止单向加热带来的温度不均匀性,可同时测量出样品和参考黑体的光谱辐射亮度及温度,无需另外再设计标准高温黑体,解决了现有非导电材料高温光谱发射率测试中非均匀加热和辐射能量同步比对测量的问题,可应用于多种非导电材料高温光谱发射率的测试。     

大尺寸平面激光扫描补偿系统误差分析

扫描补偿系统是3DLIF水体测量系统中实现大尺寸平面激光等光程扫描的关键部分,决定了平面激光光束在流体水槽中的定位精度;系统3 000 mm长的光程和500 mm宽的光源使定位精度难以保证。针对该问题,分析了扫描补偿系统中可能存在的误差因素和各项因素之间的影响关系,建立了相关误差模型并进行仿真分析,对得到的误差数据进行了多项式拟合,拟合结果显示,棱镜制造角差和平面反射镜绕z轴的俯仰为影响位置误差的主要因素;为了减小误差,进一步分析拟合结果,得到了两项因素之间的关系表达式,提出了以仿真结果指导装调来减小误差的方法。最终仿真结果显示,通过该方法使平面激光在水槽中的位置误差可以从0.618 mm减小到0.103 mm。     

相机自热引起像点漂移的实验分析与温度补偿模型研究

为减小摄影测量中温度对测量精度的影响,基于物理实验,对相机自热引起的像点漂移影响机理进行研究,提出一种针对相机自热致像点漂移补偿方法.通过摄像测量技术对不动标志点进行长期连续监测,发现测量系统温度变化确实会引起像点漂移测量误差,其中水平漂移测量误差可达1.11Pixel,竖向漂移测量误差可达2.22Pixel.基于试验...     

激光投影成像式运动目标位姿测量与误差分析

为了实现室内运动目标位姿的高精度测量,建立了一套激光投影成像式位姿测量系统.该系统利用两两共线且交叉排列在同一平面上的点激光投射器作为合作目标捷联在运动目标上,通过与光斑接收幕墙的配合共同组成运动目标位姿测量基线放大系统,利用高速摄像机实时记录幕墙上投影光斑的位置,利用摄像机标定结果求解投影光斑的世界坐标,利用投影光斑之间构成的单位向量建立运动目标位姿解算模型.最后,根据测量原理推导了图像坐标提取、摄像机外部参数标定、光束直线度与目标位姿解算结果之间的误差传递函数.实验结果表明,当摄像机的视场范围为14 000mm×7 000mm时,测量系统的姿态角测量精度为1′(1δ),位置测量精度为5mm,且误差大小与目标位姿测量误差传递函数理论计算值一致,验证了本文提出的目标位姿测量方法与测量误差传递模型的准确性,能够满足目标位姿测量高精度的要求.     

长焦红外光学系统焦距的高精度测量技术

为提高长焦红外光学系统焦距测量的准确性,提出一种将干涉测量、光电自准和激光跟踪技术相结合的焦距测量方法。基于光学系统波前干涉测量光路,利用波前的power值对球面反射镜位置非常敏感的特性,结合激光跟踪仪的空间几何量精密测量和光电自准直仪的精密测角功能,实现长焦红外光学系统焦距的高精度测量。实验中对一理论焦距为1 520 mm的航空长焦红外光学系统进行测试,并结合测试设备的测量精度进行误差分析,5次测量的标准偏差为0.930 mm,测量误差小于0.2%,满足测试技术要求。结果表明这种方法用于长焦红外光学系统焦距的测量是合理可行的。     

Temperature analysis of the powder streams in coaxial laser cladding

The powder stream temperature of a newly developed coaxial laser cladding technique have been calculated and measured in this study. A simplified one-dimensional model of the particle heating problem under laser irradiation was solved with various conditions of laser intensity, particle size and flow velocity. The experimental results have been successfully detected by a pin-hole infrared sensor with the temperature calibration for hot particles. The thermal profiles of the coaxial nozzle give an optimum operation range of the stand-off distance for coaxial laser cladding.     

