一种多光谱高温计无源温区的标定方法研究

目前,高温测量中,多光谱高温计具有高分辨率与高信噪比的优点,但无源温区(大于3 000℃)标定方法的发展却远滞后于多光谱高温计制造水平,并已严重影响高温计的测量精度和应用范围。为突破高温测量领域中无源温区标定方法的瓶颈,文章提出了一种多光谱高温计无源温区的标定方法。此方法利用已知温度点的多光谱高温计的输出电压U建立了一种基于幂函数的温度-电压(T-U)模型。在此基础上应用导数最小二乘法对模型参数求解,实现对无源温区的标定。理论和实测数据都验证了此方法的有效性与精度。在多光谱高温测量应用的光谱范围(0.4～1.1μm)内,对精度优于3‰,1%和3%的无源温区标定范围做出理论上的划分。     

测量爆炸火焰真温的多光谱温度计的研制——现场实验与测量精度分析

研制了可用于大型爆炸现场的、 测量爆炸火焰真温的多光谱温度计(量程为800~3 500 ℃,波长范围为0.6~1.1 μm)。测量原理进一步改进,加入亮温逼近法解决了二次测量法初值选取困难的问题,并应用此高温计在空旷场地对3 kg TNT炸药爆炸的全过程进行测量。通过实验结果的分析可知,此高温计可以测量爆炸火焰真温变化全过程,对波阵面瞬时温度与燃烧火球温度的测量均具有很好的效果。同时,分析了影响此高温计测量精度的各个因素,得出目前制约多光谱高温计测量精度提高的主要因素仍然为真温算法及标定方法的误差,这为今后研制高精度高温计明确了方向。     

用于真空弧等离子体放电阴极温度场测量的多光谱高温计

阴极表面温度是真空弧等离子体放电过程中一个重要参数,对真空弧等离子体的形成、电极腐蚀预测、热传导以及离子源的寿命都有重要影响。真空弧离子源的阴极具有目标小,放电过程快等特点,其温度的测量,对于时间分辨率和空间分辨率要求都很高,阴极表面温度的测量技术的欠缺,使得仅靠理论解析获得的结果难以得到验证。并且等离子体放电过程中测量仪器极易受到弧光的影响,如何避免放电过程中等离子体的辐射也是采用辐射法测量阴极表面温度要考虑的问题。这无疑给其温度场的测试研究带来困难。针对脉冲真空弧等离子体开展阴极表面温度测试实验有着重要意义,在分析了真空弧等离子体放电特性以及背景辐射特性和等离子体放电阴极测温的实际需求,本文基于高速CCD相机研制了一种新型的多光谱高温计。该高温计采用单色高速CCD相机,主要避免RGB彩色相机不能完全滤除背景辐射的弧光。为使用单色CCD相机实现多光谱辐射测温,设计了高温计的光学系统,该系统采用4孔径分光系统。将4种不同波长的滤光片嵌入到1个滤光片中。该研究设计的高温计可用于2 000~6 000 K的等离子体温度测量。并在中国工程物理研究院电子工程研究所进行现场测试,测试过程中将研制的高温计,通过外部触发形式对等离子体放电过程进行跟踪拍摄,高温计完全拍摄到等离子体放电过程。利用真空弧等离子体金属电极阴极放电的实测数据对高温计进行了验证。实验结果表明,设计的新型多光谱高温计能够用于测量真空弧等离子体放电时阴极温度场信息,测量的温度值低于放电电极的沸点温度,与等离子体放电过程中出现气化现象相符,说明高温计测的是等离子体放电阴极的温度。     

非接触式颜色测量参数的最优化研究

颜色测量设备获取的光谱数据或色度数据应能够真实客观的表征物体的颜色信息。针对不能直接与测量仪器接触的测量目标,需要采用非接触式颜色测量方法获取其颜色信息。根据光谱辐射度理论分析可知,非接触式颜色测量过程中照明距离、测量距离及曝光时间的变化对测量结果有较大影响,而已有研究成果中并未深入研究测量参数的变化对测量结果的影响。为了在非接触式颜色测量过程中得到准确的结果,提出了一种基于正交试验的非接触式颜色测量参数的最优化方法。实验通过光谱辐射度计(PhotoResearch705, Photo Research 公司, 美国)获取不同参数组合条件下标准色卡(GretagMacbeth ColorChecker Rendition Chart)的颜色信息,结合极差分析法和方差分析法,实验结果显示测量值与标准值的色差CIEDE2000最小为0.878 8ΔE,最大为1.543 1ΔE,表明该方法能有效的选取最佳参数组合,并能分析各参数对测量结果影响的大小。     

用于固体火箭羽焰真温测量的宽量程多光谱高温计

现有的多光谱高温计的测量下限均大于1 173 K(900 ℃),不适用于新型火箭羽焰真温测量范围的要求(900~2 700 K)。为了解决现有的多光谱高温计无法测量1 173 K以下羽焰真温的问题,研制了用于固体火箭发动机羽焰真温测量的宽量程多光谱高温计。该多光谱高温计采用了并联光电探测器阵列相邻像元的方法,并且创建了基于对数函数的900~1 173 K温区的温度标定方法,从而拓宽了高温计的温度测量范围。针对某型号固体火箭发动机羽焰的三个目标点进行了现场测量,实验结果验证了该高温计的有效性。     

