基于黑体点在线校准的红外辐射铝合金板温度场测量方法技术

本发明专利技术提供一种基于黑体点在线校准的红外辐射铝合金板温度场测量方法，其通过热电偶测温仪和红外热像仪测量喷涂黑体材料的铝合金板的温度，获得325K～625K范围内黑体材料的发射率；根据获得的黑体材料的发射率，进行喷涂黑体点的铝合金板的表面黑体点和离散点温度测量，基于黑体点和铝合金表面离散点的温度采用回归模型进行黑体点和铝合金表面离散点所在层的温度场构造；根据回归构造得到的黑体点所在层温度场与铝合金表面离散点所在层温度场的关系获得校正公式，利用校正公式对铝合金板温度场进行校正，获得高精度铝合金板温度结果。采用本发明专利技术提出的方法不需要预先测量不同氧化程度的铝合金板的发射率，可以快速、准确地的实现铝合金板的温度测量。确地的实现铝合金板的温度测量。确地的实现铝合金板的温度测量。

【技术实现步骤摘要】
基于黑体点在线校准的红外辐射铝合金板温度场测量方法


[0001]本申请涉及红外辐射测温领域，具体地涉及一种基于黑体点在线校准的红外辐射铝合金板温度场测量方法。

技术介绍

[0002]铝合金是仅次于钢铁使用的较广泛的金属材料，由于它的低密度、高比强度、易加工、良好的耐腐蚀性、优异的导电性和导热性，使得铝合金在航空、航天、汽车、海军、武器和电力电子领域具有广阔的应用和发展潜力。其中，温度是影响铝合金材料加工质量的关键因素之一。广泛使用的温度测量方法包括热电偶接触测温法和红外辐射非接触测温法。与接触式测温技术相比，红外辐射测温技术具有不会破坏被测物体的温度场的优点，这是因为其不会接触被测物体，测量灵敏度高，反应迅速。然而红外辐射测也温存在一定的局限性，被测物体表面发射率的变化会影响红外辐射测温的精度。由于铝合金的发射率不是本征参数，它不仅和成分有关，还和工作波长、氧化程度、温度和表面状态等诸多因素相关，测量过程中随时变化，所以实时测量过程中很难获得准确的表面温度。
[0003]现有技术是通过在静态测量中调节红外热像仪的发射率使得红外示值温度与热电偶测温仪温度相同来确定发射率数值，根据发射率与实际温度值的关系校正红外热像仪示值，这样就需要测量过程中不断的调整发射率。然而测量现场存在诸多影响因素，使得校正函数不易准确获取，并且被测件种类繁多，受发射率影响，由此可见，现有方法应用的场景受到诸多因素的影响，如果不能充分考虑这些影响因素，所测得的温度的精度会受到不同程度的影响。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提出一种基于黑体点在线校准的红外辐射铝合金板温度场测量方法，通过发射率稳定的黑体材料实现实时测温，并结合回归分析对铝合金板表面的温度场进行校正，无需求解铝合金表面发射率的具体数值，更方便、快捷、准确的测得铝合金温度场。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采用的解决方案为：
[0006]一种基于黑体点在线校准的红外辐射铝合金板温度场测量方法，其包括以下步骤：
[0007]步骤1：在铝合金板表面完全喷涂黑体材料，利用陶瓷电炉对所述铝合金板加热，设置红外热像仪的发射率为1，通过所述红外热像仪和热电偶测温仪获得所述铝合金板的温度，根据所述铝合金板的温度标定所述黑体材料的发射率；
[0008]步骤2：根据所述步骤1获得的黑体材料的发射率和回归分析，获得铝合金板的温度场，具体步骤为：
[0009]步骤21：采用所述步骤1的黑体材料在所述铝合金板的上表面喷涂黑体点，所述黑体点的数量为M，所述M大于等于8且小于等于32，所述黑体点包括第一组和第二组，所述第
一组和第二组的黑体点分别等间距分布在两条直线上，所述两条直线与所述铝合金板上表面的两条相互平行的边平行，所述第一组的黑体点与所述铝合金板上表面的两条相互平行的边中的一条边距离为10
‑
30mm，所述第二组的黑体点与所述铝合金板上表面的两条相互平行的边中的另一条边距离为10
‑
