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摘 要：实际应用中，在对井进行温度测量时常因井口狭窄或井深的缘故，导致测温枪的红外线很难射到井水表面，而是经常打到井壁，因为水面离井口过深，很难判断红外线光束照射情况，这严重影响了测温枪对井水表面温度的测量，对实验数据造成严重误差。因此研究的目的就是通过改进测温枪提高它对井水表面温度测量的准确性。在实验中采用红外线反射从而研究折射率的方法，将温度测量与折射率测量相结合。经过多种方案的研究，最终确定此方案的可行性与简便性，确定此研究方向。
关键词：测温枪；测量；改进；红外线
在暑假的野外实践中，因为人为调整测温枪的方向的困难，造成对井温的多次测量，十分不便。我们希望对原有的测温枪进行改进，能够改变这一状况。因为我们的工作是对原有的仪器进行改进并加入新的部件，因此，我们需要在精简仪器的同时又能够起到应有的作用，这是我们在保证新的仪器的功能的同时，最需要解决的问题。在这个过程中，我们进行了多次探索，否定了数个需要对仪器进行大量整改的方案，最终才确定出最精简的仪器构造方案。我们希望通过我们的研究，解决测温枪使用中出现的困难，提高测温枪的准确度，为实践的方便与准确提供技术支撑。
1.新型红外线测温枪的构成
1.1关于红外线测温枪
红外线测温枪的内部有着红外线的光源发射器，当发射器将红外线射在目标物质上，经过红外线的反射，以及红外线探测器对于反射回来的信号进行接收，就能够快速地知道目标物的辐射频率，以及光谱频率。然后通过信号的频率，红外线测温枪就可以用这些信号一一对应地模拟目标物表面的状态以及属性，而温度是其最重要的参数，经过红外线测温枪内电子系统的处理，就可以非常准确地测出物体表面的温度（这个技术其实就是我们常说的红外线热成像技术，而红外线测温枪正是利用了这种技术）。
1.2关于红外线接收装置
红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成（也可用线性光敏传感器代替），它们将红外发射器发射的红外光转换为相应的电信号再送后置放大器。放大后的电信号经过电子系统处理，可计算出红外线测温枪发射的红外线光强与接收的红外线光强之比。从而计算出红外线在其接触物体上的反射率（包含大气散射误差）并输出在显示屏上。
1.3构件组合思想
本装置设计的思想是，在红外线测温枪的价基础上，添加另一个红外线接收器，后添加的接收器负责计算红外线来回产生的损耗，即反射率的近似值（包含大气散射误差），通过观察反射率大小可以判断在测井水表面温度时，红外线是否照射在井水上（避免照射在井壁上而产生误差）。此设计方式既可以避免在实际工程中因井壁不垂直而产生的误差，又保证了装置使用时的便捷性（体积小）。
2.本装置的测量可信度分析
2.1物质的光学常数分析
图2 某些矿物的光学常数表[2]
图3 大气对红外光谱的透射曲线[3]
由上图可知，固体不透明矿物在空气中的反射率在百分之十几到百分之几十之间。石墨在某些情况下反射率很小，但考虑到井壁构成中石墨所占百分比可忽略不计，故可认为井壁的反射率也在百分之十几到百分之几十之间。而水的折射为1.33，反射率为2.00%（浑浊液体可增加5%）。对比可知，红外线在经过井壁或井水的反射后被红外线接收装置接收，最终显示在仪器显示屏上的反射率将分别呈现为两个相差较大的范围，故可以轻易分辨出红外线是否照射在井水上，从而准确测量井水的温度。
2.2大气散射误差
由上图可知，红外线在大气中的透射率可达到百分之八十及以上，这就说明在实际工作中红外线接收装置能够接收到反射回来的红外线。同时，无论红外线照射在井壁上还是井水上，红外线经历的距离差并不是很大，产生大气散射的误差几乎是一样的。故大气散射误差并不影响对井壁和井水的分辨。
