基于光纤束阵列的红外成像测温系统研究

摘要

在石化、电力、冶金等行业中，温度是生产过程中关键参数之一，对提高生产质量和生产率、节能降耗、保障安全生产都起到极为重要的作用。热电偶、高温辐射计、测温枪、热像仪、光纤测温仪等等测温设备在这些行业中均得到广泛应用，其中光纤测温仪应其抗干扰能力强、体积小、柔性好等特点，往往被用于某些特殊环境中。然而，传统的光纤红外测温仪是利用单根光纤测量目标表面某一点的温度，而当需要面进行温度分布监测时，则无能为力（如钢水精炼，需区分钢水和钢渣并对钢水温度进行有效检测）。本课题提出了一种基于光纤束阵列的红外成像测温方法，有效解决了上述问题。
　　随着纤维光学技术的不断发展，光纤作为纤维光学的一种元件在医学领域、工业领域、军事及安全领域、科研领域等得到了非常广泛的应用。因此，本课题实验装置是利用光纤传像束的成像原理以及近红外网络面阵探测器，基于比色测温原理测量温度的。
　　本论文主要完成以下几个方面的工作:
　　1.从热辐射学中几大定律推导出双波长比色测温公式和设备因子K值表达式，阐述了本课题的理论研究方法，利用光纤传像束与近红外CCD藕接摄取热图像及靶标识别，再根据比色测温公式计算出靶标温度;
　　2.根据实验操作需要，设计测温装置系统，主要有光纤传像束及近红外热成像传感器、高温镜头，说明了比色测温数据处理系统以及软件工作流程;
　　3.为了提高测量准确度，减小实验误差，对系统中几个关键技术进行优化，比如红外波段选取、设备因子K值的标定等，对红外图像的处理、有效数据的提取;
　　4.在实验室进行实验及对实验数据处理，拟合公式并反向验证;
　　5.对实验数据进行分析。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究项目背景

1．2 国内外光纤传像束研究状况

1．3 温度检测方法

1．3．1 接触式测温

1．3．2 非接触式测温

1．4 光纤测温技术

1．5 本文研究的主要内容

第二章 比色测温基本原理综述

2．1 红外热辐射简介

2．2 热辐射定律

2．2．1 绝对黑体

2．2．2 普朗克(Planck)辐射定律

2．2．3 维恩(Wien)位移定律和瑞利——金新公式

2．2．4 基尔霍夫(Kirchhoff)定律

2．2．5 斯蒂芬——玻耳兹曼定律

2．3 比色测温原理

2．3．1 比色测温原理

2．3．2 比色测温法的优点

2．4 本章小结

第三章 光纤比色测温系统构成及工作原理

3．1 测温系统的构成

3．2 光纤传像束探头及防护系统

3．2．1 红外图像传感器

3．2．2 传导光纤的分类

3．2．3 光纤传像束的原理

3．2．4 滤光片

3．2．5 被测目标

3．2．6 数据处理系统

3．3 系统软件工作流程

3．4 本章小结

第四章 系统在线实验及数据分析

4．1 系统参数优化

4．1．1 红外波段的选择

4．1．2 设置相机参数

4．1．3 黑体炉实验及设备因子K值标定

4．1．4 实验电加热炉

4．2 图像显示

4．3 有效数据提取

4．4 实验及数据分析

4．4．1 数据的拟合

4．4．2 公式验证

4．5 误差分析

4．6 本章总结

第五章 总结与展望

5．1 论文总结

5．2 后期展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文