專利名稱：一種高溫燃?xì)獍l(fā)射率的標(biāo)定裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫燃?xì)獍l(fā)射率的標(biāo)定裝置與方法。
背景技術(shù)：
發(fā)射光譜層析是一種測(cè)量高溫流場(chǎng)三維溫度分布的無損檢測(cè)方法，它根據(jù)多方向 不同波長(zhǎng)下的流場(chǎng)輻射強(qiáng)度反演流場(chǎng)溫度分布，反演的基礎(chǔ)包括層析重建算法及不同溫度 及波長(zhǎng)下高溫流場(chǎng)的發(fā)射率。層析重建算法的研究得到了廣泛的開展，出現(xiàn)了很多高精度 的重建算法。但多參數(shù)下發(fā)射率的標(biāo)定問題沒有得到很好的解決，受此限制目前發(fā)射光譜 層析的測(cè)量誤差很大。同樣，類似的問題出現(xiàn)在非接觸式單點(diǎn)測(cè)溫領(lǐng)域。非接觸式單點(diǎn)測(cè) 溫是通過熱輻射原理來測(cè)量溫度的，測(cè)溫元件不需與被測(cè)介質(zhì)接觸，測(cè)溫范圍廣，不受測(cè)溫 上限的限制，也不會(huì)破壞被測(cè)物體的溫度場(chǎng)，反應(yīng)速度一般也比較快；但其精確測(cè)溫的關(guān)鍵 問題也在于多參數(shù)發(fā)射率的標(biāo)定。以上的二個(gè)輻射測(cè)量領(lǐng)域?qū)Χ鄥?shù)發(fā)射率高精度標(biāo)定提 出了迫切的要求。本方法針對(duì)發(fā)射光譜層析及非接觸式單點(diǎn)測(cè)溫中遇到的技術(shù)問題，提出一種雙參 數(shù)高溫燃?xì)獍l(fā)射率的標(biāo)定裝置與方法，它根據(jù)普朗克黑體輻射公式及主從測(cè)試光路的數(shù)據(jù) 采集及分析，并通過選定一系列不同的波長(zhǎng)值及重復(fù)測(cè)試步驟，可標(biāo)定出燃?xì)庠诓煌ㄩL(zhǎng) 不同溫度下的發(fā)射率。可解決輻射測(cè)量領(lǐng)域中的技術(shù)難題，并運(yùn)用于輻射單點(diǎn)測(cè)溫及發(fā)射 光譜層析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高溫燃?xì)獍l(fā)射率的標(biāo)定裝置與方法，首先選定某一波 長(zhǎng)X1，并根據(jù)普朗克黑體輻射公式及主測(cè)試光路的數(shù)據(jù)采集及分析，得到波長(zhǎng)為X1下的 黑體輻射強(qiáng)度P1與黑體輻出圖像灰度值G1之間的關(guān)系曲線。然后通過高精度熱電偶測(cè)溫 及從測(cè)試光路的數(shù)據(jù)采集與分析，并結(jié)合P1 G1曲線及普朗克黑體輻射公式，可得到燃?xì)?在不同溫度下對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為λ工的單色發(fā)射率。通過選定一系列不同的波長(zhǎng)值及重復(fù)測(cè)試步 驟，可標(biāo)定出燃?xì)庠诓煌ㄩL(zhǎng)不同溫度下的發(fā)射率。