3.创新点
相较于遇到井口狭窄，井道倾斜或弯曲后就会放弃测量的现状，在测温枪上加入一个校正手段后，遇到无法确定目标物体是否为水面的状况时，就有了校正枪头的判断依据，使实际工程测量的进行更加顺利，测温枪的应用范围更加广泛。
改良起初本想要将折光仪与测温槍相结合，可是折光仪的测量需有被测液体的样本才能进行，且折光仪体积略大，与测温枪相结合后会使测量工具变得不易携带和使用。考虑到由于折光仪与测温枪的结合方案存在着局限性，于是我们从折光仪的原理入手。考虑到测温枪是利用红外线来进行测量，那么也可同时利用测温枪上的红外线来测量目标物体的折光率。在查阅相关资料后，我们发现水与由矿物质构成的井壁的折光率相差较大，而在测量时只需考虑这两种目标物体的折光率，不易产生与这两种目标物体折光率相近的干扰存在。在测温枪中加入将光信号转换为电信号的电子计算电路，利用该电路将红外线反射回的光信号输出为被测物体的折光率，即可简单明了的判断是否为所需目标物体。此种改良方案只需新增一个接收端和一个电子计算电路，相较于起初的方案更加轻便简易，避免了繁琐的测量工具改造，可行性也更高。
4.结束语
我们在理论上研究了测温枪改进的可行性及改进后对实际工程应用的简便性，并认为它能对测温数据的准确性起到很大的作用。进一步对研究的方向建议：在实际工程中，要求测温枪红外线垂直入射水面，然而生活中的井并不一定是垂直建造的，当井壁的倾斜度过大时，会迫使测温枪红外线倾斜入射。在这种情况下，红外线的损耗会增大，甚至导致红外线测温枪无法准确测量，那么是否有一种仪器可以便捷地解决此类问题，有待继续研究。
参考文献：
[1]挺进公司.矿物的反射率解析[DB].2016-04-30/2018-05-03.
[2]虞和济、韩庆大、李沈.设备故障诊断工程[M].北京：冶金工业出版社，2001.
作者简介：
王瑞滢（1998，7，2-）女，汉族，河南省郑州市新港办事处罗家村，本科生，研究方向：水文与水资源工程
彭子涵（1998，5，22-）女，汉族，河北省石家庄市晋州市通达路15号，本科生，研究方向：水文与水资源工程
许秋媛（1998，11，12-），壮族，广西钦州市钦南区新兴街26号1幢1单元202室，研究方向：水文与水资源工程
关键词：测温枪；测量；改进；红外线
在暑假的野外实践中，因为人为调整测温枪的方向的困难，造成对井温的多次测量，十分不便。我们希望对原有的测温枪进行改进，能够改变这一状况。因为我们的工作是对原有的仪器进行改进并加入新的部件，因此，我们需要在精简仪器的同时又能够起到应有的作用，这是我们在保证新的仪器的功能的同时，最需要解决的问题。在这个过程中，我们进行了多次探索，否定了数个需要对仪器进行大量整改的方案，最终才确定出最精简的仪器构造方案。我们希望通过我们的研究，解决测温枪使用中出现的困难，提高测温枪的准确度，为实践的方便与准确提供技术支撑。
1.新型红外线测温枪的构成
1.1关于红外线测温枪
红外线测温枪的内部有着红外线的光源发射器，当发射器将红外线射在目标物质上，经过红外线的反射，以及红外线探测器对于反射回来的信号进行接收，就能够快速地知道目标物的辐射频率，以及光谱频率。然后通过信号的频率，红外线测温枪就可以用这些信号一一对应地模拟目标物表面的状态以及属性，而温度是其最重要的参数，经过红外线测温枪内电子系统的处理，就可以非常准确地测出物体表面的温度（这个技术其实就是我们常说的红外线热成像技术，而红外线测温枪正是利用了这种技术）。
1.2关于红外线接收装置
红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成（也可用线性光敏传感器代替），它们将红外发射器发射的红外光转换为相应的电信号再送后置放大器。放大后的电信号经过电子系统处理，可计算出红外线测温枪发射的红外线光强与接收的红外线光强之比。从而计算出红外线在其接触物体上的反射率（包含大气散射误差）并输出在显示屏上。
