王超, 苟学科, 段英, 胡俊, 张泽展[1]2018年在《航空发动机涡轮叶片温度测量综述》文中研究指明简要介绍了航空发动机涡轮叶片表面温度的几种主要测量方法,总结了热电偶、晶体、示温漆、荧光、光纤、以及红外辐射、多光谱等测温方法的的测温原理、技术特点和国内外研究现状,并在此基础上对将来涡轮叶片温度测量发展方向进行了展望.
赵桓[2]2011年在《高温红外窗口的辐射测温方法与技术》文中研究指明对于具有半透明辐射特性的红外窗口应用而言，开展热载荷模拟实验环境下的高温红外窗口材料的光学性能与力学性能测试是必要的实验环节，实验中红外窗口内部温度分布是重要的物理控制参量，因此对实验环境下红外窗口材料温度进行在线测量与控制是必要的。本文以此为技术需求背景，以多光谱硫化锌为代表的红外窗口材料为研究对象，开展高温下红外窗口的辐射测温方法与技术研究工作，包括：高温半透明介质表观辐射特性分析，基于辐射-导热耦合换热数值模拟的半透明介质温度计算分析，以及半透明介质非接触辐射测温的反问题研究等。文中首先开展多光谱硫化锌（ZnS）介质的表观光谱辐射特性研究工作，建立了不同辐射边界条件下的半透明介质热辐射传递方程。采用数值模拟技术，对多光谱硫化锌红外窗口的高温表观辐射特性进行分析，包括在等温、线性温度分布和幂指数温度分布条件下，介质表面有效辐射强度和表观发射率随温度与光谱的变化规律。针对于红外热像仪应用于红外窗口测温的情形，开展基于热像仪测量的光谱优化选择分析，并进一步分析在该优化测量光谱通道内的红外窗口表观辐射特性。红外窗口表观辐射特性研究，将为红外窗口材料的辐射换热分析和非接触温度测量诊断提供重要的基础数据。其次，本文对红外窗口辐射-导热耦合换热问题进行了分析，在给定辐射和对流换热的边界条件下，采用蒙特卡洛法进行了高温半透明红外窗口温度场的数值模拟分析，该理论分析为多光谱硫化锌内部温度场的反演提供数据参考。最后，本文开展了红外窗口温度场的辐射测量反问题研究，属于非线性反问题研究范畴，该研究工作是半透明介质非接触测温技术实现的理论方法基础。文中建立了一维发射吸收非散射介质辐射测温的多光谱反演模型，采用Levenberg-Marquardt方法实现温度场的反演重建；同时分析了实际测量误差对温度反演精度的影响。
张明瑶[3]2015年在《基于改进遗传算法的多光谱辐射测温研究》文中认为温度是燃气轮机工作过程中的一个重要的参数,高性能燃气轮机在运行时,准确测量热端旋转部件表面温度是正确评价涡轮叶片的冷却效果和工作状态,以及确保发动机安全的关键所在,因此如何实现对涡轮叶片温度的准确测量具有十分重要的意义。本文采用遗传算法实现多光谱测温,通过对实验结果的分析发现算法由于参数固定,无法满足实际中参数动态和变化的要求,以至于获得的温度和发射率的精度不高。本文针对这个问题进行深入研究,提出了新的解决方法:(1)针对遗传算法中参数固定,无法满足实际中参数动态和变化的要求以至于求得的温度和发射率的精度不高这个问题,本文采用改进的自适应遗传算法优化目标函数。改进的自适应遗传算法采用了精英保留策略从而保证了每一代的优良个体不被破坏,并通过改进交叉算子和变异算子来提高算法的收敛精度。实验结果表明,采用改进的自适应遗传算法提高了温度和发射率的测量精度。(2)针对所得到的温度和发射率的精度不高这个问题,本文提出了自适应双种群遗传算法。基于自适应双种群遗传算法的多光谱测温方法是在双种群遗传算法中自适应调整参数,双种群遗传算法同时进化两个群体,两个群体分别独立的进行选择、交叉、变异操作,一个注重局部搜索,另一个注重全局搜索,两个群体分别自适应的调整参数快速准确的收敛到最优解,然后在每一代运行结束后选择种群中的随机个体以及最优个体分别进行交换,通过迁移操作可以均衡算法的局部和全局能力,从而提高算法的效率。实验结果表明,自适应双种群遗传算法实现了对多光谱测温精度和发射率精度的提高。
