CN105890773A - 一种表面发射率测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表面发射率测量系统，涉及发射率测量技术领域。所述表面发射率测量系统包含红外测温探测器、接触式热力学温度传感器、信号处理电路及计算机；所述接触式热力学温度传感器设置在待测目标物体的表面，将所述待测目标物体的表面热力学温度信号发送至所述信号处理电路；所述红外测温探测器设置在所述待测目标物体的上侧，将所述待测目标物体表面的辐射温度信号经过处理后发送至信号处理电路；所述信号处理电路将接收到的信号进行调理，然后发送至所述计算机；所述计算机用于对待测目标物体表面的发射率进行计算处理、数据显示与存储。本发明的有益效果在于：统结构简单易于安装和维护，不需要对目标材料进行取样，测量精度高。
Description
技术领域
本发明涉及发射率测量技术领域，具体涉及一种表面发射率测量系统。
背景技术
随着红外技术的发展，发射率测量技术在在红外隐身设计、节能材料测试及太阳能发电等领域得到越来越多的应用。目前用于发射率测量的技术包括量热法、反射率法及多波长法：量热法测量准确度较高，可连续测得样品在一个相当宽温度范围之内的发射率，但需要对目标材料进行取样且设备较为复杂；反射率法可达到非接触式测量发射率的效果，但对主动式光源要求较高，只能测量光源波长范围内的目标光谱发射率，灵活性较差且难以测量低温度范围的物体发射率；多波长法可以非接触的方式同时测量目标温度和发射率，无须对目标材料进行取样，但需要假定目标材料发射率及波长的关系模型，适应性较差，测量精度不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种表面发射率测量系统，以解决或至少减轻背景技术中所存在的至少一处的问题。
本发明采用的技术方案是：提供一种表面发射率测量系统，包含红外测温探测器、接触式热力学温度传感器、信号处理电路及计算机；
所述接触式热力学温度传感器设置在待测目标物体的表面，将所述待测目标物体的表面热力学温度信号发送至所述信号处理电路；
所述红外测温探测器设置在所述待测目标物体的上侧，将所述待测目标物体表面的辐射温度信号经过处理后发送至信号处理电路；
所述信号处理电路将接收到的待测目标物体的表面热力学温度信号、待测目标物体表面处理后的辐射温度信号进行调理，然后发送至所述计算机；
所述计算机用于对待测目标物体表面的发射率进行计算处理、数据显示与存储。
优选地，所述红外测温探测器包含红外测温传感器、保护外壳、散热片及其线缆；所述红外测温传感器安装于所述保护外壳内，所述保护外壳的外侧套设有多个散热片。
优选地，所述红外测温探测器安装在待测目标物体上待测点的正上方，距离为1mm～10mm。
优选地，所述红外测温探测器的视场角选取为35度或20度或3度。
优选地，所述红外测温探测器最多设置256只；所述接触式热力学温度传感器最多设置512只。
优选地，每个所述红外测温探测器对应一个待测目标物体上的待测点，每个待测点对应一个或多个接触式热力学温度传感器。
优选地，所述接触式热力学温度传感器安装在红外测温探测器的视场在待测目标点表面投影的边缘处。
优选地，所述信号处理电路包含数据采集单元、信号处理单元以及通讯单元；所述数据采集单元用于采集待测目标物体的表面热力学温度信号及待测目标物体表面经处理过的辐射温度信号，并通过所述信号处理单元进行调理，然后经过所述通讯单元将调理后的信号发送至所述计算机；所述信号处理电路采用RS485或CAN或以太网的通讯方式与所述计算机进行数据通讯。
优选地，所述计算机能够对接收的数据进行补偿处理，消除测量环境中的背景辐射对测量结果的影响。
优选地，所述红外测温探测器的保护外壳采用锥面设计，靠近所述线缆的一端为锥面的小端。
本发明的有益效果在于：
本发明的表面发射率测量系统结构简单易于安装和维护，不需要对目标材料进行取样，可依据红外测温探测器的温度对测量结果进行补偿，并消除测量环境中的背景辐射对测量结果的影响，测量精度高。
附图说明
图1是本发明一实施例的表面发射率测量系统的示意图。
