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基于红外/可见光技术的辐射测温技术研究

马东栋  
【摘要】:在工业生产和科学研究等众多领域都要求对温度进行测量。传统的温度测量方法是采用热电阻或热电偶。这些接触式测温方法虽然具有简单、可靠、精度高等特点,但是需要温度探测器与被测物体直接接触进行热传导,直至热平衡之后方能测量出温度,而且这种方法只局限于中低温测量,对于较高的温度测量就不适用了。如果需要测量液体的温度,用于测温的探头多为一次性的,属易耗品,测温成本较高。除此之外,我们还需要对一些运动物体进行温度测量,这些物体的运动形式可能多种多样,如旋转运动、简谐运动、摆动等,对这种情况就必须采用非接触式测温方法了。辐射测温法就是一种非接触式的测温方法,其优点是能够测量运动物体的温度而不破坏被测物的温度场。一般常用于温度检测的辐射光波长范围为0.4~40μm,属于红外/可见光波段。本课题拟在研制一套基于红外/可见光技术的辐射测温系统,用于对运动物体进行温度检测。 本文首先对辐射测温原理进行了深入的研究,在比色测温法的基础上结合实际应用情况提出了比幅测温法的概念。然后根据设计指标进行器件选择和硬件电路设计,调试通过后设计合理的温度标定实验获取离散的电压温度(V-T)数据,再对数据进行曲线拟合,对多个曲线拟合模型比较之后,选用了指数模型并计算得到了V-T函数,求取反函数得到温度关于电压的T-V函数,实际测温时只需将测得的电压数值代入这个T-V函数便可计算出对应的温度值。由于整个测温系统的电路和光路都会引入噪声,最后建立了一个误差补偿模型对获取的温度值进行修正,提高了测温的精度。 本文最后通过实验测试给出了该辐射测温系统的各项性能参数,结果证明本课题所论述的基于红外/可见光技术的辐射测温系统具有较高的测温精度和响应速度,符合实际应用的要求。


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