CN109932063A - 一种铝合金热成形过程中温度的测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种铝合金热成形过程中温度的测量装置及方法，属于温度测量领域。红外测温法难以在铝轧制生产线中应用的问题。一种铝合金热成形过程中温度的测量装置及方法，将物镜对准被测物体，被测物体所辐射的能量通过物镜进入狭缝；再经准直物镜后变成一束平行光打到光栅上，光栅将光束反射给聚焦物镜；聚焦物镜将不同波长的光分开来形成光谱由线阵热释电传感器接收，同时转换变成电信号；然后将电信号经过驱动电路及数据采集系统放大；放大后的电信号通过USB总线传输到上位机上，在上位机上编写相应的软件来处理、显示和存储数据，最后根据多光谱算法得到目标的温度和光谱发射率；最终由LCD显示器显示。实现铝板温度在线高精度测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金热成形过程中温度的测量装置及方法。
背景技术
在铝工业中，为了提高产品质量和生产效率，需要在多个生产过程中检测铝板的温度。由于铝板铝轧制过程多是运动的，所以采用热电偶或热电阻等接触法不太适用。而由于铝的发射率非常低而且变化（0.1左右），反射率非常高，表面还可能有水或油膜，红外测温法在铝轧制生产线中应用是世界难题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有红外测温法难以在铝轧制生产线中应用的问题，而提出一种铝合金热成形过程中温度的测量装置及方法。
一种铝合金热成形过程中温度的测量装置，所述的测量装置包括物镜、准直物镜、光栅、聚焦物镜、热释电传感器、驱动电路及数据采集系统、LCD显示器、上位机；准直物镜接收物镜的信息，光栅接收准直物镜的信息，聚焦物镜接收光栅的信息，热释电传感器接收聚焦物镜的信息，驱动电路及数据采集系统接收热释电传感器的信息，上位机以及LCD显示器接收驱动电路及数据采集系统的信息；
并且，驱动电路及数据采集系统包括：放大器、滤波器、积分器；信号走向依次经过放大器、滤波器、积分器；
其中，热释电传感器的D、S、E极分别作为驱动电路及数据采集系统的场效应管漏极、S经过热释电探测器转换后的电信号输出端、场效应管的负极。
一种铝合金热成形过程中温度的测量方法，所述的测量方法包括以下步骤：
步骤一、将物镜对准被测物体，被测物体所辐射的能量通过物镜进入狭缝；
步骤二、再经准直物镜后变成一束平行光打到光栅上，光栅将光束反射给聚焦物镜；
步骤三、聚焦物镜将不同波长的光分开来形成光谱由线阵热释电传感器接收，同时热释电传感器将物体辐射产生的光信号转换变成电信号；
步骤四、但步骤三的电信号非常微弱需将其放大之后再采集，然后将电信号经过驱动电路及数据采集系统放大；
步骤五、放大后的电信号通过USB总线传输到上位机上，在上位机上编写相应的软件来处理、显示和存储数据，最后根据多光谱算法得到目标的温度和光谱发射率；最终由LCD显示器显示。
本发明的有益效果为：
本发明采用多光谱辐射测温方法，通过多光谱信息处理算法，结合铝合金板轧制工艺过程，消除环境影响，实现铝板温度在线高精度测量。本发明可以为我国铝材生产工业提供准确和可靠的温度测量手段，对提高我国铝材生产质量和效率具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明涉及的结构示意图；
图2为本发明涉及的方法流程示意图；
图3为本发明涉及的驱动电路及数据采集系统的电路原理图。
具体实施方式
具体实施方式一：
本实施方式的一种铝合金热成形过程中温度的测量装置，所述的测量装置包括物镜1、准直物镜2、光栅3、聚焦物镜4、热释电传感器5、驱动电路及数据采集系统6、LCD显示器7、上位机8；准直物镜2接收物镜1的信息，光栅3接收准直物镜2的信息，聚焦物镜4接收光栅3的信息，热释电传感器5接收聚焦物镜4的信息，驱动电路及数据采集系统6接收热释电传感器5的信息，上位机8以及LCD显示器7接收驱动电路及数据采集系统6的信息；
并且，驱动电路及数据采集系统6包括：放大器9、滤波器10、积分器11；信号走向依次经过放大器9、滤波器10、积分器11；
其中，热释电传感器5的D、S、E极分别作为驱动电路及数据采集系统6的场效应管漏极，用于接+12V的电源、经过热释电探测器转换后的电信号输出端、场效应管的负极，用于接地；
测量时首先要将红外多光谱辐射测温仪的物镜对准被测物体，这样被测物体所辐射的能量就会通过物镜进入狭缝，然后再经准直物镜2后变成一束平行光打到光栅3上，光栅3将不同波长的光分开来形成光谱由线阵PbSe 探测器接收，同时PbSe探测器将物体辐射产生的光信号转换变成电信号。但此时的电信号非常微弱需将其放大之后再采集，然后经过放大后的电信号通过USB总线传输到PC机上，在PC机上编写相应的软件来处理、显示和存储数据，最后根据多光谱算法得到目标的温度和光谱发射率。
具体实施方式二：
