半透明介质环境下非接触测温的校正方法技术

半透明介质环境下非接触测温的校正方法，属于高温测量技术领域。它解决了被测物体表面处于半透明介质覆盖的环境下时，采用传统方法探测到的辐射能量不能通过传统的材料表面发射率修正方法进行修正得到其真实温度的问题。首先判断半透明介质与被测材料表面是否接触，若接触，选择一维耦合换热模型，采用有限体积法进行正向模型的计算，得到测温设备能够获得的理论辐射能量值；若不接触，选择一维纯辐射换热模型，采用有限体积法进行正向模型的计算，得到测温设备能够获得的理论辐射能量值；然后测量被测材料表面的实际辐射能量值；采用智能微粒群优化算法反演被测材料表面的真实温度值。本发明专利技术适用于半透明介质环境下被测材料表面的温度测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于高温测量

技术介绍
温度是确定物质状态的最重要参数之一，对温度进行测量与控制在国防、军事、科学实验及工农业生产中具有十分重要的作用，尤其是高温测量，在航天、材料、能源、冶金等领域占有极重要的地位。温度测量大致可分为接触法测量和非接触法测量两大类。接触法测温包括热电偶测温和热电阻测温等，非接触法测温主要是以辐射测温为主。近二十年内，随着电子技术及计算机技术的飞速发展，辐射测温技术得到了长足的进步与发展。辐射测温具有无测量上限、响应速度快及不接触被测对象因而不影响测温场等优点，目前辐射温度计已经发展到使用硅电二极管作为检测器的光学测量和光电精密测量阶段。辐射法测量物体真温是各国学者一直关心的问题，已提出的辐射测温法如发射率修正法、逼近黑体法、反射率测量法及多光谱辐射测温法等。对固体表面进行红外辐射测温的传统方法，主要是采用红外辐射热像仪得到两光谱(比色法)或多光谱下的辐射能量，再结合已知的固体材料表面发射率或假设表面发射率分布函数，通过最小二乘近似等方法得到其真实温度。但对于半透明材料而言，采用热像仪进行红外辐射测温时，由于辐射的沿程性，热像仪探测到的辐射能量来自半透明材料内部沿探测方向各点的辐射出射能量之和，这个辐射出射能量之和与材料内部的温度、物性等有关，不能通过传统的材料表面发射率修正方法得到其真实温度，而需要提供一种方法， 综合考虑辐射物性的影响，再结合反问题算法反演来得到其真实温度。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决被测物体表面处于半透明介质覆盖的环境下时，采用传统方法探测到的辐射能量不能通过传统的材料表面发射率修正方法进行修正得到其真实温度的问题，提供一种。本专利技术所述，它包括以下步骤步骤一判断半透明介质与被测材料表面是否接触，若接触，执行步骤二 ；否则， 执行步骤三；步骤二 选择一维耦合换热模型，采用有限体积法进行正向模型的计算，得到测温设备能够获得的理论辐射能量值，然后执行步骤四；步骤三选择一维纯辐射换热模型，采用有限体积法进行正向模型的计算，得到测温设备能够获得的理论辐射能量值，然后执行步骤四；步骤四采用测温设备实际测量被测材料表面，得到测温设备获得的实际辐射能量值；步骤五根据所述理论辐射能量值和实际辐射能量值，采用智能微粒群优化算法 反演被测材料表面的真实温度值。步骤ニ中获得测量设备的理论辐射能量值的具体方法为选择ー维耦合换热模型，根据计算精度要求将半透明介质内部沿与被测材料表面 垂直的方向进行网格划分，均分为多个网格单元，并采用天顶角和水平角均勻划分的方法 将半透明介质内部空间立体角离散划分为Ns2份，所述网格単元与被测材料表面平行；设定 辐射源项％的初始值为0，利用该ー维耦合换热模型的能量守恒方程和耦合换热边界条件 求出半透明介质内部待求网格单元P中心节点的温度Tp 能量守恒方程权利要求1.一种，其特征在于它包括以下步骤 步骤一判断半透明介质与被测材料表面是否接触，若接触，执行步骤二 ；否则，执行步骤三；步骤二选择一维耦合换热模型，采用有限体积法进行正向模型的计算，得到测温设备能够获得的理论辐射能量值，然后执行步骤四；步骤三选择一维纯辐射换热模型，采用有限体积法进行正向模型的计算，得到测温设备能够获得的理论辐射能量值，然后执行步骤四；步骤四采用测温设备实际测量被测材料表面，得到测温设备获得的实际辐射能量值；步骤五根据所述理论辐射能量值和实际辐射能量值，采用智能微粒群优化算法反演被测材料表面的真实温度值。