本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，一種高溫燃?xì)獍l(fā)射率的標(biāo)定裝置，它包括測(cè)試平臺(tái)、黑體 爐、燃?xì)獍l(fā)生器、輻出孔、工業(yè)攝像機(jī)、滑動(dòng)導(dǎo)軌、圖像采集卡、計(jì)算機(jī)、調(diào)溫裝置、高精度熱 電偶，其特征是測(cè)試平臺(tái)表面安裝有黑體爐和燃?xì)獍l(fā)生器，黑體爐軸線與燃?xì)獍l(fā)生器軸線 相互平行，黑體爐的輻出孔與燃?xì)獍l(fā)生器的中心點(diǎn)連線為基準(zhǔn)線，基準(zhǔn)線與黑體爐軸線及 燃?xì)獍l(fā)生器的軸線垂直，與基準(zhǔn)線平行設(shè)有滑動(dòng)導(dǎo)軌，滑動(dòng)導(dǎo)軌上連有工業(yè)攝像機(jī)，工業(yè)攝 像機(jī)連接圖像采集卡，圖像采集卡連接計(jì)算機(jī)，黑體爐連有調(diào)溫裝置，工業(yè)攝像頭的鏡頭安 裝有窄帶濾光片，燃?xì)獍l(fā)生器內(nèi)設(shè)有高精度熱電偶，以黑體爐軸線一種高溫燃?xì)獍l(fā)射率的標(biāo)定方法，步驟是(1)首先選定某一波長(zhǎng)λ工，使用調(diào)溫裝置調(diào)整黑體爐至不同溫度點(diǎn)，根據(jù)普朗克 黑體輻射公式及選定波長(zhǎng)X1，得到X1下對(duì)應(yīng)于不同溫度的黑體輻射強(qiáng)度P1，同時(shí)在工業(yè)
3攝像機(jī)鏡頭前安裝中心波長(zhǎng)為X1的窄帶濾光片，通過主測(cè)試光路，得到黑體輻出圖像，通 過數(shù)據(jù)采集及分析，得到不同溫度下的對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為X1的黑體輻出圖像灰度值G1，并可繪制 黑體輻射強(qiáng)度P1與灰度G1之間的關(guān)系曲線P1 G1 ；(2)在滑動(dòng)導(dǎo)軌中滑動(dòng)工業(yè)攝像機(jī)至從測(cè)試光路，得到燃?xì)庠诓ㄩL(zhǎng)λ工下的輻出圖 像，用高精度熱電偶測(cè)量燃?xì)膺吔缫幌盗悬c(diǎn)的溫度，對(duì)每一點(diǎn)的溫度T，先根據(jù)普朗克黑體 輻射公式計(jì)算出對(duì)應(yīng)的黑體輻射強(qiáng)度P2,同時(shí)通過數(shù)據(jù)采集及分析，得到該點(diǎn)的灰度G，查 P1-G1曲線，得出灰度G對(duì)應(yīng)的黑體輻射強(qiáng)度P1.輻射強(qiáng)度P1與輻射強(qiáng)度P2的比值就是燃 氣在T溫度下的單色發(fā)射率，測(cè)量完邊界一系列不同溫度點(diǎn)之后，可得到燃?xì)庠诓煌瑴囟?下的單色發(fā)射率，選定不同波長(zhǎng)λ2、λ3、λ 4...，重復(fù)以上步驟，這樣就可標(biāo)定出燃?xì)庠诓?同波長(zhǎng)不同溫度下的發(fā)射率。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可解決發(fā)射光譜層析及非接觸式單點(diǎn)測(cè)溫中發(fā)射率標(biāo)定的技術(shù) 問題。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖中，1、測(cè)試平臺(tái)2、黑體爐3、燃?xì)獍l(fā)生器4、輻出孔5、工業(yè)攝像機(jī)6、滑動(dòng)導(dǎo)軌 7、圖像采集卡8、計(jì)算機(jī)9、調(diào)溫裝置10、高精度熱電偶