30mm；在所述铝合金板的上表面设置与所述黑体点一一对应的匹配测点，所述黑体点与所述一一对应的匹配测点的距离为1
‑
5mm，在所述铝合金板的两个相互平行的侧面上设置M个盲孔，所述两个相互平行的侧面与所述第一组的黑体点所在的直线平行，将M个热电偶探针的第一端分别固定在所述M个盲孔内，所述M个热电偶探针的第二端连接热电偶测温仪；
[0010]步骤22：在所述步骤21中的铝合金板上方设置红外热像仪，设置所述红外热像仪的发射率为所述步骤1获得的黑体材料的发射率；
[0011]步骤23：将所述步骤21中的铝合金板水平放置在陶瓷电炉上，采用所述陶瓷电炉对所述铝合金板的下表面加热，加热温度范围为起始温度325K，终止温度625K，加热方式为按照25K步长加热；通过所述红外热像仪获得所述铝合金板上表面黑体点的温度和匹配测点的温度，通过所述热电偶测温仪获得所述铝合金板侧面的M个盲孔位置的温度；
[0012]步骤24：将所述步骤23获得的黑体点的温度、匹配测点的温度输入计算机中并利用回归分析分别构造所述黑体点所在层的温度场和所述匹配测点所在层的温度场；
[0013]步骤25：根据所述步骤24获得的黑体点所在层的温度场和匹配测点所在层的温度场，获得所述匹配测点所在层的温度场中与所述黑体点对应位置的温度T
L
，计算所述步骤23获得的黑体点的温度与温度T
L
的差值δ，根据所述黑体点所在层的温度场和匹配测点所在层的温度场，获得校正系数α和γ；根据所述差值δ、校正系数α和γ获得所述步骤23加热温度范围内的校正公式：
[0014]T
a
＝T
b
+α+γ*δ
[0015]式中：T
a
为校正后温度；T
b
为校正前温度；
[0016]根据所述校正公式，将所述匹配测点所在层的温度场作为T
b
进行校正，获得校正后的铝合金板的温度场。
[0017]可优选的是，所述步骤23中采用陶瓷电炉对铝合金板的下表面加热的区域为所述铝合金板下表面的全部区域。
[0018]可优选的是，所述铝合金板的下表面划分为面积相同的两个区域，所述两个区域包括A1区域和A2区域，所述A1区域和A2区域的分界线与所述铝合金板的一组侧面垂直，所述步骤23中采用陶瓷电炉对铝合金板的下表面加热的区域为所述A1区域。
[0019]可优选的是，所述步骤1标定黑体材料的发射率，具体包括以下步骤：
[0020]步骤11：将所述铝合金板表面完全喷涂黑体材料，所述铝合金板的两个相互平行的侧面各设置N个盲孔，所述N大于等于2小于等于16，将2N个热电偶探针的第一端分别固定在所述2N个盲孔内，所述2N个热电偶探针的第二端连接一个热电偶测温仪；
[0021]步骤12：在所述铝合金板上方设置红外热像仪，设置所述红外热像仪的发射率为1；
[0022]步骤13：将所述铝合金板水平放置在陶瓷电炉上，采用所述陶瓷电炉对所述铝合金板的下表面加热，加热的区域为所述铝合金板下表面的全部区域，加热温度范围为起始温度325K，终止温度625K，加热方式为按照25K步长加热；通过所述红外热像仪获得所述铝
合金板上表面的2N个测点的平均温度T
r
，通过所述热电偶测温仪获得所述铝合金板侧面的2N个盲孔位置的平均温度T0；
[0023]步骤14：根据所述步骤13获得的温度T
r
和温度T0，标定所述铝合金板表面完全喷涂的黑体材料的发射率，获得所述黑体材料的发射率。
[0024]可优选的是，所述所述步骤14中标定所述铝合金板的表面完全喷涂的黑体材料的发射率ε为：
[0025][0026]式中：T
u
为环境温度；n为常数，取值为4.09。
