一种基于等效发射率的差分黑体辐射温差修正方法技术

本发明专利技术公开的一种基于等效发射率的差分黑体辐射温差修正方法，属于辐射测温技术领域。针对目前辐射温差修正方法会引入较大不确定度的问题，本方法利用标准装置测量差分黑体辐射温度，得到一组差分黑体温差设定值与差分黑体实际辐射温差值，利用基于等效发射率的方法进行设定值与实际值的修正，克服了常数系数修正法在理论上的缺陷，同时避免了温度范围变化导致的修正系数改变的问题，辐射温差和修正结果更加稳定可靠，可在差分黑体整个工作温度范围内正常使用。本方法可应用于温度测量、红外瞄具测试等领域，对辐射温差进行修正。对辐射温差进行修正。对辐射温差进行修正。

【技术实现步骤摘要】
一种基于等效发射率的差分黑体辐射温差修正方法


[0001]本专利技术涉及一种基于等效发射率的差分黑体辐射温差修正方法，属于辐射测温


技术介绍

[0002]差分黑体是红外热像仪参数测试系统的重要组成部分，用于提供一个可溯源的温差信号。由于差分黑体控温传感器处温度与辐射面表面温度不一致、辐射面的发射率不为1、黑体发出的辐射需要经过平行光管内反射率不为1的反射镜等因素的影响，平行光管出口处的辐射温差与差分黑体的设定温差不相等，因此必须建立设定温差与辐射温差之间的关系。建立温差之间的关系并对其进行修正的过程被称为辐射温差修正方法。
[0003]目前常见的红外热像仪参数测试系统的辐射温差修正方法为修正系数标定法。该方法在环境温度稳定的情况下，使用辐射计测量多组设定温度下的辐射温度，将黑体设定温差与辐射温差拟合为一条直线，该直线的斜率被称为系统的修正系数。该方法计算得到的辐射温差与实际辐射温差接近，可在一定程度上减小辐射温差的不确定度。但设定温差与辐射温差不是绝对的线性关系，标定该参数时存在以下问题：若拟合的温度范围过小，可在工作点处得到较好的线性化结果，但由于辐射温度测量的不确定度较大，导致修正系数受噪声影响大，会引入较大的不确定度；若拟合的温度范围较大，虽然避免了辐射温差测量误差的影响，但修正系数无法在各工作点达到最佳的修正效果，依然会引入较大的不确定度。另外，在使用环境温度与标定环境温度相差较大时，标定参数会发生改变，不适合外场测试使用。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对目前修正系数过程中会引入较大不确定度的问题，提出一种基于等效发射率的差分黑体辐射温差修正方法，目的是扩大拟合温度的范围和使用环境条件的范围。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种基于等效发射率的差分黑体辐射温差修正方法，是利用标准装置测量差分黑体辐射温度，得到一组差分黑体温差设定值与差分黑体实际辐射温差值，利用基于等效发射率的方法进行设定值与实际值的修正。
[0007]一种基于等效发射率的差分黑体辐射温差修正方法的具体步骤如下：
[0008]第一步：建立辐射温度测量模型。
[0009]1)根据被校差分黑体系统原理图，分析系统光路，确定造成发射率不为1的因素。
[0010]2)根据差分黑体内部温度传感器布置方式，结合传热学原理，分析差分黑体发出的辐射经过的光学路径，根据传热学原理、普朗克公式等，确定辐射温度测量模型。
[0011]辐射温度测量模型即黑体辐射温度T
’
与黑体设定温度T1的关系。
[0012]求解黑体辐射面温度T2与目标黑体温度传感器所在截面温度T1之间的关系：
[0013]温度传感器所在截面与辐射面之间的导热热流量Φ1为：
[0014][0015]式中：d——温度传感器与辐射面表面的距离；
[0016]λ——辐射面导热系数；
[0017]A——换热面积。
[0018]辐射面从空气中吸收的热流量Φ2为：
[0019]Φ2＝h
·
A
·
(T0‑
T2)
[0020]式中：h——空气与辐射面的对流换热系数。
[0021]在稳态的热量传递状态下，Φ1＝Φ2，消去换热面积A，有
[0022][0023]求解黑体辐射温度T
’
与黑体表面温度T2的关系：
[0024][0025]结合公式(1)(2)即可得出辐射温度T
’
与设定温度T1的关系。
[0026]3)建立差分黑体设定温差dTs与辐射温差dTv函数。
[0027]建立dTs与dTv的函数关系dTv＝f(dTs,εa,εb,T0,εs,h,λ,d)或者dTs＝g(dTv,εa,εb,T0,εs,h,λ,d)。结合测量系统实际情况，推导出具体的函数关系。
