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一种基于辅助光源的辐射温度测量装置及方法制造方法及图纸

技术编号:15538522 阅读:111 留言:0更新日期:2017-06-05 07:20
本发明专利技术涉及一种基于辅助光源的辐射温度测量装置及方法,该装置包括:朝向待测物体的辐射测量设备和辅助光源;辐射测量设备,用于在辅助光源关闭的状态下测量待测物体辐射的第一辐射强度以及在辅助光源开启的状态下测量的第二辐射强度,其中,第二辐射强度为辅助光源发出的经待测物体反射的辐射强度和待测物体的辐射强度之和;其中,待测物体的辐射温度是根据第一辐射强度、第二辐射强度和辅助光源自身的辐射强度确定的。本发明专利技术的技术方案可以实现待测物体表面温度的非接触测量,使温度的测量不依赖于发射率预先数据以及发射率假设模型,克服了现有测试辐射温度方法中发射率数值不确定性以及发射率假设模型局限性给辐射测温带来的显著影响。

【技术实现步骤摘要】
一种基于辅助光源的辐射温度测量装置及方法
本专利技术涉及辐射温度测量领域,尤其涉及一种基于辅助光源的辐射温度测量装置及方法。
技术介绍
辐射温度的测量在能源动力、石油化工、航空航天等领域上有着广泛的应用需求,例如电站炉膛内部测量温度测量与控制、内燃机燃烧温度诊断、烧蚀材料表面温度测量、热环境试验中的结构试验件温度分布测量等。传统的热电偶接触式测温手段,由于测温范围、响应速度和必须接触测量等局限性,正在逐步被非接触式且性能稳定的辐射测温设备所取代。在高温测量领域,非接触辐射测温技术具有独特的技术优势,是高温测量选择的先进技术之一。近些年来国内外相关研究机构已发展了多种辐射温度方法与技术,但在工程应用中目前仍以红外热像仪、单色测温仪、比色测温仪等辐射测温仪器作为主要的技术手段。辐射测温具有热电偶接触式测温所不具备的技术优势,但辐射测温仪器应用于实际物体测温的准确性依赖于实际物体表面发射率。发射率是重要的辐射热物性参数之一,表征了材料表面的光谱辐射能力,发射率与材料成分、表面状态、温度、波长等因素复杂相关,发射率的准确测量一直是计量领域的难点问题,因此发射率的未知性与不确定性就成为了辐射温度准确测量的关键障碍。为解决发射率给温度测试带来的影响,研究人员提出了基于特定发射率模型的比色测温法、多光谱测温法,通过构造发射率假设模型(灰体、线性、多项式等模型),实现目标温度的反演测量,最大程度地减小辐射温度测量对于发射率准确数值的依赖。然而,发射率假设模型存在较大的不确定性,无法准确描述各类测量物体的发射率分布规律,发射率假设模型对于不同材料的适用性问题是辐射温度测量中不可回避的重要问题,是上述方法应用的局限性。因此,针对现有方法应用的局限性及上述关键难点问题,提出一种不依赖于发射率准确数值或发射率假设模型的辐射测温方法,将是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是如何在不依赖于发射率准确数值或发射率假设模型的前提下,提供一种辐射测温的装置。为此目的,本专利技术提出了一种基于辅助光源的辐射温度测量装置,包括:朝向待测物体的辐射测量设备和辅助光源;所述辐射测量设备,用于在所述辅助光源关闭的状态下测量所述待测物体辐射的第一辐射强度以及在所述辅助光源开启的状态下测量的第二辐射强度,其中,所述第二辐射强度为所述辅助光源发出的经待测物体反射的辐射强度和所述待测物体的辐射强度之和;其中,所述待测物体的辐射温度是根据所述第一辐射强度、所述第二辐射强度和所述辅助光源自身的辐射强度确定的。优选的,所述辅助光源为调频光源,所述调频光源开启或者关闭的频率是按照预设规则调整的;所述辐射测量设备的探测频率与所述调频光源的频率相适应。优选的,所述预设规则为根据所述待测物体的温度变化频率确定所述调频光源的频率。优选的,所述辅助光源的光谱响应范围部分或者全部与所述辐射测量设备的光谱响应范围重合。优选的,所述辅助光源设置在以所述待测物体为中心的半球表面。另一方面,本专利技术实施例还提供了一种基于辅助光源的辐射温度测量方法,包括:利用朝向待测物体的辐射测量设备和辅助光源;在所述辅助光源处于关闭状态时,通过辐射测量设备测量待测物体辐射的第一辐射强度;在所述辅助光源处于打开状态时,通过辐射测量设备测量所述待测物体辐射的第二辐射强度;其中,所述第二辐射强度为所述辅助光源发出的经待测物体反射的辐射强度和所述待测物体的辐射强度之和;根据所述第一辐射强度、所述第二辐射强度度和所述辅助光源自身的辐射强度确定所述待测物体的辐射温度。优选的,根据所述第一辐射强度、所述第二辐射强度度和所述辅助光源自身的辐射强度确定所述待测物体的辐射温度,是通过以下公式进行计算的:其中,T是待测物体的辐射温度;ε是待测物体的发射率;Ib是在与物体表面相同温度下的黑体辐射强度,是表面温度T的单值函数;V1是第一辐射强度;V2是第二辐射强度;Ie是所述辅助光源自身的辐射强度。优选的,所述辅助光源为调频光源,所述调频光源开启或者关闭的频率是按照预设规则调整的;所述辐射测量设备的探测频率与所述调频光源的频率相适应。优选的,所述预设规则为根据所述待测物体的温度变化频率确定所述调频光源的频率。优选的,所述辅助光源设置在以所述待测物体为中心的半球表面。本专利技术实施例提供的一种基于辅助光源的辐射温度测量装置及方法,通过设置辅助光源,并分别在辅助光源关闭和开启的状态下测量待测物体的辐射强度,进而根据辅助光源的辐射强度以及待测物体在辅助光源关闭和开启的状态下的辐射强度,可以得到准确的待测物体的辐射强度。因此本专利技术实施例提供的技术方案可以实现待测物体表面温度的非接触测量,并使温度的测量不依赖于发射率预先数据以及发射率假设模型,克服了现有测试辐射温度方法中发射率数值不确定性以及发射率假设模型局限性给辐射测温带来的显著影响,同时本专利技术所提供的辐射测温方法具有非常好的精度、实际可行性以及推广应用性。附图说明通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点,附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制,在附图中:图1为本专利技术实施例提供的一种基于辅助光源的辐射温度测量装置的结构示意图;图2为本专利技术另一实施例提供的基于辅助光源的辐射温度测量方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的实施例进行详细描述。如图1所示,为本专利技术实施例提供的一种基于辅助光源的辐射温度测量装置,所述装置包括:朝向待测物体3的辐射测量设备1和辅助光源2;所述辐射测量设备1,用于在所述辅助光源2关闭的状态下测量所述待测物体3辐射的第一辐射强度以及在所述辅助光源2开启的状态下测量的第二辐射强度,其中,所述第二辐射强度为所述辅助光源2发出的经待测物体3反射的辐射强度和所述待测物体3的辐射强度之和;其中,所述待测物体3的辐射温度是根据所述第一辐射强度、所述第二辐射强度和所述辅助光源2自身的辐射强度确定的。具体的,所述辐射测量设备1,用于测量待测物体3的有效辐射强度;需要说明的是,辐射测量设备1根据测量原理不同、测量光谱不同和空间分辨率的要求不同,可以选择不同的辐射测量设备1。根据测量的原理不同,可以选择光电、光热等各种类型的辐射测量传感器;根据所测量的光谱的不同,可以选择可见光、近红外、长波红外响应等传感器,不同的光谱可以适用于不同的测温区间;根据测量的空间分辨率的要求,可以选择不同的点、线、面阵测量传感器。举例来说,本专利技术实施例可以使用硅光电传感器作为辐射测量设备1。所述辅助光源2,用于照射待测物体3使所述辐射测量设备1获取第二辐射强度,因此,辅助光源2是可以切换的,这里的切换是指辅助光源2可以在开启和关闭两种状态下进行切换。光源切换的一个周期包括一个开启和一个关闭两种状态。为了配合辐射测量设备1的使用,所述辅助光源2的选择具有多样性,包括:卤素灯、石英灯、钨带灯及石墨加热器等,在本实施例中,可以选择钨带灯作为辅助光源2。钨带灯调制频率可以设定为50HZ,即表示在1s时间内,光源开启和关闭各50次。辐射测量设备1的采集频率则可以设为100HZ,1s内采集100次,从而可以保证辅助光源2每次开启和关闭时,待测物体3的辐射强度都能被探测到。优选的,辐射测量设备1与辅助光源同步工作。进一步,为了辐射测量设备1可以探测到由辅助光源2发出的待测本文档来自技高网
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一种基于辅助光源的辐射温度测量装置及方法