全国第三届《科学和工业中温度测量及控制》学术讨论会简介

全国第三届科学和工业中温度测量及控制学术讨论会,于1987年10月8日至14日在湖南省娄底市召开. 来自全国18个省市62个单位的86名代表出席了会议.大会收到综述性文章以及涉及接触式测温、非接触式测温、温度控制、低温技术等方面论文共103篇,会上报告了62篇. 报告内容反映了近年来温度测量和控制技术的进步及其在科学及工业中的广泛应用. 中国科学院力学研究所赵裕钤研制的加热炉内钢坯温度单文高温计在线红外测试新技术,首次成功地在济南钢铁厂得到应用.它由红外高温计测量炉内钢坯的表面温度,利用光谱滤波技术将炉内介质分子光谱干扰滤去,…     

一种测量金属熔点温度和法向光谱发射率的多光谱数据处理方法研究

金属熔点温度和法向光谱发射率数据是国际上对电流脉冲加热技术测量材料热物性参数的关键比对点。针对连续测量金属熔点附近温度的特点,提出了一种新的发射率假设模型,并在此基础上提出了一种新的多光谱高速高温计的数据处理方法。该方法只需使用多光谱高速高温计作为测量装置,通过处理两个不同时刻多光谱高速高温计的测量数据,由计算可同时获知两个时刻的真温及光谱发射率。经对国外的标准铌试样进行了测试,所得数据与国外同行的测量数据进行了比对,具有较好的一致性,实验结果表明,熔点真温计算值与生产者提供的值之差在±20K以内。     

两种多光谱高温计无源温区标定方法抗随机误差能力研究

两种多光谱高温计无源温区标定方法,即依据图形相似性原理的标定方法和依据高温计传递函数的标定方法。为验证两种方法的实用性,通过对黑体辐射出度加入不同大小的随机误差模拟不同测量精度的多光谱高温测量系统,对这两种方法的抗干扰能力进行了研究。实验结果证明,依据图形相似原理的标定方法具有强抗随机误差能力,适用于随机误差较大的测量系统。当随机误差很小时,其精度低于依据传递函数的标定方法,但当随机误差增加到一定范围,其精度远高于后者。基于高温计传递函数的标定方法虽在一定的随机误差范围内具有高的外推标定精度,但抗随机误差能力较弱,适用于随机误差小的测量系统。     

瞬态辐射高温计动态线性响应范围测量

 动态线性是辐射高温计的一项重要技术指标与对高温计的测量精度、测量结果有重要影响。为了解影响辐射高温计动态线性的因素,采用LED脉冲光源和高线性光电探头发展了一种脉冲线性测量方法,并对一种基于光电倍增管（PMT）的瞬态辐射高温计在不同工作条件下的动态线性响应进行了测量。结果表明,PMT的结构、分压器电路和工作电压对动态线性响应范围有显著的影响。测量和研究结果为研制高性能瞬态辐射高温计及其使用提供了重要的设计和参照依据。     

基于光学三角原理的内径非接触测量方法

基于光学三角测量原理,提出了一种非接触测量内径的方法。对激光双光三角测量原理与单光三角测量原理进行了分析对比。采用单光三角测量原理设计了一种非接触式测量内径的光电测量系统。论述了系统的组成和总体结构,并通过实验对测量系统的精度进行了验证。结果表明,系统的测量误差不大于0.03mm,重复性测量精度优于±0.03mm。     

光成像技术用于地铁电阻式制动器热变形的测量

由于瞬间负载大电流产生电热冲击,使得地铁使用的制动电阻器内部电阻片在热力耦合作用下过度变形。为消除接触式传感器本身对温度场和位移场的干扰,对温度和变形均采用了非接触式测量。在温度的测量中,采用了红外线遥感测温仪;在变形的测量中,应用了以数字光栅投影和Gray-code编码法为基础的结构光三维成像技术,对13个不同温度点进行了电阻片的热变形测量。通过系统标定和误差控制,使得变形测量系统的误差在0.1mm以内。非接触式测量是热应力实验研究的发展方向,而光学成像技术在热变形检测中的应用,为热应力的实验研究开辟了新的途径。     

弹丸章动周期的光学立靶测量法

提出了一种新的测量弹丸初始弹道章动周期的方法,采用非接触式光学立靶测量原理测量弹丸章动周期测量弹丸通过立靶的瞬时位置,计算出弹丸章动角,根据多组章动角数据获得弹丸的章动周期并提出了实现这一目标的测量系统的组成与功能,对系统的攻角测量准确度进行了分析.     