图2是图1所示表面发射率测量系统中红外测温探测器的示意图。
其中，1-红外测温探测器，11-红外测温传感器，12-保护外壳，13-散热片，14-线缆，2-接触式热力学温度传感器，3-计算机，6-待测目标物体。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
发射率为该波长的一个微小波长间隔内，真实物体的辐射能量与同温下的黑体的辐射能量之比。
如图1、图2所示，一种表面发射率测量系统，包含红外测温探测器1、接触式热力学温度传感器2、信号处理电路及计算机3。
接触式热力学温度传感器2设置在待测目标物体6的表面，并通过压片固定，将待测目标物体6的表面热力学温度信号发送至所述信号处理电路。
红外测温探测器1设置在待测目标物体6的上侧，将待测目标物体表面6的辐射温度信号经过处理后发送至信号处理电路。本实施例中使用的接触式热力学温度传感器为K型热电偶，安装在红外测温探测器1的视场在待测目标物体表面6所覆盖的圆斑边缘处。
所述信号处理电路将接收到的待测目标物体6的表面热力学温度信号、待测目标物体6表面处理后的辐射温度信号进行调理，然后发送至所述计算机3；
计算机3用于对待测目标物体6表面的发射率进行计算处理、数据显示与存储。
本发明的表面发射率测量系统结构简单易于安装和维护，不需要对目标材料进行取样，可依据红外测温探测器的温度对测量结果进行补偿，并消除测量环境中的背景辐射对测量结果的影响，测量精度高
在本实施例中，红外测温探测器1包含红外测温传感器11、保护外壳12、散热片13及线缆14；红外测温传感器11安装于保护外壳12内，保护外壳12的外侧套设有多个散热片13。
在本实施例中，红外测温探测器1的保护外壳12采用锥面设计，靠近线缆14的一端为锥面的小端。其优点在于，锥面可以有效的反射环境辐射能量，减小了环境辐射对于测量探头造成的测量误差。可以理解的是，保护外壳12的外表面还可以通过粘贴一层反射膜，用于反射环境辐射能量，减小了环境辐射对于测量探头造成的测量误差。
线缆4宜选用能够耐受苛刻工业现场条件的耐高温屏蔽线缆。
在本实施例中，散热片13设置为3片，散热片13设置为圆形铜板，其中心设置有通孔，圆板通过所述通孔安装在保护壳体12上。相邻两个散热片13之间的距离相等。散热片13的直径在测量环境允许的条件下尽可能大，起到遮挡测量环境中的背景辐射及散热作用。采用铜板的优点在于散热效果好。可以理解的是，散热片13的数量及结构形状还可以根据实际使用工况设定。例如，在一个备选实施例中，散热片13设置为一块四方形钢板。
在本实施例中，红外测温探测器1安装在待测目标物体6上待测点的正上方，距离为5mm。可以理解的是，红外测温探测器1安装在待测目标物体6上待测点的正上方的距离可以根据实际情况在1mm～10mm之间任意设定。
红外测温传感器1的测温范围要求覆盖常温至待测目标物体6表面的最高温度，其视场角可为任意合理角度，但原则上不宜过大，红外测温传感器与其保护外壳紧密贴合，以保证散热效果。可以理解的是，红外测温探测器1的视场角可以选取为35度或20度或3度。
可以理解的是，红外测温探测器1最多设置256只；接触式热力学温度传感器2最多设置512只。接触式热力学温度传感器2可以是但不仅限于是热电偶、铂电阻等，且紧贴待测目标物体6上的待测点安装，具体位置在红外测温探测器视场在待测点表面所覆盖的圆斑边缘处且多个接触式热力学温度传感器均匀排布，安装方式可以是焊接、粘接或压接等。
可以理解的是，每个红外测温探测器1对应一个待测目标物体6上的待测点，每个待测点对应一个或多个接触式热力学温度传感器2。
接触式热力学温度传感器2安装在红外测温探测器1的视场在待测目标点表面投影的边缘处。
在本实施例中，所述信号处理电路包含数据采集单元、信号处理单元以及通讯单元；所述数据采集单元用于采集待测目标物体的表面热力学温度信号及待测目标物体表面经处理过的辐射温度信号，并通过所述信号处理单元进行调理，然后经过所述通讯单元将调理后的信号发送至计算机3；所述信号处理电路采用RS485或CAN或以太网的通讯方式与所述计算机3进行数据通讯。