[0028]第二步：安装辐射温度或辐射能量测量标准装置
[0029]将辐射温度或辐射能量测量标准装置安装到平行光管出口处，使其光轴与平行光管主光轴平行或同轴。
[0030]第三步：数据记录
[0031]1)根据被测差分黑体辐射源温差范围，选择适当的温差设定点。
[0032]2)将差分黑体温差设定为某一校准点，待差分黑体温度达到稳定后，记录辐射温度测量标准装置的温差读数、环境温度、对流换热系数等参数，即为1组标定数据。
[0033]3)重复第2)步，直到选定的所有温差设定点测量完成。
[0034]第四步：根据模型求解被测系统的参数
[0035]将第三步测量的各组数据代入第一步求解的函数中，求解出目标黑体和背景黑体的等效发射率、热阻等参数。
[0036]第五步：参数使用
[0037]将第四步求得的被测系统参数代入第一步建立的模型中，即可在已知环境温度和差分黑体设定值时，利用函数f()计算出辐射温差，也可在需要特点辐射温差时，利用函数g()结合环境温度计算差分黑体温度设定值。
[0038]有益效果
[0039]相比传统的以仪器常数修正差分黑体辐射温差的方法，本专利技术通过等效发射率进行差分黑体辐射温差修正，能够克服常数系数修正法在理论上的缺陷，同时避免了温度范围变化导致的修正系数改变的问题，辐射温差的修正结果更加稳定可靠，可在差分黑体整个工作温度范围内正常使用。
附图说明
[0040]图1是被校差分黑体系统示意图；
[0041]图2是被校差分黑体辐射面示意图；
[0042]附图标记：1
‑
背景黑体、2
‑
平行光管外壳、3
‑
抛物面镜、4
‑
目标黑体、5
‑
靶标、6
‑
平面反射镜、7
‑
温度传感器、8
‑
辐射面、9
‑
均热块、10
‑
控温部件。
具体实施方式
[0043]下面将结合附图和实施例对本专利技术加以详细说明。同时也叙述了本专利技术技术方案解决的技术问题及有益效果，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。
[0044]第一步：建立辐射温度测量模型。
[0045]1)根据被校差分黑体系统原理图，分析系统光路，确定造成发射率不为1的因素。
[0046]如图1所示，系统的温差为目标黑体4与背景黑体1的温差。目标黑体4发出的辐射透过靶标5，经由反射镜6、离轴抛物面镜3，形成平行光管2出口的平行光。背景黑体1发出的光，经靶标5、反射镜6、离轴抛物面镜反射3，形成平行光管2出口的平行光。
[0047]分析可知，目标黑体4的发射率不为1，是由反射镜6、离轴抛物面镜3造成；背景黑体1的发射率不为1，是由由靶标5、反射镜6、离轴抛物面镜3造成。目标黑体与背景黑体的等效发射率分别为εa、εb。
[0048本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于等效发射率的差分黑体辐射温差修正方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步：建立辐射温度测量模型；第二步：安装辐射温度或辐射能量测量标准装置；第三步：数据记录；第四步：根据模型求解被测系统的参数；第五步：参数使用。2.如权利要求1所述的一种基于等效发射率的差分黑体辐射温差修正方法，其特征在于，第一步的实现方法为：1)根据被校差分黑体系统原理图，分析系统光路，确定造成发射率不为1的因素。2)根据差分黑体内部温度传感器布置方式，结合传热学原理，分析差分黑体发出的辐射经过的光学路径，根据传热学原理、普朗克公式等，确定辐射温度测量模型。辐射温度测量模型即黑体辐射温度T
’
与黑体设定温度T1的关系。2.1)求解黑体辐射面温度T2与目标黑体温度传感器所在截面温度T1之间的关系：温度传感器所在截面与辐射面之间的导热热流量Φ1为：式中：d——温度传感器与辐射面表面的距离；λ——辐射面导热系数；A——换热面积。辐射面从空气中吸收的热流量Φ2为：Φ2＝h
·
A
·
(T0‑
T2)式中：h——空气与辐射面的对流换热系数。在稳态的热量传递状态下，Φ1＝Φ2，消去换热面积A，有2.2)求解黑体辐射温度T
’
与黑体表面温度T2的关系：结合公式(1)(2)即可得出辐射温度T
’
与设定温度T1的关系。3)建立差...

【专利技术属性】
技术研发人员：高一凡，温悦，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：