具體實(shí)施例方式如圖1所示，黑體爐2及燃?xì)獍l(fā)生器3安裝在同一測(cè)試平臺(tái)1上，黑體爐2軸線與 燃?xì)獍l(fā)生器3軸線相互平行，黑體爐2輻出孔與燃?xì)獍l(fā)生器3中心點(diǎn)連線為基準(zhǔn)線，它與黑 體爐2軸線及燃?xì)獍l(fā)生器3軸線垂直。工業(yè)攝像機(jī)5安裝鏡頭，并在鏡頭前安裝窄帶濾光 片，以黑體爐2軸線作為主測(cè)試光路，即黑體爐2輻出孔成像光路。帶滑槽的滑動(dòng)導(dǎo)軌6平 行基準(zhǔn)線，工業(yè)攝像機(jī)5安裝在帶滑塊支架上，可在滑槽內(nèi)滑動(dòng)。以燃?xì)獍l(fā)生器3軸線作為 從測(cè)試光路，即燃?xì)獬上窆饴?。工業(yè)攝像機(jī)5通過圖像采集卡7連接至計(jì)算機(jī)8，計(jì)算機(jī)8 通過軟件進(jìn)行圖像采集及分析，黑體爐2連有調(diào)溫裝置9，燃?xì)獍l(fā)生器3內(nèi)設(shè)有高精度熱電 偶10。標(biāo)定時(shí)采用以下步驟1)首先選定某一波長(zhǎng)λ 使用調(diào)溫裝置調(diào)整黑體爐至不同溫度點(diǎn)，根據(jù)普朗克黑 體輻射公式及選定波長(zhǎng)X1，得到X1下對(duì)應(yīng)于不同溫度的黑體輻射強(qiáng)度Pp同時(shí)在工業(yè)攝 像機(jī)鏡頭前安裝中心波長(zhǎng)為X1的窄帶濾光片，通過主測(cè)試光路，得到黑體輻出圖像。通過 數(shù)據(jù)采集及分析，得到不同溫度下的對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為X1的黑體輻出圖像灰度值G1，并可繪制黑 體輻射強(qiáng)度P1與灰度G1之間的關(guān)系曲線P1 Α。2)在滑動(dòng)導(dǎo)軌中滑動(dòng)工業(yè)攝像機(jī)至從測(cè)試光路，得到燃?xì)庠诓ㄩL(zhǎng)λ工下的輻出圖 像。用高精度熱電偶測(cè)量燃?xì)膺吔缫幌盗悬c(diǎn)的溫度，對(duì)每一點(diǎn)的溫度T，先根據(jù)普朗克黑體 輻射公式計(jì)算出對(duì)應(yīng)的黑體輻射強(qiáng)度P2,同時(shí)通過數(shù)據(jù)采集及分析，得到該點(diǎn)的灰度G。查 P1-G1曲線，得出灰度G對(duì)應(yīng)的黑體輻射強(qiáng)度P1.輻射強(qiáng)度P1與輻射強(qiáng)度P2的比值就是燃 氣在T溫度下的單色發(fā)射率.采用該方法測(cè)量完邊界一系列不同溫度點(diǎn)之后，可得到燃?xì)?在不同溫度下的單色發(fā)射率。
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3)選定不同波長(zhǎng)λ2、λ3、λ4...，重復(fù)步驟1)和2)，這樣就可標(biāo)定出燃?xì)庠诓煌?波長(zhǎng)不同溫度下的發(fā)射率。
權(quán)利要求
一種高溫燃?xì)獍l(fā)射率的標(biāo)定裝置，它包括測(cè)試平臺(tái)、黑體爐、燃?xì)獍l(fā)生器、輻出孔、工業(yè)攝像機(jī)、滑動(dòng)導(dǎo)軌、圖像采集卡、計(jì)算機(jī)、調(diào)溫裝置、高精度熱電偶，其特征是測(cè)試平臺(tái)表面安裝有黑體爐和燃?xì)獍l(fā)生器，黑體爐軸線與燃?xì)獍l(fā)生器軸線相互平行，黑體爐的輻出孔與燃?xì)獍l(fā)生器的中心點(diǎn)連線為基準(zhǔn)線，基準(zhǔn)線與黑體爐軸線及燃?xì)獍l(fā)生器的軸線垂直，與基準(zhǔn)線平行設(shè)有滑動(dòng)導(dǎo)軌，滑動(dòng)導(dǎo)軌上連有工業(yè)攝像機(jī)，工業(yè)攝像機(jī)連接圖像采集卡，圖像采集卡連接計(jì)算機(jī)，黑體爐連有調(diào)溫裝置，工業(yè)攝像頭的鏡頭安裝有窄帶濾光片，燃?xì)獍l(fā)生器內(nèi)設(shè)有高精度熱電偶。
