CN101915618A - 一种高温燃气发射率的标定装置与方法 - Google Patents

Abstract

一种高温燃气发射率的标定装置，测试平台表面安装有黑体炉和燃气发生器，黑体炉轴线与燃气发生器轴线相互平行，黑体炉的辐出孔与燃气发生器的中心点连线为基准线，基准线与黑体炉轴线及燃气发生器的轴线垂直，与基准线平行设有滑动导轨，滑动导轨上连有工业摄像机，工业摄像机连接图像采集卡，图像采集卡连接计算机，黑体炉连有调温装置，工业摄像头的镜头安装有窄带滤光片，燃气发生器内设有高精度热电偶。本发明的优点是：可解决发射光谱层析及非接触式单点测温中发射率标定的技术问题。

Description

一种高温燃气发射率的标定装置与方法

技术领域

本发明涉及一种高温燃气发射率的标定装置与方法。

背景技术

发射光谱层析是一种测量高温流场三维温度分布的无损检测方法，它根据多方向不同波长下的流场辐射强度反演流场温度分布，反演的基础包括层析重建算法及不同温度及波长下高温流场的发射率。层析重建算法的研究得到了广泛的开展，出现了很多高精度的重建算法。但多参数下发射率的标定问题没有得到很好的解决，受此限制目前发射光谱层析的测量误差很大。同样，类似的问题出现在非接触式单点测温领域。非接触式单点测温是通过热辐射原理来测量温度的，测温元件不需与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但其精确测温的关键问题也在于多参数发射率的标定。以上的二个辐射测量领域对多参数发射率高精度标定提出了迫切的要求。

本方法针对发射光谱层析及非接触式单点测温中遇到的技术问题，提出一种双参数高温燃气发射率的标定装置与方法，它根据普朗克黑体辐射公式及主从测试光路的数据采集及分析，并通过选定一系列不同的波长值及重复测试步骤，可标定出燃气在不同波长不同温度下的发射率。可解决辐射测量领域中的技术难题，并运用于辐射单点测温及发射光谱层析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温燃气发射率的标定装置与方法，首先选定某一波长λ₁，并根据普朗克黑体辐射公式及主测试光路的数据采集及分析，得到波长为λ₁下的黑体辐射强度P₁与黑体辐出图像灰度值G₁之间的关系曲线。然后通过高精度热电偶测温及从测试光路的数据采集与分析，并结合P₁～G₁曲线及普朗克黑体辐射公式，可得到燃气在不同温度下对应波长为λ₁的单色发射率。通过选定一系列不同的波长值及重复测试步骤，可标定出燃气在不同波长不同温度下的发射率。

本发明是这样来实现的，一种高温燃气发射率的标定装置，它包括测试平台、黑体炉、燃气发生器、辐出孔、工业摄像机、滑动导轨、图像采集卡、计算机、调温装置、高精度热电偶，其特征是测试平台表面安装有黑体炉和燃气发生器，黑体炉轴线与燃气发生器轴线相互平行，黑体炉的辐出孔与燃气发生器的中心点连线为基准线，基准线与黑体炉轴线及燃气发生器的轴线垂直，与基准线平行设有滑动导轨，滑动导轨上连有工业摄像机，工业摄像机连接图像采集卡，图像采集卡连接计算机，黑体炉连有调温装置，工业摄像头的镜头安装有窄带滤光片，燃气发生器内设有高精度热电偶，以黑体炉轴线

一种高温燃气发射率的标定方法，步骤是：

(1)首先选定某一波长λ₁，使用调温装置调整黑体炉至不同温度点，根据普朗克黑体辐射公式及选定波长λ₁，得到λ₁下对应于不同温度的黑体辐射强度P₁，同时在工业摄像机镜头前安装中心波长为λ₁的窄带滤光片，通过主测试光路，得到黑体辐出图像，通过数据采集及分析，得到不同温度下的对应波长为λ₁的黑体辐出图像灰度值G₁，并可绘制黑体辐射强度P₁与灰度G₁之间的关系曲线P₁～G₁；

(2)在滑动导轨中滑动工业摄像机至从测试光路，得到燃气在波长λ₁下的辐出图像，用高精度热电偶测量燃气边界一系列点的温度，对每一点的温度T，先根据普朗克黑体辐射公式计算出对应的黑体辐射强度P₂，同时通过数据采集及分析，得到该点的灰度G，查P₁～G₁曲线，得出灰度G对应的黑体辐射强度P₁.辐射强度P₁与辐射强度P₂的比值就是燃气在T温度下的单色发射率，测量完边界一系列不同温度点之后，可得到燃气在不同温度下的单色发射率，选定不同波长λ₂、λ₃、λ₄...，重复以上步骤，这样就可标定出燃气在不同波长不同温度下的发射率。