与具体实施方式一不同的是，本实施方式的一种铝合金热成形过程中温度的测量装置，所述的测量装置还包括菲涅尔光学透镜，菲涅尔光学透镜设置在热释电探测器的镜头上，提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，菲涅尔透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行动。菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当被测物从透镜前经过时，发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。
具体实施方式三：
与具体实施方式二不同的是，本实施方式的一种铝合金热成形过程中温度的测量装置，所述的热释电传感器5为RE200B双元热释电传感器5，这种传感器灵敏元面积 2.0×1.0mm2，基片厚度 0.5mm，工作波长 7-14μm，平均透过率 ＞75%，输出信号 ＞2.5V(420°k黑体1Hz调制频率0.3-3.0Hz 带宽72.5db增益)，噪声 ＜200mV(mVp-p) (25℃)，平衡度 ＜20%，工作电压 2.2-15V，工作电流 8.5-24μA(VD=10V,Rs=47kΩ,25℃)，源极电压 0.4-1.1V(VD=10V,Rs=47kΩ,25℃)，工作温度 -20℃- +70℃，保存温度 -35℃- +80℃，视场139°×126°。并且采用双灵敏元互补方法有效的抑制温度的起伏、振动温度变化产生的干扰，提高了传感器的工作稳定性，并且它的各项指数都比较好。适用于对人体温度和一些生产线上温度不是很高的地方使用。
具体实施方式四：
与具体实施方式三不同的是，本实施方式的一种铝合金热成形过程中温度的测量装置，所述的积分器11选用ICL7106积分式A/D转换器。积分式A/D转换器精度成本低；精度与积分电阻，积分电容的精度有关，故可以降低对元件质量的要求；抗干扰能力强；并且它的外围电路简单。
具体实施方式五：
与具体实施方式四不同的是，本实施方式的一种铝合金热成形过程中温度的测量装置，所述的LCD显示器7由多位液晶显示驱动器ICL7106和标准段式液晶显示屏EDS801及其他一些元器件组成。经过驱动电路及数据采集系统6处理过的信号，经过输入端口进入多位液晶显示驱动器ICL7106的A/D转换电路，由多位液晶显示驱动器ICL7106进行A/D转换，再与标准段的EDS801显示屏显示出被测物的温度。
具体实施方式六：
本实施方式的一种铝合金热成形过程中温度的测量方法，所述的测量方法包括以下步骤：
步骤一、将物镜对准被测物体，被测物体所辐射的能量通过物镜进入狭缝；
步骤二、再经准直物镜后变成一束平行光打到光栅上，光栅将光束反射给聚焦物镜；
步骤三、聚焦物镜将不同波长的光分开来形成光谱由线阵热释电传感器接收，同时热释电传感器将物体辐射产生的光信号转换变成电信号；
步骤四、但步骤三的电信号非常微弱需将其放大之后再采集，然后将电信号经过驱动电路及数据采集系统放大；
步骤五、放大后的电信号通过USB总线传输到上位机上，在上位机上编写相应的软件来处理、显示和存储数据，最后根据多光谱算法得到目标的温度和光谱发射率；最终由LCD显示器显示。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种铝合金热成形过程中温度的测量装置，其特征在于：所述的测量装置包括物镜、准直物镜、光栅、聚焦物镜、热释电传感器、驱动电路及数据采集系统、LCD显示器、上位机；准直物镜接收物镜的信息，光栅接收准直物镜的信息，聚焦物镜接收光栅的信息，热释电传感器接收聚焦物镜的信息，驱动电路及数据采集系统接收热释电传感器的信息，上位机以及LCD显示器接收驱动电路及数据采集系统的信息；
并且，驱动电路及数据采集系统包括：放大器、滤波器、积分器；信号走向依次经过放大器、滤波器、积分器；
其中，热释电传感器的D、S、E极分别作为驱动电路及数据采集系统的场效应管漏极、S经过热释电探测器转换后的电信号输出端、场效应管的负极。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金热成形过程中温度的测量装置，其特征在于：所述的测量装置还包括菲涅尔光学透镜，菲涅尔光学透镜设置在热释电探测器的镜头上。
3.根据权利要求2所述的一种铝合金热成形过程中温度的测量装置，其特征在于：所述的热释电传感器为RE200B双元热释电传感器。
4.根据权利要求3所述的一种铝合金热成形过程中温度的测量装置，其特征在于：所述的积分器选用ICL7106积分式A/D转换器。
5.根据权利要求4所述的一种铝合金热成形过程中温度的测量装置，其特征在于：所述的LCD显示器由多位液晶显示驱动器ICL7106和标准段式液晶显示屏EDS801组成。
6.一种利用上述任意权利要求所述的一种铝合金热成形过程中温度的测量装置的测量方法，其特征在于：所述的测量方法包括以下步骤：
步骤一、将物镜对准被测物体，被测物体所辐射的能量通过物镜进入狭缝；
步骤二、再经准直物镜后变成一束平行光打到光栅上，光栅将光束反射给聚焦物镜；
步骤三、聚焦物镜将不同波长的光分开来形成光谱由线阵热释电传感器接收，同时热释电传感器将物体辐射产生的光信号转换变成电信号；
步骤四、但步骤三的电信号非常微弱需将其放大之后再采集，然后将电信号经过驱动电路及数据采集系统放大；
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