孙晓刚, 李成伟, 戴景民, 褚载祥[4]2002年在《多光谱辐射测温理论综述》文中进行了进一步梳理介绍了多光谱辐射测温理论的研究现状 ,即多光谱辐射测温法的 3种数学模型的建立方法和多波长辐射温度计的 8种数据处理方法 ,并分析了各自的特点
邢键, 崔双龙, 隋远东, 孙伟民[5]2013年在《无需假设发射率的多光谱辐射测温理论研究》文中指出多光谱辐射测温技术是高温测量领域的主要方法。根据普朗克定律,只要获得了待测体的光谱发射率,就可以获得真温。但是,光谱发射率与温度、表面状态等各种因素有关,难以获得。如果假设的光谱发射率模型与实际光谱发射率模型不符,则测温结果的误差就会很大。因此,如何减少甚至避免光谱发射率对多光谱辐射测温结果的影响,是该领域亟待解决的问题。本文在多光谱测温二次测量数据处理方法的基础上,提出了无需假设光谱
陈俊良[6]2015年在《涡轮盘非接触式测温技术研究》文中进行了进一步梳理涡轮盘作为燃气涡轮发动机中的一个关键部件,其性能是影响航空发动机特性的一个重要因素,涡轮盘在试验器上测试时要实时监测其表面温度。目前国内外常用热电偶、红外测温仪、示温漆等方法来测量涡轮盘温度,各有局限性。因此,需要研究一种非接触式温度测量方法,完成高温、高速旋转、强烈振动以及强烈背景辐射下的温度测量。本文介绍了辐射测温的基本理论和方法,分析实际的应用场景,提出了补偿强背景辐射的方法,并在比色测温的基础上提出了三波段测温和多光谱测温相结合的技术方案。根据技术方案设计和研制了一体化辐射测温系统。完成机械设计,以碲镉汞(HgCdTe)红外传感器和红外热电堆为核心,设计了信号采集与处理电子系统,实现信号的采集以及测温系统的控制。设计开发了基于MFC的数据处理软件,实现了通信控制、数据采集、曲线显示、数据存储以及历史数据查询等功能。涡轮盘的温度指标是衡量发动机正常工作的重要指标,因此,研制的辐射测温系统要经过大量的试验研制测温系统的可行性、可靠性、稳定性以及测量精度。设计了模拟应用场景的试验台,完成了探测器原理验证试验,黑体标定试验,计量检定试验和现场考核试验等一系列试验。试验初步证明了非接触式辐射测温系统在原理和应用上的可行性。大量的试验为系统后期的改进和优化提供了指导和方向。
许猛[7]2007年在《落管中辐射测温系统的设计与研究》文中认为落管是一种在地面上模拟微重力环境的实验设备，主要用于研究合金或金属在无容器和微重力环境下的过冷和凝固过程，其中温度测量系统是其一个重要组成部分。论文对落管中温度测量系统的国内外现状与进展、辐射测温原理、测温探头以及工作波长和带宽的选择、测温电路的设计等做了论述。本文从理论上研究了辐射测温的意义、原理和方法，分析设计了一种落管中的辐射测温系统，主要内容如下： 讨论了辐射度量学和辐射能的传输特性，然后从普朗克公式出发，分析了辐射测温的一些基本定律，这是辐射测温的理论基础。介绍了几种常见辐射测温方法的原理和特性，包括全辐射测温法、亮度测温法、比色测温法以及多光谱测温法。详细研究了比色高温计和比色测温法，对各种比色高温计的结构和特性进行了分析。然后对多光谱测温法的数学模型和数据处理方法作了简单介绍。 介绍了落管测温系统的基本结构组成、工作原理、静态测温系统和动态测温系统。