利用輻射譜的全部信息測(cè)火焰實(shí)際溫度的方法及測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種利用輻射譜的全部信息測(cè)火焰實(shí)際溫度的方法及測(cè)量系統(tǒng)，本發(fā)明應(yīng)用“能級(jí)結(jié)構(gòu)修正”進(jìn)行更加理論化的數(shù)據(jù)處理，可以利用輻射譜的全部信息。采用鍵盤(pán)的輸入方式或數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮斎敕绞?，獲取到“能級(jí)結(jié)構(gòu)修正參數(shù)”，并最終獲取到被測(cè)火焰更加準(zhǔn)確的實(shí)際溫度值。本發(fā)明有效地克服了人們?cè)诓捎谩岸喙庾V測(cè)溫法”時(shí)，必須經(jīng)過(guò)計(jì)算工作量大的數(shù)據(jù)處理進(jìn)行“輻射率修正”，才能得到火焰實(shí)際溫度的缺陷。目前已有的“多光譜測(cè)溫法”只能利用輻射譜中的幾個(gè)“單色輻射本領(lǐng)”信息；本發(fā)明能夠利用輻射譜中的全部，一般有幾千個(gè)“單色輻射本領(lǐng)”的信息。
【專(zhuān)利說(shuō)明】利用輻射譜的全部信息測(cè)火焰實(shí)際溫度的方法及測(cè)量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及儀器儀表領(lǐng)域的輻射譜測(cè)溫方法及設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種利用輻射譜的全部信息測(cè)火焰實(shí)際溫度的方法及測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]火焰溫度測(cè)量技術(shù)目前是國(guó)內(nèi)外研究的熱門(mén)課題。它在節(jié)能減排、航空航天、戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)武器的開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域都具有重要的意義和應(yīng)用價(jià)值?；鹧鏈囟鹊臏y(cè)量方法很多，主要有接觸法、成像法、激光光譜法、聲波法和輻射法等。從國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)的角度來(lái)看，無(wú)論是用于溫度標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)現(xiàn)還是實(shí)際的測(cè)量，在銀凝固點(diǎn)(1234.0開(kāi))以上的溫區(qū)，輻射測(cè)溫方法都是首選方法。輻射法分為“發(fā)射-吸收光譜法”和“高溫計(jì)法”?！鞍l(fā)射-吸收光譜法”的缺點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)龐大、造價(jià)昂貴、技術(shù)復(fù)雜、容易破壞被測(cè)火焰的組分和熱平衡狀態(tài)等?！案邷赜?jì)法”的缺點(diǎn)是:需要進(jìn)行“輻射率修正”后才能知道火焰的真實(shí)溫度。目前獲得物體真溫和“輻射率”數(shù)據(jù)最有效的方法是“多光譜測(cè)溫法”，它是利用多個(gè)光譜下的火焰輻射亮度信息，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理進(jìn)行“輻射率修正”得到火焰的真實(shí)溫度。
[0003]根據(jù)黑體輻射理論，人們定義了三種光學(xué)溫度。即1、根據(jù)黑體的“輻射總能量”來(lái)測(cè)量的“輻射溫度”;2、根據(jù)黑體“光譜中能量的分布”來(lái)測(cè)量的“色溫度”;3、根據(jù)黑體在“某一波段內(nèi)的輻射能量”來(lái)測(cè)量的“亮溫度”。對(duì)于理想黑體，上述光學(xué)溫度與實(shí)際溫度是相同的；但對(duì)于實(shí)際物體，上述光學(xué)溫度與實(shí)際溫度并不相同。
[0004]目前公知的，獲得火焰真溫和“輻射率”數(shù)據(jù)最有效的方法是“多光譜測(cè)溫法”，它是利用多個(gè)(實(shí)際上只有幾個(gè))光譜下的火焰輻射亮度信息，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理進(jìn)行“輻射率修正”得到火焰的真實(shí)溫度。因?yàn)椤拜椛渎市拚毙枰挠?jì)算工作量大，只能利用有限幾個(gè)光譜信息，所以這種方法的測(cè)溫準(zhǔn)確度難以進(jìn)一步提高?！岸喙庾V測(cè)溫法”屬于根據(jù)黑體的“光譜中能量的分布”來(lái)測(cè)量的“色溫度”法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種利用輻射譜的全部信息測(cè)火焰實(shí)際溫度的方法及測(cè)量系統(tǒng)，本發(fā)明提高了測(cè)溫的準(zhǔn)確度，降低了計(jì)算的復(fù)雜度，詳見(jiàn)下文描述:
[0006]一種利用輻射譜的全部信息測(cè)火焰實(shí)際溫度的方法，所述方法包括以下步驟:
[0007](I)通過(guò)處于校準(zhǔn)狀態(tài)的實(shí)際溫度測(cè)量系統(tǒng)中的數(shù)字化光譜儀，測(cè)出待測(cè)對(duì)象在任意一已知溫度下的發(fā)射本領(lǐng)隨波長(zhǎng)λ變化的第一數(shù)字化分布譜，求出峰值波長(zhǎng)λπ;
[0008](2)將第一數(shù)字化分布譜輸入到安裝有第一物理模型的單片機(jī)或PC機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用最小二乘法對(duì)第一數(shù)字化分布譜作曲線(xiàn)擬合，獲取反映能級(jí)結(jié)構(gòu)的參數(shù)X(I)、X (2)；
[0009](3)獲取待測(cè)對(duì)象的維恩位移定律修正公式，并作為第二物理模型輸入到實(shí)際溫度測(cè)量系統(tǒng)中的單片機(jī)或PC機(jī)上；
[0010](4)將驗(yàn)證后的反映能級(jí)結(jié)構(gòu)參數(shù)的Χ(2))輸入到所述第二物理模型中，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際溫度測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)；
[0011](5)通過(guò)處于測(cè)溫狀態(tài)的實(shí)際溫度測(cè)量系統(tǒng)中的光譜儀，測(cè)出待測(cè)對(duì)象在待測(cè)溫度下的發(fā)射本領(lǐng)隨波長(zhǎng)λ變化的第二數(shù)字化分布譜，獲得峰值波長(zhǎng)λ m的具體數(shù)值；
[0012](6)將步驟(5)獲得的峰值波長(zhǎng)λ m，輸入處于測(cè)溫狀態(tài)的實(shí)際溫度測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)的PC機(jī)或單片機(jī)，根據(jù)所述第二物理模型進(jìn)行運(yùn)算處理，獲取待測(cè)對(duì)象的溫度值；
[0013](7)將待測(cè)對(duì)象的溫度值通過(guò)顯示器予以顯示。
[0014]所述第一物理模型具體為:
[0015]在適用于理想黑體的普朗克公式中，添加X(jué)(I)、X(2)兩個(gè)能級(jí)結(jié)構(gòu)修正參數(shù)后形成的公式:
【權(quán)利要求】
1.一種利用輻射譜的全部信息測(cè)火焰實(shí)際溫度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (1)通過(guò)處于校準(zhǔn)狀態(tài)的實(shí)際溫度測(cè)量系統(tǒng)中的數(shù)字化光譜儀，測(cè)出待測(cè)對(duì)象在任意一已知溫度下的發(fā)射本領(lǐng)隨波長(zhǎng)λ變化的第一數(shù)字化分布譜，求出峰值波長(zhǎng)λπ; (2)將第一數(shù)字化分布譜輸入到安裝有第一物理模型的單片機(jī)或PC機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用最小二乘法對(duì)第一數(shù)字化分布譜作曲線(xiàn)擬合，獲取反映能級(jí)結(jié)構(gòu)的參數(shù)X (I)、X (2)； (3)獲取待測(cè)對(duì)象的維恩位移定律修正公式，并作為第二物理模型輸入到實(shí)際溫度測(cè)量系統(tǒng)中的單片機(jī)或PC機(jī)上； (4)將驗(yàn)證后的反映能級(jí)結(jié)構(gòu)參數(shù)的Χ(2))輸入到所述第二物理模型中，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際溫度測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)； (5)通過(guò)處于測(cè)溫狀態(tài)的實(shí)際溫度測(cè)量系統(tǒng)中的光譜儀，測(cè)出待測(cè)對(duì)象在待測(cè)溫度下的發(fā)射本領(lǐng)隨波長(zhǎng)λ變化的第二數(shù)字化分布譜，獲得峰值波長(zhǎng)λ m的具體數(shù)值； (6)將步驟(5)獲得的峰值波長(zhǎng)λπ，輸入處于測(cè)溫狀態(tài)的實(shí)際溫度測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)的PC機(jī)或單片機(jī)，根據(jù)所述第二物理模型進(jìn)行運(yùn)算處理，獲取待測(cè)對(duì)象的溫度值； (7)將待測(cè)對(duì)象的溫度值通過(guò)顯示器予以顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用輻射譜的全部信息測(cè)火焰實(shí)際溫度的方法，其特征在于，所述第一物理 模型具體為: 在適用于理想黑體的普朗克公式中，添加X(jué)(I)、Χ(2)兩個(gè)能級(jí)結(jié)構(gòu)修正參數(shù)后形成的公式:


X(Z)C2 Ε(λ,τ) = χ^)ομ5(θ J -1)-1 其中，Ε(λ,Τ)為非黑體發(fā)射的光譜輻射通量密度，單位為Wcm_2.UnT15C1 =3.741844X KT12W.cnT2，稱(chēng)為第一輻射常數(shù)；C2 = 1.438832544cm.K，稱(chēng)為第二輻射常數(shù)；λ為輻射波長(zhǎng)，單位為ym;T為待測(cè)對(duì)象的任一已知固定溫度，單位為Κ;Χ(1)、Χ(2)為能級(jí)結(jié)構(gòu)參數(shù)，是在普朗克公式中添加的兩個(gè)待定參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用輻射譜的全部信息測(cè)火焰實(shí)際溫度的方法，其特征在于，所述第二物理模型具體為:
λ J = X (2) X 2.898 X I(T3 (米 * 開(kāi))。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用輻射譜的全部信息測(cè)火焰實(shí)際溫度的方法，其特征在于，所述實(shí)際溫度測(cè)量系統(tǒng)具有校準(zhǔn)和測(cè)溫兩種狀態(tài)，校準(zhǔn)是為了獲取待測(cè)對(duì)象反映能級(jí)結(jié)構(gòu)的參數(shù)Χ(1)、Χ(2)的具體數(shù)值；測(cè)溫是為了獲取待測(cè)對(duì)象的溫度值。
5.一種利用輻射譜的全部信息測(cè)火焰實(shí)際溫度的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)量系統(tǒng)包括: 數(shù)字化光譜儀，具有校準(zhǔn)和測(cè)溫兩種功能狀態(tài)，當(dāng)處于校準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)，用于測(cè)出待測(cè)對(duì)象在任意一已知溫度下的發(fā)射本領(lǐng)隨波長(zhǎng)λ變化的第一數(shù)字化分布譜，求出峰值波長(zhǎng)λπ;當(dāng)處于測(cè)溫狀態(tài)時(shí)，用于測(cè)出待測(cè)對(duì)象在待測(cè)溫度T下的發(fā)射本領(lǐng)隨波長(zhǎng)λ變化的第二數(shù)字化分布譜； 第一輸入裝置，用于將第一數(shù)字化分布譜輸入到安裝有第一物理模型的第一數(shù)據(jù)處理裝置；第一數(shù)據(jù)處理裝置，采用最小二乘法對(duì)第一數(shù)字化分布譜作曲線(xiàn)擬合，獲取反映能級(jí)結(jié)構(gòu)的參數(shù)x(l)、x(2);獲取待測(cè)對(duì)象的維恩位移定律修正公式，維恩位移定律修正公式作為第二物理模型； 第二輸入裝置，用于將第二物理模型輸入到第二數(shù)據(jù)處理裝置； 校準(zhǔn)裝置，用于將驗(yàn)證后的反映能級(jí)結(jié)構(gòu)參數(shù)的X(2))輸入到第二物理模型中，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字化光譜儀的校準(zhǔn)； 第三輸入裝置，用于將第二數(shù)字化分布譜輸入到第二數(shù)據(jù)處理裝置； 第二數(shù)據(jù)處理裝置，用于由第二數(shù)字化分布譜獲得峰值波長(zhǎng)λπ的具體數(shù)值；根據(jù)峰值波長(zhǎng)λ m、第二物理模型進(jìn)行運(yùn)算處理，獲取待測(cè)對(duì)象的溫度值； 顯示裝置，用于顯示待測(cè)對(duì)象的溫度值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種利用輻射譜的全部信息測(cè)火焰實(shí)際溫度的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字化光譜儀具有校準(zhǔn)和測(cè)溫兩種狀態(tài)， 校準(zhǔn)是為了獲取待測(cè)對(duì)象反映能級(jí)結(jié)構(gòu)的參數(shù)X(1)、X(2)的具體數(shù)值； 測(cè)溫是為了獲取待測(cè)對(duì)象的 溫度值。
【文檔編號(hào)】G01J5/60GK103900723SQ201410169861
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】曹柏林, 譚成章, 曹銳, 劉成剛, 曹利, 陳長(zhǎng)芳, 李耀, 戴長(zhǎng)健 申請(qǐng)人:劉友祥