一種測(cè)量封閉空腔金屬器具內(nèi)壁溫度分布的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明一種測(cè)量封閉空腔金屬器具內(nèi)壁溫度分布的方法，包括如下步驟，1)通過(guò)黑體爐對(duì)紅外CCD攝像機(jī)和光譜儀進(jìn)行標(biāo)定，建立光譜信號(hào)與輻射強(qiáng)度信號(hào)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；2)利用光譜儀接收金屬表面在不同波長(zhǎng)下的輻射光譜信號(hào)，由標(biāo)定數(shù)據(jù)計(jì)算出參考點(diǎn)溫度及輻射率；3)利用紅外CCD攝像機(jī)拍攝金屬表面紅外輻射圖像，根據(jù)每個(gè)像素點(diǎn)與參考點(diǎn)的單色輻射強(qiáng)度比值，計(jì)算得到金屬表面溫度分布圖像，即為金屬表面真實(shí)溫度分布。通過(guò)光譜儀獲得輻射源在多波段下的輻射能量信息，計(jì)算得到輻射源溫度和輻射率隨波長(zhǎng)變化曲線(xiàn)；由紅外CCD攝像機(jī)捕捉輻射源表面多點(diǎn)的輻射能量信息，通過(guò)引入光譜儀測(cè)量點(diǎn)作為參考點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了輻射源表面溫度分布的精確測(cè)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種測(cè)量封閉空腔金屬器具內(nèi)壁溫度分布的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及紅外輻射測(cè)溫技術(shù)，具體為一種測(cè)量封閉空腔金屬器具內(nèi)壁溫度分布 的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 尿素水解制氨工藝的關(guān)鍵問(wèn)題在于提高反應(yīng)釜的耐腐蝕性，從而延長(zhǎng)反應(yīng)釜工作 壽命。新的金屬材料和涂層工藝被嘗試用于改進(jìn)反應(yīng)釜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為深入研究這些新材料 在尿素水解過(guò)程中的蠕變特性和熱傳導(dǎo)均勻性，需要精確測(cè)量噴涂新金屬材料后的反應(yīng)釜 內(nèi)壁工作溫度。
[0003] 傳統(tǒng)的金屬溫度測(cè)量裝置采用熱電偶，如中國(guó)專(zhuān)利CN201310144605公開(kāi)的固態(tài) 金屬內(nèi)部溫度測(cè)量裝置及方法和中國(guó)專(zhuān)利CN201220599006公開(kāi)的鍋爐水冷壁向火面金 屬溫度測(cè)量裝置，其工作壽命長(zhǎng)、測(cè)量準(zhǔn)確、安全可靠，但往往布置困難，在很多場(chǎng)合難以應(yīng) 用。固態(tài)金屬作為非容積輻射，其出射輻射強(qiáng)度決定于金屬表面溫度，這就為輻射處理方法 測(cè)量金屬表面溫度分布提供了可行性?；诓噬獵CD三基色的雙色法在火焰溫度測(cè)量領(lǐng)域 得到廣泛應(yīng)用，如中國(guó)專(zhuān)利CN101476942所提供的一種基于彩色CCD的輻射溫度場(chǎng)測(cè)量裝 置及方法；并衍生出眾多基于多光譜輻射的測(cè)溫裝置和方法，如中國(guó)專(zhuān)利CN201293684所 提供的三通道實(shí)時(shí)測(cè)溫?zé)嵯駜x，和中國(guó)專(zhuān)利CN201310633736所提供的一種多光譜輻射測(cè) 溫裝置及方法，以及中國(guó)專(zhuān)利CN201310593874所提供的便攜式光纖輻射測(cè)溫儀及其測(cè)量 方法，這些方法利用輻射源在兩個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)下的色度信號(hào)的比值來(lái)求解溫度分布，其誤 差主要決定于所選波長(zhǎng)的間隔，誤差難以控制。針對(duì)低溫對(duì)象，紅外輻射測(cè)溫裝置及方法在 各種不同設(shè)備上得到推廣應(yīng)用，如中國(guó)專(zhuān)利CN201310481620提供的一種紅外輻射精確測(cè) 溫方法，和中國(guó)專(zhuān)利CN201210380850提供的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的紅外輻射測(cè)溫校準(zhǔn)裝置 及其校準(zhǔn)方法，但其都無(wú)法解決對(duì)輻射源發(fā)射率的確定問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種反映真實(shí)溫度分布，能夠測(cè)量輻射 率，非接觸式，高精度的測(cè)量封閉空腔金屬器具內(nèi)壁溫度分布的方法。
[0005] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0006] 一種測(cè)量封閉空腔金屬器具內(nèi)壁溫度分布的方法，包括如下步驟，
[0007] 1)通過(guò)黑體爐對(duì)紅外C⑶攝像機(jī)和光譜儀進(jìn)行標(biāo)定，建立光譜信號(hào)與輻射強(qiáng)度信 號(hào)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