介绍了样品降落过程中的不同形态及温度变化过程。依据红外测温基本原理设计了静态测温系统，用于确定样品下落的初始温度，包括红外测温计、数据采集系统和数据处理及温度显示系统，并对静态测温系统进行了标定和误差分析，得出整个系统误差为±0.57％。 研究了动态测温系统中光电探测器的主要特性和选择方法，根据实际情况选择了BPV10NF型PIN光电二极管，其光谱范围为790～1050nm；峰值波长940nm，响应时间2.5ns。讨论了工作波长及带宽的选择范围，结合测温条件确定工作波长分别为0.81μm和1.02μm，带宽分别为0.03μm和0.02μm。 对落管中冷却速率和过冷度随液滴直径的变化规律进行了分析。设计了动态测温系统的信号检测电路以及数据采集和显示系统。然后对测温系统的误差进行了分析，包括环境辐射对单色和比色测温系统的影响以及样品温度、发射率，工作波长、环境温度等之间的关系。讨论了若把辐射测温中来自环境辐射的误差控制在0.5％以内所满足的最低温度T_(min)以及T_(min)随环境温度和辐射波长的变化关系。
张志林[8]2013年在《基于多光谱辐射测温的火焰温度场测量技术研究》文中提出火焰温度是反映燃烧反应过程的一个重要状态参数,它对于了解燃烧过程中所产生的热量,以及研究发生在一定空间的热量传递都是至关重要的。增压锅炉火焰及炉膛温度的实时监测以及锅炉性能的评价等都涉及到热辐射问题,同时燃料的燃烧又必须考虑到炉膛四周壁面材料的耐温性能,因此,对炉膛内的传热过程、温度场及辐射特性的认知是锅炉设计的基础,也是优化燃烧参数,提高燃烧效率的关键。这些问题的研究也离不开对炉膛火焰温度的测量,而对空间火焰温度场的测试的最有效的方法就是利用多光谱分析。在实际燃烧过程中,由于火焰的光谱发射率是未知的,所以火焰的真实温度不清楚。本文主要采用多光谱分析方法对碳氢燃料发光火焰的辐射光谱进行了研究,分析得出碳氢火焰的光谱发射率随波长及温度的变化规律,进而计算得到火焰的温度。论文主要对以下几方面工作进行了研究:(1)多光谱辐射测温反演算法研究要想求得物体的真实温度,必须知道被测物体的光谱发射率。因此,被测目标的发射率的确定是多光谱辐射测温的关键所在。本文在基于参考温度的二次测量法数学模型的基础上,提出了无需假设光谱发射率模型的迭代递推算法,并对多种发射率假设模型进行了仿真计算,为提高真温和发射率的测量精度提供了坚实的基础。(2)基于Mie散射的温度补偿算法研究由于燃烧后产生的颗粒物如CO2、水蒸气以及烟尘等颗粒的光散射会对辐射光谱产生影响,进而影响测温结果,因此需要对测量结果进行修正。本文在分析了颗粒物Mie散射特性的基础上,提出了对多光谱辐射测温结果进行补偿的计算模型,并对不同模型进行了仿真计算。(3)火焰温度场重建算法研究由于火焰温度场重建方法受现场条件限制,只能获得部分辐射面的光谱数据,针对少投影数据情况下如何提高重建精度及效率,是本课题要着重解决的一个关键问题。本文将SIRT、TVM和DART三种方法融合,取各自算法的优点,形成新的迭代重建算法,为火焰温度场的快速、准确重建奠定理论基础。(4)多光谱测温系统的标定及实验测试在实际测试过程中,多光谱测温系统的准确标定是提高整个系统测量精度的关键。为了避免繁琐的现场定标,本文将对多光谱测温系统的波长函数PWF进行测试,得到归一化的波长函数PWF,以实现多光谱测温系统的一次性标定。最后用此系统测量了光纤拉锥机火焰轴线不同高度的辐射光谱及不同高度层面的2个正交投影方向(正面和侧面)上的辐射光谱,计算得到火焰轴线不同高度的温度和不同高度层面的温度场分布。随后对一 1.5 t/h增压锅炉在不同工况下进行了测试,计算得到了观测孔中心的火焰温度。实验的结果与理论相符合,为多光谱辐射测温系统的实际应用打下了坚实的基础。
