- 文献综述(或调研报告):
多光谱(多波长)辐射测温法是七十年代末才发展起来的非接触测温方法,它可以同时测量目标的真实温度及材料光谱发射率。在高温材料、复合材料及烧蚀材料的温度及热物性测试方面极有前景的方法。多光谱测温法是在一个仪器中制成多个光谱通道,利用多个光谱的物体辐射亮度测量信息,再对得到的数据处理而得到物体的温度和材料光谱发射率。该方法不需辅助设备和附加信息,对被测对象亦无特殊要求,因而特别适合于高温、甚高温目标的真温及材料发射率的同时测量.尽管其理论还不够完善,但在已有的应用实践中已表现出了极好的发展前景。
在多光谱测温的几十年发展历史中,各国的学者为多波长温度计的研制和多光谱测温理论的研究付出了大量的心血,相继出现了三波长、四波长及六波长高温计,也提出了多种发射率与波长的假设模型。1954 年,Pyatt研制成功了三色辐射温度计,在材料发射率与波长成线性的关系下获得目标的真实温度。1981 年,Gardner和 Jones等用六波长高温计测量了一系列金属表面的真实温度。1990年在亚洲热物性大会上,美国的NIST报告了研究六波长高温计的进展情况,主要用于解决真温测量及金属熔点测量,温度范围大于1500K。1997年Kaschnitz 等人用两台高温计,在脉冲加热的情况下测量了铁金属与钴金属试样的亮度温度。
随着多波长温度计的发展,多光谱测温理论的研究也有了很大的发展,各国学者不断的讨论这方面的问题。多光谱测温法的关键问题在于假设的模型,它将直接影响发射率的测量结果。目前,国际上主要的假设模型有以下两种:假设波长和发射率间函数关系式的方法和建立各个波长对应的发射率间关系式的方法。
我国在多波长高温计的研制和多光谱测温理论研究方面,在落后西方国家几十年的情况下,经过许多专家学者的不断努力,也走在了世界的前列。1984年,武汉光电技术研究所研制成功了三波长红外测温仪。1988 年,北京联大提出了多光谱温度自动检测法。1989年,王瑞才研制成功了四波长高温计并应用于电弧加热下烧蚀材料的温度测量。
1991年哈尔滨工业大学戴景民教授与意大利罗马大学G Ruffino教授合作,采用独特的成像光谱焦平面结合相差匹配技术成功研制了棱镜分光式三十五波长高温计,并成功地用于烧蚀材料真温及发射率的同时测量。1999年在棱镜分光式三十五波长高温计的基础上又研制了多点多光谱辐射高温计,实现了固体火箭发动机试车全过程中羽焰温场的动态测量,首次实现了用一台高温计同时测量六个目标点的真实温度及每一个点的八个光谱发射率。2001年哈尔滨工业大学戴景民教授领导的课题组针对低温目标的红外辐射特性,对红外多光谱测量技术进行了理论研究与实验研究,并研制了一台八波长红外多光谱发射率及温度测量系统,用于某航天型号地面设施的表面温度和红外辐射特性的同时在线测量,为型号地面设施的伪装做准备。这些仪器又可作为低温目标红外辐射特性的通用测试设备。上述设备的研制成功,为多光谱辐射测量技术的理论与实验研究提供了极好的试验平台。
在多光谱测温理论方面,人们习惯于发射率和波长的几种假设模型,而现有的假设模型选取存在着盲目性,无任何规律遵循。戴景民教授从现有材料的光谱发射率数据入手,首先对各种假设模型的适应性和局限性进行检验,从而寻找适合某种材料的假设模型,并首次提出应用统计校验提出多光谱发射率模型的自动识别和筛选的数据处理方法;1998年孙晓刚教授在做博士论文期问首次尝试应用BP网络解决多波长辐射温度计的数据处理问题,探讨了该方法的可行性,并取得了阶段性成果;丛大成博士进一步应用RBF网络做了大量的计算机仿真实验,更加证实了应用神经网络解决多波长辐射温度计数据处理的可行性。由于该方法是一种可以取消发射率与波长假设模型的新方法,所以可用于各类目标的真温及光谱发射率的自动识别,被认为是最有希望真正解决基于多光谱辐射法的真温及光谱发射率测量问题的方法,也被认为是最有前途研制成与发射率无关的辐射真温测试仪表的方法。
参考文献:
[1] 孙晓刚, 戴景民. 多光谱测温法建模方法的研究[J]. 计量技术, 2000(11):3-5.
[2] 孙晓刚.多光谱测温法的理论与实验研究.哈尔滨工业大学博士论文,1998
[3] 杨春林.光谱发射率建模及测量技术研究. 哈尔滨工业大学博士论文,2004