[0008] 2)利用光譜儀接收金屬表面在不同波長(zhǎng)下的輻射光譜信號(hào)，由標(biāo)定數(shù)據(jù)計(jì)算出參 考點(diǎn)溫度及輻射率；
[0009] 3)利用紅外CCD攝像機(jī)拍攝金屬表面紅外輻射圖像，根據(jù)每個(gè)像素點(diǎn)與參考點(diǎn)的 單色輻射強(qiáng)度比值，計(jì)算得到金屬表面溫度分布圖像，即為金屬表面真實(shí)溫度分布。
[0010] 優(yōu)選的，步驟1)中，建立的對(duì)應(yīng)關(guān)系表示為如下的擬合關(guān)系式，
[0011] Ix/(Sa/Ex) = f(A)
[0012]

【權(quán)利要求】
1. 一種測(cè)量封閉空腔金屬器具內(nèi)壁溫度分布的方法，其特征在于，包括如下步驟， 1) 通過(guò)黑體爐對(duì)紅外(XD攝像機(jī)（1)和光譜儀（3)進(jìn)行標(biāo)定，建立光譜信號(hào)與輻射強(qiáng) 度信號(hào)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系； 2) 利用光譜儀（3)接收金屬表面（5)在不同波長(zhǎng)下的輻射光譜信號(hào)，由標(biāo)定數(shù)據(jù)計(jì)算 出參考點(diǎn)溫度及輻射率； 3) 利用紅外CCD攝像機(jī)（1)拍攝金屬表面（5)紅外輻射圖像，根據(jù)每個(gè)像素點(diǎn)與參考 點(diǎn)的單色輻射強(qiáng)度比值，計(jì)算得到金屬表面（5)溫度分布圖像，即為金屬表面（5)真實(shí)溫度 分布。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)量封閉空腔金屬器具內(nèi)壁溫度分布的方法，其特征在 于，步驟1)中，建立的對(duì)應(yīng)關(guān)系表示為如下的擬合關(guān)系式， Ia/(Sa/Ex) = f(A)
其中4為單色輻射強(qiáng)度，單位為1/1112/^^為波長(zhǎng)，單位為11 1瓜為光譜儀絕對(duì)光譜 信號(hào)，單位為W/m3/sr ;EX為光譜儀曝光時(shí)間，單位為ms ;G為紅外CCD圖像灰度信號(hào)；f和g 為擬合關(guān)系式。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)量封閉空腔金屬器具內(nèi)壁溫度分布的方法，其特征在 于，在步驟2)中，利用光譜儀（3)接收金屬表面（5)參考點(diǎn)在不同波長(zhǎng)下的絕對(duì)光譜信號(hào) SA，根據(jù)標(biāo)定擬合關(guān)系式f轉(zhuǎn)換為連續(xù)波長(zhǎng)下的單色輻射強(qiáng)度信號(hào)，選用窄譜帶比色法通 過(guò)如下公式計(jì)算參考點(diǎn)溫度及單色輻射率；
ε 人，〇 = 31 I 人 λ 5exp (C2/ λ T) /Q 其中，Q，C2 為 Planck 常數(shù)，其值分別為 742*l(T16W/m2 和 L 4388*l(T2m · Κ ; λ ρ λ 2 為兩個(gè)離散波長(zhǎng)，單位為m,且須滿(mǎn)足λ 2-λ 1 = 20*1(Γ9 ;Ιλ1, Ιλ2為波長(zhǎng)λ ρ λ 2下的單色 輻射強(qiáng)度信號(hào)，單位為W/m3/sr ;Τ。為參考點(diǎn)溫度,單位為Κ ; ε λ;()為參考點(diǎn)單色輻射率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)量封閉空腔金屬器具內(nèi)壁溫度分布的方法，其特征在 于，步驟3)中，利用紅外CCD攝像機(jī)（1)拍攝金屬表面（5)廣角圖像，提取每個(gè)像素點(diǎn)灰度 信號(hào)G并結(jié)合標(biāo)定函數(shù)g轉(zhuǎn)化為單色輻射強(qiáng)度圖像，根據(jù)每個(gè)像素點(diǎn)與參考點(diǎn)的單色輻射 強(qiáng)度比值，通過(guò)如下公式計(jì)算得到金屬表面（5)溫度分布圖像T(x，y)和溫度場(chǎng)測(cè)量精度；
其中，λ ^為紅外CCD攝像機(jī)的特征波長(zhǎng)，單位為m，由CCD相機(jī)的光譜響應(yīng)特性確定； Π 為溫度場(chǎng)測(cè)量誤差；T(x，y)為圖像像素點(diǎn)坐標(biāo)（x，y)處的溫度，單位為K。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)量封閉空腔金屬器具內(nèi)壁溫度分布的方法，其特征在 于，在光譜儀（3)上設(shè)置有激光器（4)，利用激光器（4)發(fā)射的激光光線(xiàn)確定參考點(diǎn)（0)物 理位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)量封閉空腔金屬器具內(nèi)壁溫度分布的方法，其特征在 于，在紅外(XD攝像機(jī)（1)前部連接有伸入封閉空腔內(nèi)部的硬桿內(nèi)窺鏡（2)。
【文檔編號(hào)】G01J5/00GK104101432SQ201410342959
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】張向宇, 張波, 向小鳳, 徐宏杰, 周懷春 申請(qǐng)人:中國(guó)華能集團(tuán)公司, 西安熱工研究院有限公司