1.3构件组合思想
本装置设计的思想是，在红外线测温枪的价基础上，添加另一个红外线接收器，后添加的接收器负责计算红外线来回产生的损耗，即反射率的近似值（包含大气散射误差），通过观察反射率大小可以判断在测井水表面温度时，红外线是否照射在井水上（避免照射在井壁上而产生误差）。此设计方式既可以避免在实际工程中因井壁不垂直而产生的误差，又保证了装置使用时的便捷性（体积小）。
2.本装置的测量可信度分析
2.1物质的光学常数分析
图2 某些矿物的光学常数表[2]
图3 大气对红外光谱的透射曲线[3]
由上图可知，固体不透明矿物在空气中的反射率在百分之十几到百分之几十之间。石墨在某些情况下反射率很小，但考虑到井壁构成中石墨所占百分比可忽略不计，故可认为井壁的反射率也在百分之十几到百分之几十之间。而水的折射为1.33，反射率为2.00%（浑浊液体可增加5%）。对比可知，红外线在经过井壁或井水的反射后被红外线接收装置接收，最终显示在仪器显示屏上的反射率将分别呈现为两个相差较大的范围，故可以轻易分辨出红外线是否照射在井水上，从而准确测量井水的温度。
2.2大气散射误差
由上图可知，红外线在大气中的透射率可达到百分之八十及以上，这就说明在实际工作中红外线接收装置能够接收到反射回来的红外线。同时，无论红外线照射在井壁上还是井水上，红外线经历的距离差并不是很大，产生大气散射的误差几乎是一样的。故大气散射误差并不影响对井壁和井水的分辨。
3.创新点
相较于遇到井口狭窄，井道倾斜或弯曲后就会放弃测量的现状，在测温枪上加入一个校正手段后，遇到无法确定目标物体是否为水面的状况时，就有了校正枪头的判断依据，使实际工程测量的进行更加顺利，测温枪的应用范围更加广泛。
改良起初本想要将折光仪与测温槍相结合，可是折光仪的测量需有被测液体的样本才能进行，且折光仪体积略大，与测温枪相结合后会使测量工具变得不易携带和使用。考虑到由于折光仪与测温枪的结合方案存在着局限性，于是我们从折光仪的原理入手。考虑到测温枪是利用红外线来进行测量，那么也可同时利用测温枪上的红外线来测量目标物体的折光率。在查阅相关资料后，我们发现水与由矿物质构成的井壁的折光率相差较大，而在测量时只需考虑这两种目标物体的折光率，不易产生与这两种目标物体折光率相近的干扰存在。在测温枪中加入将光信号转换为电信号的电子计算电路，利用该电路将红外线反射回的光信号输出为被测物体的折光率，即可简单明了的判断是否为所需目标物体。此种改良方案只需新增一个接收端和一个电子计算电路，相较于起初的方案更加轻便简易，避免了繁琐的测量工具改造，可行性也更高。
4.结束语
我们在理论上研究了测温枪改进的可行性及改进后对实际工程应用的简便性，并认为它能对测温数据的准确性起到很大的作用。进一步对研究的方向建议：在实际工程中，要求测温枪红外线垂直入射水面，然而生活中的井并不一定是垂直建造的，当井壁的倾斜度过大时，会迫使测温枪红外线倾斜入射。在这种情况下，红外线的损耗会增大，甚至导致红外线测温枪无法准确测量，那么是否有一种仪器可以便捷地解决此类问题，有待继续研究。
参考文献：
[1]挺进公司.矿物的反射率解析[DB].2016-04-30/2018-05-03.
[2]虞和济、韩庆大、李沈.设备故障诊断工程[M].北京：冶金工业出版社，2001.
作者简介：
王瑞滢（1998，7，2-）女，汉族，河南省郑州市新港办事处罗家村，本科生，研究方向：水文与水资源工程
彭子涵（1998，5，22-）女，汉族，河北省石家庄市晋州市通达路15号，本科生，研究方向：水文与水资源工程
许秋媛（1998，11，12-），壮族，广西钦州市钦南区新兴街26号1幢1单元202室，研究方向：水文与水资源工程