【摘 要】
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温度是生产过程中的一个重要的参数。在航空航天、金属冶炼、工业生产等领域,温度常被认作为监测生产安全状态以及评估产品质量的一个重要表征参数。多波长辐射测温法是一种常用的非接触式测温方法,它通过对目标的辐射力信息进行测量,再结合一定的发射率假定模型反演出目标温度和发射率信息。本文基于光谱仪构建了多波长高温计,并基于发射率与温度之间的假定关系,提出了一种多波长测温算法,可实现被测目标温度和发射率的同时测
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温度是生产过程中的一个重要的参数。在航空航天、金属冶炼、工业生产等领域,温度常被认作为监测生产安全状态以及评估产品质量的一个重要表征参数。多波长辐射测温法是一种常用的非接触式测温方法,它通过对目标的辐射力信息进行测量,再结合一定的发射率假定模型反演出目标温度和发射率信息。本文基于光谱仪构建了多波长高温计,并基于发射率与温度之间的假定关系,提出了一种多波长测温算法,可实现被测目标温度和发射率的同时测量。具体研究工作如下:(1)基于光纤光谱仪构建了多波长高温计,建立了多波长高温计测温数学模型,并基于黑体炉对仪器常数进行了标定,最后对标定不确定度进行了分析。实验结果表明,本文构建的高温计测温范围可达800~1200℃,且各通道仪器常数K的标定不确定度的方均根为0.031%,偏移B的不确定度的方均根为7.6%。(2)为定量评价高温计内部噪声对测温精度的影响,建立了高温计噪声模型,并通过实验定量分析了高温计中读出噪声、光电子噪声以及暗噪声的分布规律,在此基础上定量评估了这些噪声对测温精度的影响大小。实验结果表明当设置曝光时间为9ms,测温范围为800~1200℃,波长范围为780~1030nm时,读出噪声、光电子噪声和暗噪声引起的平均相对温度测量偏差分别为0.24%、0.35%和0.03%。(3)为了精确测量目标的真实温度和光谱发射率,建立了“二次测量”多波长测温算法,并引入了粒子群优化算法对多波长测温算法中发射率模型中待定系数进行求解,进而实现目标发射率和温度的同时测量。针对发射率与温度存在线性和非线性关系两种情况,对该算法的可行性进行了数值仿真实验研究,实验结果表明当发射率变化与温度变化关系未知时,发射率线性模型假设情况下温度最大估计误差为1.04%,发射率非线性模型假设情况下温度最大估计误差仅为0.46%。
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