用电阻法研究氧在YBa_2Cu_3O_(7-x)中的扩散

用测量电阻法,在等温条件下在544℃至810℃温区研究了 YBa_2Cu_3O_(7-x)失氧过程中氧的扩散.当T>700℃时扩散激活能为1.47_eV/atom;当 T<700℃时为0.90_eV/atom.两温区的差异可能与氧在四方和正交两种结构中扩散机制不同有关.     

路面平整度超声脉冲测量方法的研究

本文论述了路面平整度测量方法的发展趋势,提出了用超声脉冲进行道路路面平整度非接触式高速测量的基本原理和测量装置,分析了测量中存在的问题,并列举了若干工程检测的实例.     

基于线阵CCD的光学测角嵌入式系统设计

CCD作为一种光电转换器件,具有成本低、结构简单、扫描速度快、频率响应高等优点,越来越广泛地运用到测量领域。提出采用单色线阵CCD,以非接触的光学方式对角度信息进行编码调试,通过采集该信号利用数据处理模块,完成对图像信号的解调,实现角度值的测量。系统选用TSL1401和LPC2138为核心构成嵌入式测量系统,利用TSL1401采集信号,通过A/D传输到LPC2138中进行数据处理,最终得到角度值。系统通过光学的方式对角度进行测量,实现了非接触式测量。     

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…     

物体表面形貌的正弦相位调制实时干涉测量技术研究

表面形貌干涉测量技术是一种高精度的非接触式测量技术,在工业生产和科学研究中具有广泛的应用。提出一种实时测量表面形貌的正弦相位调制干涉测量新技术。该技术用激光二极管作光源,用自制的高速图像传感器探测干涉信号,通过信号处理电路实时解相得到被测表面所对应的相位分布,实时分析相位获得物体表面形貌。该技术消除了光强和部分外界干扰的影响,提高了系统的测量精度。楔形光学平板表面形貌的测量结果表明,测量点为60×60个的情况下,测量时间小于8.2 ms,重复测量精度(RMS)为4.3 nm。     

光栅扭矩动态测量系统设计及实现

机械主轴在各种载荷和工作环境下的扭矩测量，国内外一直没有比较好的解决方案。针对这一现状，提出通过在主轴2端安装圆光栅及指示光栅，采用对光栅莫尔条纹计数及细分的方法实现主轴扭矩非接触式动态直接测量。其方法是在将莫尔条纹进行光电转换后，采用集成可编程模拟器件对信号进行放大、滤波和比较，然后利用软核微处理器实现数据采集、处理和控制，从而取代FPGA＋MCU的方式。实验中，测量系统采用1200条刻线的圆光栅，在主轴转速为0～1500r/min的范围内测量其扭矩，扭转角精度小于0.001°。实验结果表明，采用圆光栅莫尔条纹可以达到主轴扭矩高精度测量的要求，为机械主轴测量提供了一种新的非接触式测量方法。     

光谱干涉及其在非透明样品厚度测量中的应用

针对金属带材等非透明样品厚度的高精度原位测量问题，本文基于光谱干涉绝对距离测量的基本原理，提出了一种结构紧凑、全光纤的非透明样品厚度非接触式差分测量方法.首先介绍了光谱干涉的基本原理及绝对距离测量的具体实现，然后设计、搭建了一套全光纤差分光谱干涉测量非透明样品厚度的原理验证光路，并开展了原理验证实验，实现了标准量块厚度的高精度测量，最后对该方法的测量误差进行了分析，分析结果表明，采用该方法可以达到亚微米级的厚度测量精度.     

正交偏振法消除生物组织表面反射光的研究

应用光谱方法测量生物组织成分时, 信号的拾取一般有两种方法：透射法和反射法。其中,根据光纤测头与生物组织接触与否,反射法分为接触和非接触两种形式。接触测量时, 只有携带了组织信息的深层反射光进入测头, 但接触测量中压力、温度等变化会导致测量条件的变化,进而影响光谱数据的稳定性;非接触测量时, 虽然克服了接触压力、测头温度等对测量的干扰,却会导致不携带光与组织相互作用信息的表面反射光进入测头,由于表面反射光强度高且集中,将会影响检测器的动态范围。因此非接触测量的最大问题是如何有效地消除生物组织表面反射光的影响。针对非接触测量中生物组织表面反射光的消除方法进行了系统研究, 对课题组之前提出的正交偏振法进行了理论和实验分析。首先,以不同被测物为对象,研究了表面反射光的偏振态,结果表明表面反射光的偏振度与表面粗糙度密切相关,表面粗糙程度越小,偏振度越高,由此推断出,经表面光滑的Intralipid溶液反射后的表面反射光具有保偏特性;然后,以Intralipid-20%溶液为被测对象,对正交偏振法消除表面反射光的效果进行了研究,实验结果显示正交偏振法可以消除97%以上的表面反射光;最后,比较分析单波长下不同源探距离处的接触和非接触式光谱测量曲线,二者高度重合,这一现象进一步说明了正交偏振法消除表面反射光的有效性。该研究通过评价正交偏振法消除组织表面反射光的能力,旨在消除接触式漫反射光谱检测中测量条件变化对测量的影响,以期推动近红外无创光谱检测技术的进一步发展。