[0027]可优选的是，所述步骤14标定所述铝合金板的表面完全喷涂的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于黑体点在线校准的红外辐射铝合金板温度场测量方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤1：在铝合金板(6)表面完全喷涂黑体材料，利用陶瓷电炉(8)对所述铝合金板(6)加热，设置红外热像仪(1)的发射率为1，通过所述红外热像仪(1)和热电偶测温仪(2)获得所述铝合金板(6)的温度，根据所述铝合金板(6)的温度标定所述黑体材料的发射率；步骤2：根据所述步骤1获得的黑体材料的发射率和回归分析，获得铝合金板(6)的温度场，具体步骤为：步骤21：采用所述步骤1的黑体材料在所述铝合金板(6)的上表面喷涂黑体点(4)，所述黑体点(4)的数量为M，所述M大于等于8且小于等于32，所述黑体点(4)包括第一组和第二组，所述第一组和第二组的黑体点分别等间距分布在两条直线上，所述两条直线与所述铝合金板(6)上表面的两条相互平行的边平行，所述第一组的黑体点与所述铝合金板(6)上表面的两条相互平行的边中的一条边距离为10
‑
30mm，所述第二组的黑体点与所述铝合金板(6)上表面的两条相互平行的边中的另一条边距离为10
‑
30mm；在所述铝合金板(6)的上表面设置与所述黑体点(4)一一对应的匹配测点(9)，所述黑体点(4)与所述一一对应的匹配测点(9)的距离为1
‑
5mm，在所述铝合金板(6)的两个相互平行的侧面上设置M个盲孔，所述两个相互平行的侧面与所述第一组的黑体点所在的直线平行，将M个热电偶探针(7)的第一端分别固定在所述M个盲孔内，所述M个热电偶探针(7)的第二端连接热电偶测温仪(2)；步骤22：在所述步骤21中的铝合金板(6)上方设置红外热像仪(1)，设置所述红外热像仪(1)的发射率为所述步骤1获得的黑体材料的发射率；步骤23：将所述步骤21中的铝合金板(6)水平放置在陶瓷电炉(8)上，采用所述陶瓷电炉(8)对所述铝合金板(6)的下表面加热，加热温度范围为起始温度325K，终止温度625K，加热方式为按照25K步长加热；通过所述红外热像仪(1)获得所述铝合金板(6)上表面黑体点(4)的温度和匹配测点(9)的温度，通过所述热电偶测温仪(2)获得所述铝合金板(6)侧面的M个盲孔位置的温度；步骤24：将所述步骤23获得的黑体点(4)的温度、匹配测点(9)的温度输入计算机(3)中并利用回归分析分别构造所述黑体点(4)所在层的温度场和所述匹配测点(9)所在层的温度场；步骤25：根据所述步骤24获得的黑体点(4)所在层的温度场和匹配测点(9)所在层的温度场，获得所述匹配测点(9)所在层的温度场中与所述黑体点(4)对应位置的温度T
L
，计算所述步骤23获得的黑体点(4)的温度与温度T
L
的差值δ，根据所述黑体点(4)所在层的温度场和匹配测点(9)所在层的温度场，获得校正系数α和γ；根据所述差值δ、校正系数α和γ获得所述步骤23加热温度范围内的校正公式：T
a
＝T
b
+α+γ*δ式中：T
a
为校正后温度；T
b
为校正前温度；根据所述校正公式，将所述匹配测点(9)所在层的温度场作为T
b
进行校正，获得校正后的铝合金板(6)的温度场。2.根据权利要求1所述的基于黑体点在线校准的红外辐射铝合金板温度场测量方法，其特征在于，所述步骤23中采用陶瓷电炉(8)对铝合金板(6)的下表面加热的区域为所述铝合金板(6)下表面的全部区域。
3.根据权利要求1所述的基于黑体点在线校准的红外辐射铝合金板温度场测量方法，其特征在于，所述铝合金板(6)的下表面划分为面积相同的两个区域，所述两个区域包括A1区域和A2区域，所述A1区域和A2区域的分界线与所述铝合金板(6)的一组侧面垂直，所述步骤23中采用陶瓷电炉(8)对铝合金板(6)的下表面加热的区域为所述A1区域。4.根据权利要求1所述的基于黑体点在线校准的红外辐射铝合金板温度场测量方法，其特征在于，所述步骤1标定黑体材料的发射率，具体包括以下步骤：步骤11：将所述铝合金板(6)表面完全喷涂黑体材料，所述铝合金板(6)的两个相互平行的侧面各设置N个盲孔，所述N大于等于2小于等于16，将2N个热电偶探针(7)的第一端分别固定在所述2N个盲孔内，所述2N个热电偶探针(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉存，倪楠，张云刚，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：