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基于红外热像仪的温度测量技术及其应用研究

李云红  
【摘要】: 红外热像测温技术是当今迅速发展的高新技术之一,已广泛地应用于军事、准军事和民用等领域,并发挥着其它产品难以替代的重要作用。世界上,美国、德国、英国、法国等发达国家非常重视红外热像测温技术的研究与应用,掌握热像测温技术的发展进程、应用领域和发展趋势,有利于启发科学、合理的发展思路,为热像仪的优化发展提供方向性的支持。 本论文结合红外热像测温原理,进行红外热像精确测温技术及其应用研究,利用红外热像仪进行碳纤维织物的导热性能及服装材料的舒适性研究。总的来说,本文在红外热像温度建模及测量技术研究领域的主要研究工作如下: (1)根据热辐射理论和红外热像仪的测温原理,系统分析了各种因素对红外热像仪测温的影响,得到被测物体表面发射率,吸收率,大气透过率,环境温度和大气温度对测温误差的影响。建立了红外热像测温物理模型。 (2)结合物体表面对红外线的发射和反射作用以及红外线在大气中传输的物理过程,得到在不同精度及测量条件下的校准曲线,设计了BP神经网络算法,用于温度标定实验中的灰度与温度的特性曲线拟合,为红外热像仪的精确测温提供了保证。 (3)通过研究被测物体表面的发射率、反射率和透射率,并结合红外物理中的三大辐射定律得到被测物体表面的有效辐射。建立了辐射测温方程及目标温度场和等效温度场(部分辐射温度)的转换模型。提出了红外热像仪外场精确测温方法,进行了大气透过率的二次标定,利用二次修正系数对未知辐射源测量值进行修正,准确测量出未知辐射源目标的辐射温度。 (4)建立了基于红外热像技术的碳纤维材料导热性能测试平台,应用红外热像技术对碳纤维材料进行温度场分析和测量,用温度对时间的变化规律比较和分析在不同温度下热处理的碳纤维材料的导热性能差异,为这类材料导热性能分析与评价提供了一种新的方法和途径。实验验证了红外热像技术进行材料导热性能分析与评价方法的有效性。 (5)建立了基于红外热像技术的服装舒适性研究的测试平台,进行设定环境下的穿着实验测量。使用红外热像仪直接测量不同环境中服装在穿着状态下表面温度场的分布,通过直观判断的服装在真实穿着条件下衣内的实际温度变化情况,推出服装及服装面料的隔热性能。通过对紧贴皮肤部位的服装面料的最高温度比较服装面料的热阻大小,判断整个服装隔热值的相对大小。 本论文的研究内容为红外热像精确测温模型的建立及其应用研究奠定了坚实的理论和技术基础。


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