2.根据权利要求1所述的，其特征在于步骤二中获得测量设备的理论辐射能量值的具体方法为选择一维耦合换热模型，根据计算精度要求将半透明介质内部沿与被测材料表面垂直的方向进行网格划分，均分为多个网格单元，并采用天顶角和水平角均勻划分的方法将半透明介质内部空间立体角离散划分为Νω份，所述网格单元与被测材料表面平行；设定辐射源项％的初始值为0，利用该一维耦合换热模型的能量守恒方程和耦合换热边界条件求出半透明介质内部待求网格单元P中心节点的温度Tp 能量守恒方程3.根据权利要求1所述的，其特征在于步骤三中获得测温设备的理论辐射能量值的具体方法为假设被测材料表面的温度为Tw，根据被测材料表面的光谱发射率ε !^十算被测材料表面的出射辐射强度4.根据权利要求2或3所述的，其特征在于 步骤五中采用智能微粒群优化算法反演被测材料表面的真实温度值的具体方法为将步骤二或步骤三中获得的理论辐射能量值Q与步骤四中获得的实际辐射能量值O1 作差，以该差值的最小二乘平方为目标函数，目标函数OF表示如下OF=l-[Qm-Qf，(16)对被测材料表面和半透明介质内部温度的反演，采用以目标函数OF值为适应度值的智能微粒群优化算法进行迭代求解；首先假设在η维搜索空间内，由M个微粒组成一个微粒群，其中第i个微粒在η维搜索空间内的解为Xi,当半透明介质与被测材料表面接触时，Xi表示半透明介质内和被测材料表面的边界温度；当半透明介质与被测材料表面不接触时，Xi表示被测材料表面的温度， 将&代入目标函数OF中，计算出目标函数OF的适应度值，并根据该适应度值衡量Xi的优劣；采用Pi表示第i个微粒在η维搜索空间内所经历的最优解；同时，每个微粒的飞行速度为Vi,所有微粒经历过的位置中全局最优解为Pg，与Pg相应的全局适应度值为Fg，对于每一个微粒在η维搜索空间内的解，其迭代方程如下5.根据权利要求4所述的，其特征在于所述智能微粒群优化算法的参数选择如下微粒的个数范围为20 50 = C2 e 。6.根据权利要求5所述的，其特征在于·.所述 C1 = C2 = 1。全文摘要，属于高温测量
它解决了被测物体表面处于半透明介质覆盖的环境下时，采用传统方法探测到的辐射能量不能通过传统的材料表面发射率修正方法进行修正得到其真实温度的问题。首先判断半透明介质与被测材料表面是否接触，若接触，选择一维耦合换热模型，采用有限体积法进行正向模型的计算，得到测温设备能够获得的理论辐射能量值；若不接触，选择一维纯辐射换热模型，采用有限体积法进行正向模型的计算，得到测温设备能够获得的理论辐射能量值；然后测量被测材料表面的实际辐射能量值；采用智能微粒群优化算法反演被测材料表面的真实温度值。本专利技术适用于半透明介质环境下被测材料表面的温度测量。文档编号G01K15/00GK102353478SQ201110304148公开日2012年2月15日 申请日期2011年10月10日 优先权日2011年10月10日专利技术者张彪, 谈和平, 阮立明, 齐宏 申请人:哈尔滨工业大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种半透明介质环境下非接触测温的校正方法，其特征在于：它包括以下步骤：步骤一：判断半透明介质与被测材料表面是否接触，若接触，执行步骤二；否则，执行步骤三；步骤二：选择一维耦合换热模型，采用有限体积法进行正向模型的计算，得到测温设备能够获得的理论辐射能量值，然后执行步骤四；步骤三：选择一维纯辐射换热模型，采用有限体积法进行正向模型的计算，得到测温设备能够获得的理论辐射能量值，然后执行步骤四；步骤四：采用测温设备实际测量被测材料表面，得到测温设备获得的实际辐射能量值；步骤五：根据所述理论辐射能量值和实际辐射能量值，采用智能微粒群优化算法反演被测材料表面的真实温度值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：齐宏，张彪，阮立明，谈和平，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93