CN114689186A - 一种热像仪校准方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种热像仪校准方法及系统，包括热像仪、待测基体、多种校准示温材料、加热设备和温度修正值确定模块。本发明实现测量过程中的原位在线校准，校准精确，可有效修正由于水汽、烟气、粉尘等引入的测量误差。
Description
技术领域
本发明涉及一种热像仪校准方法及系统，属于高温测量及校准技术领域。
背景技术
冶金、铸造、化工、制造业以及航空航天等领域中，存在大量的端部件，其 表面温度上限较高，需要测量温度分布情况。由于传统的接触式测温只能测量单 点或多点的温度，不能满足测量温度场的需要，所以多采用热像仪等成像式非接 触测温方法。
而非接触式测温方法却存在需要已知材料表面发射率、光路所经过的介质影 响辐射能量传递、测量角系数削弱辐射能量接收等问题，无法保证测量准确性。 由于热像仪每次使用的环境条件、测量位置角度、光路经过的介质不同，实验室 标定后的热像仪仍无法保证测量的准确性，必须通过现场原位校准的方式修正测 量误差。而热像仪的原位在线校准具有以下难题：
(1)温度高，范围宽，无法使用非接触式传感器作为标准器具：测量现场 无法保证热像仪与标准器具同光路，由于现场空气中可能存在水汽、烟气、粉尘 等，被校热像仪和标准器具受介质影响程度不同，无法进行准确校准。
(2)接触式传感器作为标准器，安装引线影响温场分布：现场原位校准如 果采用接触式传感器作为标准器，存在安装后引线无法排布、大面积影响温场的 问题，导致无法校准。
(3)原位在线校准难度较高：原位校准可以在每一次测量过程中校准，且 不改变被校热像仪的测量位置，校准精确，但是既要获得被测表面的准确温度， 又不能引线影响温场分布，实现难度高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种准确性高、能实现弥散介质 下的原位在线校准的热像仪校准方法及系统。
本发明的技术解决方案：一种热像仪校准方法，通过以下步骤实现：
第一步，选取不少于三种不同固液转变温度的校准示温材料；
第二步，将第一步选择的校准示温材料，安装在待测基体表面上；
第三步，待测基体加热，利用待校准热像仪观察校准示温材料，记录各个校 准示温材料形貌发生变化时，待校准热像仪显示成像的温度；
第四步，确定温度修正值，
将第三步得到待校准热像仪显示成像的温度与该校准示温材料的固液转变 温度求差，得到对应校准示温材料的固液转变温度的温度修正值；
第五步，采用第四步得到的温度修正值，对热像仪显示成像的温度进行修正。
一种热像仪校准系统，包括热像仪、待测基体、多种校准示温材料、加热设 备和温度修正值确定模块；
所述的多种校准示温材料安装在待测基体的表面，加热设备给安装了校准示 温材料的待测基体进行加热，热像仪观察校准示温材料，得到在校准示温材料形 貌发生变化时，热像仪显示成像的温度，温度修正值确定模块对热像仪显示成像 的温度与该校准示温材料的固液转变温度求差，得到对应校准示温材料的固液转 变温度的温度修正值，并对温度修正值进行插值，得到覆盖待校准热像仪工作温 度范围的温度修正值。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)本发明实现测量过程中的原位在线校准，校准精确，可有效修正由于 水汽、烟气、粉尘等引入的测量误差；
(2)本发明无需增加额外的接触或非接触校准设备，只需选取适合的校准 示温材料，结构小型化，响应速度高，对温场影响小；
(3)本发明采用校准的热像仪捕捉由于熔化引起的校准示温材料形貌变化， 方法直观、简便；
(4)本发明使用校准示温材料的固液转变温度作为标准温度，针对校准热 像仪测温面积中的某几个测点，获得修正值，比整个温场测量更加准确；
(5)本发明通过选取不同的校准示温材料，可以适应不同的温度范围，设 计灵活多变；