在本实施例中，计算机3能够对接收的数据进行补偿处理，消除测量环境中的背景辐射对测量结果的影响。
红外测温探测器1在对待测目标物体6进行测量时，接收到的红外辐射包括4部分：待测目标物体6自身发射的红外辐射、待测目标物体6反射的来自周围环境的红外辐射、红外测温探测器外部光学零件产生的红外辐射、测量通道上空气发出的红外辐射。其中，只有来自待测目标物体6的辐射是与目标温度直接相关的，红外测温探测器必须根据其他参数对原始测量数据进行修正才能得到目标的温度测量结果。在实际工程应用中，为了提高温度的测量精度，一方面可以通过在实际使用条件下以标定手段校准温度测量值，另一方面可采取控制测试条件的方法，例如降低测试距离、探测器温度、环境空气温湿度(使空气的透过率近似为1)等。红外测温探测器1在测量物体表面温度时设定其默认物体发射率为1，当其经过校准，消除了空气温湿度及光学元件的影响后，其测量结果就仅包含来自目标的辐射及目标反射的来自周围环境的红外辐射。假定测量环境为一个封闭、稳定而且基本均匀的环境，其内壁相当于一个密闭腔体，则测量环境内部表面的有效发射率可以近似为1。由斯忒藩-玻尔兹曼定律则可解算出目标物体表面发射率。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种表面发射率测量系统，其特征在于：包含红外测温探测器(1)、接触式热力学温度传感器(2)、信号处理电路及计算机(3)；
所述接触式热力学温度传感器(2)设置在待测目标物体(6)的表面，将所述待测目标物体(6)的表面热力学温度信号发送至所述信号处理电路；
所述红外测温探测器(1)设置在所述待测目标物体(6)的上侧，将所述待测目标物体(6)表面的辐射温度信号经过处理后发送至信号处理电路；
所述信号处理电路将接收到的待测目标物体(6)的表面热力学温度信号、待测目标物体(6)表面处理后的辐射温度信号进行调理，然后发送至所述计算机(3)；
所述计算机(3)用于对待测目标物体(6)表面的发射率进行计算处理、数据显示与存储。
2.如权利要求1所述的表面发射率测量系统，其特征在于：所述红外测温探测器(1)包含红外测温传感器(11)、保护外壳(12)、散热片(13)及线缆(14)；所述红外测温传感器(11)安装于所述保护外壳(12)内，所述保护外壳(12)的外侧套设有多个散热片(13)。
3.如权利要求2所述的表面发射率测量系统，其特征在于：所述红外测温探测器(1)安装在待测目标物体(6)上待测点的正上方，距离为1mm～10mm。
4.如权利要求3所述的表面发射率测量系统，其特征在于：所述红外测温探测器(1)的视场角选取为35度或20度或3度。
5.如权利要求4所述的表面发射率测量系统，其特征在于：所述红外测温探测器(1)最多设置256只；所述接触式热力学温度传感器(2)最多设置512只。
6.如权利要求5所述的表面发射率测量系统，其特征在于：每个所述红外测温探测器(1)对应一个待测目标物体(6)上的待测点，每个待测点对应一个或多个接触式热力学温度传感器(2)。
7.如权利要求6所述的表面发射率测量系统，其特征在于：所述接触式热力学温度传感器(2)安装在红外测温探测器(1)的视场在待测目标点表面投影的边缘处。
8.如权利要求1所述的表面发射率测量系统，其特征在于：所述信号处理电路包含数据采集单元、信号处理单元以及通讯单元；所述数据采集单元用于采集待测目标物体的表面热力学温度信号及待测目标物体表面经处理过的辐射温度信号，并通过所述信号处理单元进行调理，然后经过所述通讯单元将调理后的信号发送至所述计算机(3)；所述信号处理电路采用RS485或CAN或以太网的通讯方式与所述计算机(3)进行数据通讯。
9.如权利要求1所述的表面发射率测量系统，其特征在于：所述计算机(3)能够对接收的数据进行补偿处理，消除测量环境中的背景辐射对测量结果的影响。
10.如权利要求2所述的表面发射率测量系统，其特征在于：所述红外测温探测器(1)的保护外壳(12)采用锥面设计，靠近所述线缆(14)的一端为锥面的小端。
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