2.—種權(quán)利要求1所述的一種高溫燃?xì)獍l(fā)射率的標(biāo)定方法，其特征是步驟為(1)首先選定某一波長(zhǎng)X1，使用調(diào)溫裝置調(diào)整黑體爐至不同溫度點(diǎn)，根據(jù)普朗克黑體 輻射公式及選定波長(zhǎng)X1，得到X1下對(duì)應(yīng)于不同溫度的黑體輻射強(qiáng)度P1，同時(shí)在工業(yè)攝像 機(jī)鏡頭前安裝中心波長(zhǎng)為X1的窄帶濾光片，通過主測(cè)試光路，得到黑體輻出圖像，通過數(shù) 據(jù)采集及分析，得到不同溫度下的對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為X1的黑體輻出圖像灰度值G1,并可繪制黑體 輻射強(qiáng)度P1與灰度G1之間的關(guān)系曲線P1 G1 ；(2)在滑動(dòng)導(dǎo)軌中滑動(dòng)工業(yè)攝像機(jī)至從測(cè)試光路，得到燃?xì)庠诓ㄩL(zhǎng)λ工下的輻出圖像， 用高精度熱電偶測(cè)量燃?xì)膺吔缫幌盗悬c(diǎn)的溫度，對(duì)每一點(diǎn)的溫度Τ，先根據(jù)普朗克黑體輻射 公式計(jì)算出對(duì)應(yīng)的黑體輻射強(qiáng)度P2,同時(shí)通過數(shù)據(jù)采集及分析，得到該點(diǎn)的灰度G，查P1 G1曲線，得出灰度G對(duì)應(yīng)的黑體輻射強(qiáng)度P1.輻射強(qiáng)度P1與輻射強(qiáng)度P2的比值就是燃?xì)庠?T溫度下的單色發(fā)射率，測(cè)量完邊界一系列不同溫度點(diǎn)之后，可得到燃?xì)庠诓煌瑴囟认碌膯?色發(fā)射率，選定不同波長(zhǎng)λ2、λ3、λ 4...，重復(fù)以上步驟，這樣就可標(biāo)定出燃?xì)庠诓煌ㄩL(zhǎng) 不同溫度下的發(fā)射率。
全文摘要
一種高溫燃?xì)獍l(fā)射率的標(biāo)定裝置，測(cè)試平臺(tái)表面安裝有黑體爐和燃?xì)獍l(fā)生器，黑體爐軸線與燃?xì)獍l(fā)生器軸線相互平行，黑體爐的輻出孔與燃?xì)獍l(fā)生器的中心點(diǎn)連線為基準(zhǔn)線，基準(zhǔn)線與黑體爐軸線及燃?xì)獍l(fā)生器的軸線垂直，與基準(zhǔn)線平行設(shè)有滑動(dòng)導(dǎo)軌，滑動(dòng)導(dǎo)軌上連有工業(yè)攝像機(jī)，工業(yè)攝像機(jī)連接圖像采集卡，圖像采集卡連接計(jì)算機(jī)，黑體爐連有調(diào)溫裝置，工業(yè)攝像頭的鏡頭安裝有窄帶濾光片，燃?xì)獍l(fā)生器內(nèi)設(shè)有高精度熱電偶。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可解決發(fā)射光譜層析及非接觸式單點(diǎn)測(cè)溫中發(fā)射率標(biāo)定的技術(shù)問題。
文檔編號(hào)G01J5/08GK101915618SQ20101023159
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者萬雄, 張志敏, 高益慶 申請(qǐng)人:南昌航空大學(xué)