(6)本发明不受环境变化的影响，可适用于不同弥散介质下的原位现场校 准。
附图说明
图1为本发明流程图；
图2为本发明实施例校准示温材料安装示意图。
具体实施方式
下面结合具体实例及附图对本发明进行详细说明。
本发明将合适的校准示温材料安装至热像仪所测表面，通过比较材料固液变 时热像仪的测量温度与材料固液转变温度之间的差值，获得热像仪的校准结果。
本发明如图1所示，提供一种热像仪校准方法，通过以下步骤实现：
第一步，选取不少于三种不同固液转变温度的校准示温材料。
本步骤根据待校准热像仪工作温度[Tmin,Tmax]，选取不少于三种具有不同固液 转变温度的校准示温材料，其中Tmin为待校准热像仪工作温度下限，Tmax为待校准 热像仪工作温度上限。
本步骤所述的校准示温材料是指在固体转换为液体时有明确的熔点温度及 固液转变时有明显形态变化的材料，可以是金属材料或各种晶体材料等。
优选，校准示温材料的固液转变温度接近待校准热像仪工作温度的上限、下 限以及中间。如待校准热像仪工作温度为400℃～1100℃，选择固液转变温度接 近400℃、750℃、1100℃温度点的相变材料。进一步优选，在待校准热像仪工 作温度范围内选择越多的校准示温材料，校准结果越准确，但试验过程越长、数 据处理越复杂，本领域技术人员可以根据待校准热像仪工作温度范围的大小选择 合适数量的校准示温材料。
第二步，将第一步选择的校准示温材料，安装在待测基体表面上。
本步骤中，可采用焊接或粘接等公知方式，将校准示温材料固定安装在待测 基体表面上。
优选地，本步骤中校准示温材料安装位置为待测基体表面中心及边缘处，每 一处安装位置上尽可能安装上所有种类校准示温材料。
进一步优选，若能明确所需测量温度的位置，本步骤中校准示温材料安装位 置为所需测量温度的位置。
第三步，待测基体加热，利用待校准热像仪观察校准示温材料，记录各个校 准示温材料形貌发生变化时，待校准热像仪显示成像的温度。
本步骤中在未到校准示温材料固液转变温度，待测热像仪观察校准示温材料 初始状态清晰，校准过程中热像仪观察到校准示温材料形貌发生变化时，该温度 为校准示温材料已知的固液转变温度，热像仪显示成像的温度与该校准示温材料 的固液转变温度之间的差值，作为校准示温材料安装位置处的后续校准的依据。
进一步，本步骤可进行多次，求取平均值作为待校准热像仪显示成像的温度。 若多个位置安装校准示温材料，得到每个安装位置的待校准热像仪显示成像的温 度。
第四步，确定温度修正值。
将第三步得到待校准热像仪显示成像的温度与该校准示温材料的固液转变 温度求差，得到对应校准示温材料的固液转变温度的温度修正值。
进一步，本步骤中每一个固液转变温度都对应一个温度修正值，将所有温度 修正值进行插值，得到覆盖待校准热像仪工作温度范围的温度修正值。若多个位 置安装校准示温材料，每个安装位置的温度修正值进行插值，得到每个安装位置 的覆盖待校准热像仪工作温度范围的温度修正值。
第五步，采用第四步得到的温度修正值，对热像仪显示成像的温度进行修正。
本发明采用的原位在线校准，得到热像仪工作条件下的修正值，只需在热像 仪工作前进行，校准更准确。
进一步，本发明提供一种热像仪校准系统，包括热像仪、待测基体、多种校 准示温材料、加热设备和温度修正值确定模块。
多种校准示温材料安装在待测基体的表面，加热设备给安装了校准示温材料 的待测基体进行加热，热像仪观察校准示温材料，得到在校准示温材料形貌发生 变化时，热像仪显示成像的温度，温度修正值确定模块对热像仪显示成像的温度 与该校准示温材料的固液转变温度求差，得到对应校准示温材料的固液转变温度 的温度修正值，并对温度修正值进行插值，得到覆盖待校准热像仪工作温度范围 的温度修正值。
加热设备优选热像仪工作条件下的热环境一致加热的设备，也可采用石英 灯、烘箱等加热器。
实施例
