[发明专利]一种弥散条件下高温物体表面温度测量装置及方法

说明书

本发明提供了一种弥散条件下高温物体表面温度测量装置及方法，装置包括光收集模块、分光模块、n个探测器、反演模型模块、温度获取模块和温度处理模块；光收集模块用于收集被测高温物体辐射的光，并将辐射的光入射至分光模块；分光模块用于将入射光分为n路不同波段的光，并分别投影至对应的探测器；反演模型模块用于获取被测高温物体对应的反演系数；温度获取模块用于获取n个探测器上每个像素点位置对应的辐射亮温，得到n个探测器上每个像素点位置对应的修正后的辐射亮温；温度处理模块用于获取被测高温物体的表面温度。本发明能解决现有测温方法无法满足航空航天热试验和冶金铸造生产等领域对水雾等弥散介质条件下的红外辐射测温需求的问题。

技术领域

本发明涉及红外辐射测温技术领域，尤其涉及一种弥散条件下高温物体表面温度测量装置及方法。

背景技术

在航空航天热试验和冶金铸造生产等过程中，需要利用辐射测温方法对工件表面的高温温场进行准确的测量，而这些表面经常会受到烟雾、水雾等弥散介质的遮蔽，透过弥散介质进行辐射测温会产生较大的误差。

为尽量避开水雾等弥散介质对辐射能传递的影响，工业上通常的做法是采用高速气流(氮气或氩气)吹扫光路的方法以降低水雾介质的影响。尽管使用吹气等方法对消除水雾有一定的效果，但辐射通道上的残余水雾仍影响了测温的精度。而且如果气流速度过大，会导致被测铸坯表面温度下降，从而带来新的问题。另一种工业上常用的方法是采用窥视管最大程度地降低测温光路上水雾介质的影响，并辅之以高速气流吹扫，该方法仍然存在上一种方法的缺陷。第三种方法是取一段时间内的温度最大值作为测量值。这种方法对于避开光路通道内如铸坯表面不连续分布的氧化铁皮等间歇性的介质是有效的。但对于光路通道内持续存在的水雾介质，这种方法并不能排除其干扰。

除了工业方法外，很多学者对水雾等弥散介质条件下的红外辐射测温进行了研究。对这些研究结果进行总结发现，现有的水雾弥散条件下表面高温温场测量方法，大多是基于对水雾等弥散场信息的事前或事中获取，来对辐射测温结果进行修正，以减小水雾弥散影响，测量方式多为单通道点辐射测温；基于辐射传输理论如离散坐标法的辐射测温误差研究，前提假设是目标区域为均匀温场的点测温，且大部分反演测量未考虑水雾强弥散时邻近效应带来的影响。在实际的工业场合，对于水雾弥散场的参数信息获取较为困难，同时目标区域温场均匀的假设有时不能成立。

因此，现有测温方法无法满足航空航天热试验和冶金铸造生产等领域对水雾等弥散介质条件下的红外辐射测温需求。

发明内容

本发明提供了一种弥散条件下高温物体表面温度测量装置及方法，能够解决现有测温方法无法满足航空航天热试验和冶金铸造生产等领域对水雾等弥散介质条件下的红外辐射测温需求的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种弥散条件下高温物体表面温度测量装置，所述装置包括光收集模块、分光模块、n个探测器、反演模型模块、温度获取模块和温度处理模块，其中，n≥2，且为整数；

所述光收集模块用于收集被测高温物体辐射的光，并将辐射的光入射至所述分光模块；

所述分光模块用于将入射光分为n路不同波段的光，并分别投影至对应的所述探测器；

所述反演模型模块用于构建弥散介质条件下的n通道反演模型，获取n通道反演模型在不同弥散介质条件下的反演系数，以及，基于被测高温物体所处的弥散介质条件获取被测高温物体对应的反演系数；

所述温度获取模块用于获取n个所述探测器上每个像素点位置的灰度值，基于灰度值与辐射亮温的对应关系获取n个所述探测器上每个像素点位置对应的辐射亮温，以及，对n个所述探测器上每个像素点位置对应的辐射亮温进行修正，得到n个所述探测器上每个像素点位置对应的修正后的辐射亮温；

所述温度处理模块用于基于n通道反演模型、被测高温物体对应的反演系数和被测高温物体中各个目标像元分别在n个所述探测器上对应像素点位置修正后的辐射亮温获取被测高温物体的表面温度。