本发明的优点是：可解决发射光谱层析及非接触式单点测温中发射率标定的技术问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

在图中，1、测试平台2、黑体炉3、燃气发生器4、辐出孔5、工业摄像机6、滑动导轨7、图像采集卡8、计算机9、调温装置10、高精度热电偶

具体实施方式

如图1所示，黑体炉2及燃气发生器3安装在同一测试平台1上，黑体炉2轴线与燃气发生器3轴线相互平行，黑体炉2辐出孔与燃气发生器3中心点连线为基准线，它与黑体炉2轴线及燃气发生器3轴线垂直。工业摄像机5安装镜头，并在镜头前安装窄带滤光片，以黑体炉2轴线作为主测试光路，即黑体炉2辐出孔成像光路。带滑槽的滑动导轨6平行基准线，工业摄像机5安装在带滑块支架上，可在滑槽内滑动。以燃气发生器3轴线作为从测试光路，即燃气成像光路。工业摄像机5通过图像采集卡7连接至计算机8，计算机8通过软件进行图像采集及分析，黑体炉2连有调温装置9，燃气发生器3内设有高精度热电偶10。

标定时采用以下步骤：

1)首先选定某一波长λ₁，使用调温装置调整黑体炉至不同温度点，根据普朗克黑体辐射公式及选定波长λ₁，得到λ₁下对应于不同温度的黑体辐射强度P₁。同时在工业摄像机镜头前安装中心波长为λ₁的窄带滤光片，通过主测试光路，得到黑体辐出图像。通过数据采集及分析，得到不同温度下的对应波长为λ₁的黑体辐出图像灰度值G₁，并可绘制黑体辐射强度P₁与灰度G₁之间的关系曲线P₁～G₁。

2)在滑动导轨中滑动工业摄像机至从测试光路，得到燃气在波长λ₁下的辐出图像。用高精度热电偶测量燃气边界一系列点的温度，对每一点的温度T，先根据普朗克黑体辐射公式计算出对应的黑体辐射强度P₂，同时通过数据采集及分析，得到该点的灰度G。查P₁～G₁曲线，得出灰度G对应的黑体辐射强度P₁.辐射强度P₁与辐射强度P₂的比值就是燃气在T温度下的单色发射率.采用该方法测量完边界一系列不同温度点之后，可得到燃气在不同温度下的单色发射率。

3)选定不同波长λ₂、λ₃、λ₄...，重复步骤1)和2)，这样就可标定出燃气在不同波长不同温度下的发射率。

Claims (2)

1.一种高温燃气发射率的标定装置，它包括测试平台、黑体炉、燃气发生器、辐出孔、工业摄像机、滑动导轨、图像采集卡、计算机、调温装置、高精度热电偶，其特征是测试平台表面安装有黑体炉和燃气发生器，黑体炉轴线与燃气发生器轴线相互平行，黑体炉的辐出孔与燃气发生器的中心点连线为基准线，基准线与黑体炉轴线及燃气发生器的轴线垂直，与基准线平行设有滑动导轨，滑动导轨上连有工业摄像机，工业摄像机连接图像采集卡，图像采集卡连接计算机，黑体炉连有调温装置，工业摄像头的镜头安装有窄带滤光片，燃气发生器内设有高精度热电偶。

2.一种权利要求1所述的一种高温燃气发射率的标定方法，其特征是步骤为：

(1)首先选定某一波长λ₁，使用调温装置调整黑体炉至不同温度点，根据普朗克黑体辐射公式及选定波长λ₁，得到λ₁下对应于不同温度的黑体辐射强度P₁，同时在工业摄像机镜头前安装中心波长为λ₁的窄带滤光片，通过主测试光路，得到黑体辐出图像，通过数据采集及分析，得到不同温度下的对应波长为λ₁的黑体辐出图像灰度值G₁，并可绘制黑体辐射强度P₁与灰度G₁之间的关系曲线P₁～G₁；

(2)在滑动导轨中滑动工业摄像机至从测试光路，得到燃气在波长λ₁下的辐出图像，用高精度热电偶测量燃气边界一系列点的温度，对每一点的温度T，先根据普朗克黑体辐射公式计算出对应的黑体辐射强度P₂，同时通过数据采集及分析，得到该点的灰度G，查P₁～G₁曲线，得出灰度G对应的黑体辐射强度P₁.辐射强度P₁与辐射强度P₂的比值就是燃气在T温度下的单色发射率，测量完边界一系列不同温度点之后，可得到燃气在不同温度下的单色发射率，选定不同波长λ₂、λ₃、λ₄...，重复以上步骤，这样就可标定出燃气在不同波长不同温度下的发射率。

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