【技术保护点】
一种基于辅助光源的辐射温度测量装置,其特征在于,所述装置,包括:朝向待测物体的辐射测量设备和辅助光源;所述辐射测量设备,用于在所述辅助光源关闭的状态下测量所述待测物体辐射的第一辐射强度以及在所述辅助光源开启的状态下测量的第二辐射强度,其中,所述第二辐射强度为所述辅助光源发出的经待测物体反射的辐射强度和所述待测物体的辐射强度之和;其中,所述待测物体的辐射温度是根据所述第一辐射强度、所述第二辐射强度和所述辅助光源自身的辐射强度确定的。

【技术特征摘要】
1.一种基于辅助光源的辐射温度测量装置,其特征在于,所述装置,包括:朝向待测物体的辐射测量设备和辅助光源;所述辐射测量设备,用于在所述辅助光源关闭的状态下测量所述待测物体辐射的第一辐射强度以及在所述辅助光源开启的状态下测量的第二辐射强度,其中,所述第二辐射强度为所述辅助光源发出的经待测物体反射的辐射强度和所述待测物体的辐射强度之和;其中,所述待测物体的辐射温度是根据所述第一辐射强度、所述第二辐射强度和所述辅助光源自身的辐射强度确定的。2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述辅助光源为调频光源,所述调频光源开启或者关闭的频率是按照预设规则调整的;所述辐射测量设备的探测频率与所述调频光源的频率相适应。3.根据权利要求2所述的装置,其特征在于,所述预设规则为根据所述待测物体的温度变化频率确定所述调频光源的频率。4.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述辅助光源的光谱响应范围部分或者全部与所述辐射测量设备的光谱响应范围重合。5.根据权利要求1至4任一项所述的装置,其特征在于,所述辅助光源设置在以所述待测物体为中心的半球表面。6.一种基于辅助光源的辐射温度测量方法,其特征在于,包括:利用朝向待测物体的辐射测量设备和辅助光源;在所述辅助光源处于关闭状态时,通过辐射测量设备测量待测物体辐射的第一辐射强度;在所...

【专利技术属性】
技术研发人员:姜培学符泰然田集斌
申请(专利权)人:清华大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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