一种基于比色测温的金属材料表面温度测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于比色测温的金属材料表面温度测量方法，涉及红外辐射测温技术领域，本发明专利技术使用由分光镜和单波长滤光片组成的分光装置，可以在同一台红外热像仪上同时测量两个波长的红外灰度图像，减少了标定和测量时因为双光路和双相机带来的误差，使测量结果更精确；本发明专利技术在针对金属目标的实际测温中，使用同一红外热像仪测量两个波长的辐射值，测量的图像实时传输到工控机，工控机读取图像的灰度值，利用本发明专利技术方法可以实时计算出目标表面温度。

A surface temperature measurement method of metal materials based on colorimetric temperature measurement

【技术实现步骤摘要】
一种基于比色测温的金属材料表面温度测量方法
：本专利技术涉及红外辐射测温
，具体涉及一种基于比色测温的金属材料表面温度测量方法。
技术介绍
：在工业生产中，利用真空高温炉创造真空高温的环境或者充有惰性气体的高温环境，对金属进行加工的场景越来越多。例如在石油化工、海洋机械和兵器装备等领域广泛应用的真空钎焊技术。真空钎焊是指在真空条件下，使用比金属母材熔点低的材料作为钎料，将钎料在真空高温环境中加热到高于自身熔点且低于金属母材熔点的温度，利用液态钎料湿润母材与填充工件，并在金属母材与填充工件之间扩散以实现母材与填充工件的连接。真空钎焊技术有着防止金属母材在焊接时氧化，液态钎料可以对复杂微小的工件进行焊接等优点。在使用真空钎焊时，为了防止温度过高导致金属母材或者填充工件的物理化学性能发生改变，进而造成材料损坏或者引发其他事故，所以必须对被加热的材料进行实时精确测温。此外还有真空淬火技术，这种技术指的是将金属工件放置在真空环境中进行加热，并在冷却时充入中性或者惰性气体(如N2)的淬火方法。相比传统方法，真空淬火技术可以防止金属工件在加热过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于比色测温的金属材料表面温度测量方法，其特征在于：包括以下步骤：/n(1)通过对不同温度的黑体炉使用双波比色红外热像仪进行测量，拟合出两个波长下热像仪测量值的比值和两个波长下黑体炉辐射强度之间的关系；/n(2)在不同的烘烤温度下使用双波比色红外热像仪对金属样品进行测量，计算各个烘烤温度下金属样品的发射率，拟合出金属样品表面温度与发射率的关系；/n(3)在对金属目标实际测温时，利用双波比色红外热像仪测得的图像灰度值，计算两个波长下热像仪测得的辐射强度的比值，通过该比值计算出金属目标表面的真实温度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于比色测温的金属材料表面温度测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)通过对不同温度的黑体炉使用双波比色红外热像仪进行测量，拟合出两个波长下热像仪测量值的比值和两个波长下黑体炉辐射强度之间的关系；
(2)在不同的烘烤温度下使用双波比色红外热像仪对金属样品进行测量，计算各个烘烤温度下金属样品的发射率，拟合出金属样品表面温度与发射率的关系；
(3)在对金属目标实际测温时，利用双波比色红外热像仪测得的图像灰度值，计算两个波长下热像仪测得的辐射强度的比值，通过该比值计算出金属目标表面的真实温度。


2.根据权利要求1所述的基于比色测温的金属材料表面温度测量方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，包括以下步骤：
(a)来自真空高温炉内部的辐射首先通过红外窗口，然后进入分光器，分光器由一块分束镜和两块单波长滤光片组成，分束镜使辐射一部分发生反射，一部分发生透射，透射辐射和反射辐射分别通过中心波长为λ1和λ2的单波长滤光片，并且两块滤光片中心波长相近，红外热像仪同时测量这两部分波长不同的辐射，红外热像仪的控制软件中将两部分波长不同的辐射分别显示在两个灰度图上，并且各占预览窗口的一半；
(b)将黑体炉放入真空高温炉内部，将黑体炉作为待测目标，使用双波比色红外热像仪对目标进行测量，根据热像仪图片灰度值计算出热像仪测量到波长为λ1的辐射强度为L1，波长为λ2的辐射强度为L2，L1和L2可以表示为：
L1＝[W(λ1,T)×h1×k1×τ1+S1]×R1(1)
L2＝[W(λ2,T)×h2×k2×τ2×(1-r)+S2]×R2(2)
其中，h1和h2分别表示大气对红外辐射的衰减；k1和k2分别表示分束镜的透过率和反射率；r表示反光镜对辐射的损耗；τ1和τ2分别表示中心波长为λ1和λ2的单波长滤光片的透过率；S1和S2是热像仪的自身辐射；R1和R2是热像仪的响应系数；W(λ,T)表示温度为T，波长为λ的黑体发出的辐射强度，可以用普朗克公式计算：



(c)L1和L2之比可以表示为式(4)：



用a表示R1×h1×k1×τ1，b表示R1×S1，c表示R2×h2×k2×τ2×(1-r)，且c不为零，d表示R2×S2，那么式(4)可以写为：



即：



(d)当黑体炉温度已知时，式(6)中W(λ1,T)和W(λ2,T)可以通过式(3)算出，L1和L2可以通过热像仪图像灰度值算出，用y表示用x1表示W(λ1,T)，用x2表示且c不为零，式(6)可以表示为：



(e)依次将黑体炉设定为多个温度，记录热像仪图像的灰度值，得到一组y和对应的x1和x2，拟合得到和的值，即可得到λ1、λ2波长下热像仪测量值L1和L2的比值和λ1、λ2波长下黑体炉辐射强度W(λ1,T)、W(λ2,T)之间的关系，如式(8)所示：





3.根据权利要求1所述的基于比色测温的金属材料表面温度测量方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，包括以下步骤：
(f)移去真空高温炉内部的黑体炉，将金属样品固定，在真空高温炉烘烤状态时使用双波比色红外热像仪对金属样品进行测量时，类似式(8)可得：



其中，L1和L2分别表示在金属样品表面温度为T时热像仪测量到的中心波长为λ1和λ2的辐射值，L1和L2可以通过热像仪图像的灰度值求出，M(λ1,...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒双宝，王子艺，杨子强，张育中，郎贤礼，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34