王巨震[9]2015年在《基于棱镜的多光谱测温系统关键技术研究》文中提出温度是工业质量和过程的重要参数。随着生产和科学技术的发展,把温度恒稳在安全工况下是及其必要的。在以往的辐射测温仪器中,其可靠性和对环境的适应力较低。随着电子技术的飞快发展,半导体材料的进步,推动了辐射温度计的发展。特别是各种高性能探测器的相继出现,使多光谱测温的响应速度和分辨率提升了很多。在本文之前,课题组的发展经过了单色辐射测温系统和比色辐射测温系统两个阶段,并且获得了较好的效果。但是由于这两种测温系统无法获得被测物体的发射率,因此本文采用了多波长辐射测温方法,在理论上可以克服发射率对辐射测温的影响,并且测得物体的发射率大小。本文首先介绍了辐射测温的基础理论——黑体辐射三大定律,在此基础上介绍了非黑体测量的理论。进而引出多波长辐射测温的概念,通过理论推导和分析,阐明了多波长辐射测温的优点,从而说明本文采用多波长辐射测温的原因。然后,介绍了本课题所采用的多波长辐射测温系统的实现方法,包括了光学系统设计和硬件电路设计。光学部分主要从理论上计算出棱镜色散的各项参数,进而选择合适的透镜。硬件电路部分主要包括光电阵列的选择、前置放大电路的设计以及恒温系统设计。最后,分别对光学色散系统和硬件调理板进行了测试,对两个实验的数据进行拟合处理,并且对处理的结果进行分析讨论。
郭广廓, 王振兴, 崔双龙, 孙晓刚, 邢键[10]2018年在《基于梯度投影法的火焰温度测量技术研究》文中研究指明基于多光谱辐射测温技术,提出一种无需假设发射率模型的梯度投影算法,并对6种发射率模型进行了仿真计算。结果表明:梯度投影法反演结果误差小于20 K,发射率反演结果的趋势与模型吻合。梯度投影法属约束优化算法,与多光谱辐射测温技术结合可避开发射率无法确定需要假设模型的难题,开辟了多光谱辐射测温新的研究思路。
参考文献：
[1]. 航空发动机涡轮叶片温度测量综述[J]. 王超, 苟学科, 段英, 胡俊, 张泽展. 红外与毫米波学报. 2018
[2]. 高温红外窗口的辐射测温方法与技术[D]. 赵桓. 清华大学. 2011
[3]. 基于改进遗传算法的多光谱辐射测温研究[D]. 张明瑶. 哈尔滨工程大学. 2015
[4]. 多光谱辐射测温理论综述[J]. 孙晓刚, 李成伟, 戴景民, 褚载祥. 计量学报. 2002
[5]. 无需假设发射率的多光谱辐射测温理论研究[C]. 邢键, 崔双龙, 隋远东, 孙伟民. 黑龙江、江苏、山东、河南、江西五省光学（激光）联合学术‘13年会论文（摘要）集. 2013
[6]. 涡轮盘非接触式测温技术研究[D]. 陈俊良. 华中科技大学. 2015
[7]. 落管中辐射测温系统的设计与研究[D]. 许猛. 西北工业大学. 2007
[8]. 基于多光谱辐射测温的火焰温度场测量技术研究[D]. 张志林. 哈尔滨工程大学. 2013
[9]. 基于棱镜的多光谱测温系统关键技术研究[D]. 王巨震. 哈尔滨工程大学. 2015
[10]. 基于梯度投影法的火焰温度测量技术研究[J]. 郭广廓, 王振兴, 崔双龙, 孙晓刚, 邢键. 红外技术. 2018
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