红外地球敏感器扫描镜摆角激光动态测试方法

为解决扫描镜摆角实时动态非接触测量问题,基于激光检测技术和CCD探测技术,提出一种红外地球敏感器扫描镜摆角激光动态测试方法,并研制了扫描镜摆角动态测试系统,其可实现扫描镜的摆动频率、零位角、幅值、峰峰值平均等参量的动静态激光非接触测量。介绍了系统的组成和总体结构,着重对扫描镜摆角动态测量理论和大视场、大相对孔径特殊线性扫描光学系统的设计方法进行了分析与探讨,通过建立系统的数学模型,解决了测量数据误差修正与图形处理问题。对测量系统的精度进行了验证,结果表明系统的摆角测量范围为0~±12°,分辨力为0.01°,动静态测量精度优于±0.04°。     

三维形貌柔性测量系统标定方法及验证

为了避免机器人模型误差对三维形貌柔性测量系统手眼标定的影响,对手眼关系的标定方法进行了研究。提出了一种融合特征点拟合的手眼标定方法。将三维形貌扫描仪安装在工业机器人末端搭建三维形貌柔性测量系统。标定时,首先利用激光跟踪仪对工业机器人末端法兰盘坐标系进行测量,得到两者转换关系;然后,利用三维形貌扫描仪和激光跟踪仪对空间固定的特征点组进行测量,利用特征点约束和基于罗德里格矩阵的算法求解两者转换关系即可间接地求解出手眼关系。基于ATOS三维扫描仪、安川HP20D机器人和API公司生产的激光跟踪仪进行了手眼标定实验,并进行了精度验证。结果表明:标定后的三维形貌柔性测量系统,其重复性测量精度(3σ)不超过0.1 mm,长度测量精度的均方根误差在0.2 mm以内,点云拼接精度优于±0.7 mm。该方法有效避免了传统手眼标定过程中会引入机器人模型误差的问题,在求解手眼关系解时采用了线性的解法,并且适用于三维形貌柔性测量系统。     

零锁区激光陀螺空间异面孔系投影角测量误差分析

针对异面腔零锁区激光陀螺深小孔系测量中准确性和稳定性差的问题,分析了异面腔零锁区激光陀螺深小孔测量中误差产生的原因。建立了倾角误差对空间异面孔系投影角的影响方程,发现空间异面孔系的倾角变化会改变投影角,当倾角为16时,倾角误差会以30%的分量加权到投影角误差中,并采用UG软件进行了仿真验证。采用最小二乘拟合的方法分析了影像测量仪的采点误差对角度的影响,发现了增加测量点数由2点增加到10点,超大采点误差的影响会减少至原来的50%。该方法增加了零锁区激光陀螺测量的稳定性。     

基于温度修正模型的柴油凝点快速检测方法

便携式近红外光谱仪现场快速检测是近红外光谱分析领域的一个重要的发展趋势。为了实现快速检测,便携式近红外光谱仪一般不配备温控装置,因此环境温度的变化会带来较大的测量误差。如何降低环境温度对检测结果带来的误差,是便携式近红外光谱仪在现场快速检测领域大规模推广所需要解决的一个重要问题。柴油的凝点值是评价柴油品质和适用范围的一个重要指标,对柴油凝点进行快速检测有重要的经济意义。通过便携式光谱仪采集了50种具有不同凝点的柴油样品在近红外波段（950～1 650 nm）的吸收光谱,研究了环境温度变化下的基于近红外光谱分析的柴油凝点快速检测方法。此光谱仪为基于数字微镜设计的便携式光谱仪,针对现场快检而研发,未配备温控样品池。在环境温度T₀=25 ℃时基于偏最小二乘法建立了柴油凝点的预测模型,并分别将不同环境温度（T_E=-10,0,10,20,30,40和50 ℃）条件下测量的近红外光谱带入上述凝点预测模型,分析预测偏差随环境温度相对参考值变化(T_E-T₀)的依赖关系。通过一次函数对预测误差随环境温度的变化关系进行拟合,发现凝点预测偏差的平均值随环境温度的变化关系为Δｃ＝-0.019 8(T_E-T₀)。将环境温度的修正因子带入25 ℃条件下预测模型,建立了针对环境温度变化的温度修正模型。在温度修正以后,10 ℃条件下预测凝点的均方根误差由原来的14.6降为8.8,相关系数由原来的0.4提升为0.7。研究表明,本温度修正模型可以有效降低环境温度对预测结果带来的误差。基于此温度修正模型,可以显著降低近红外光谱分析建模过程的工作量,在某一特定温度条件下建立预测模型后将此温度修正项带入模型即可用于在其他环境温度条件下进行柴油凝点值的预测,而不需要在其他多个温度条件下分别建立预测模型,可显著提高建模效率和便携式近红外光谱快速检测的温度适应性。