1、原位在线校准保持热像仪使用时的状态不变，校准前确定热像仪测量过 程中的温度范围，本实例中工作温度范围为400℃～1100℃，在接近温度范围上 限1100℃、下限400℃和中间点750℃，选择与锌(420℃)、铝(660℃)、铜(1084 ℃)三种校准示温材料。
2、记录选定校准示温材料所对应的固液转变温度及辨识化设计样式，如图 2所示，采用圆、三角形等进行区别，校准示温材料1为锌，校准示温材料21 为铝，校准示温材料3为铜。
3、将选定的校准示温材料安装在被测基体表面，热像仪成像范围内，通常 选取中心点和四个边角位置，如图2所示，可根据实际需要调整安装位置。
4、开始原位在线校准，打开热像仪采集软件记录被测温场表面温度分布情 况。
5、当画面显示校准示温材料形貌发生变化时，依次记录下不同位置、不同 校准示温材料形貌发生变化时热像仪显示成像的温度。
本步骤重复进行记录四次，得到如表1的测量值。
表1
6、以四次热像仪测量值的平均值作为测量结果，计算其与校准示温材料固 液转变温度的差值得到温度修正值，得到如表2所示数据。
表2
7、对温度修正值进行插值，得到五个安装位置处的覆盖热像仪工作温度范 围的温度修正值。
8、利用步骤7得到的温度修正值对热像仪测量的温度进行修正。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
Claims (10)
1.一种热像仪校准方法，其特征在于，通过以下步骤实现：
第一步，选取不少于三种不同固液转变温度的校准示温材料；
第二步，将第一步选择的校准示温材料，安装在待测基体表面上；
第三步，待测基体加热，利用待校准热像仪观察校准示温材料，记录各个校准示温材料形貌发生变化时，待校准热像仪显示成像的温度；
第四步，确定温度修正值，
将第三步得到待校准热像仪显示成像的温度与该校准示温材料的固液转变温度求差，得到对应校准示温材料的固液转变温度的温度修正值；
第五步，采用第四步得到的温度修正值，对热像仪显示成像的温度进行修正。
2.根据权利要求1所述的一种热像仪校准方法，其特征在于：所述第四步中每一个固液转变温度都对应一个温度修正值，将所有温度修正值进行插值，得到覆盖待校准热像仪工作温度范围的温度修正值。
3.根据权利要求2所述的一种热像仪校准方法，其特征在于：所述第四步中若多个位置安装校准示温材料，每个安装位置的温度修正值进行插值，得到每个安装位置的覆盖待校准热像仪工作温度范围的温度修正值。
4.根据权利要求1所述的一种热像仪校准方法，其特征在于：所述第一步根据待校准热像仪工作温度[Tmin,Tmax]，选取不少于三种具有不同固液转变温度的校准示温材料，其中Tmin为待校准热像仪工作温度下限，Tmax为待校准热像仪工作温度上限；所述的校准示温材料是指在固体转换为液体时有明确的熔点温度及固液转变时有明显形态变化的材料。
5.根据权利要求4所述的一种热像仪校准方法，其特征在于：所述第一步校准示温材料的固液转变温度接近待校准热像仪工作温度的上限、下限以及中间。
6.根据权利要求1所述的一种热像仪校准方法，其特征在于：所述第二步中校准示温材料安装位置为待测基体表面中心及边缘处或能明确所需测量温度的位置，每一处安装位置上安装上所有校准示温材料。
7.根据权利要求6所述的一种热像仪校准方法，其特征在于：所述第三步进行多次，求取平均值作为待校准热像仪显示成像的温度；若多个位置安装校准示温材料，得到每个安装位置的待校准热像仪显示成像的温度。
8.一种热像仪校准系统，其特征在于：包括热像仪、待测基体、多种校准示温材料、加热设备和温度修正值确定模块；
所述的多种校准示温材料安装在待测基体的表面，加热设备给安装了校准示温材料的待测基体进行加热，热像仪观察校准示温材料，得到在校准示温材料形貌发生变化时，热像仪显示成像的温度，温度修正值确定模块对热像仪显示成像的温度与该校准示温材料的固液转变温度求差，得到对应校准示温材料的固液转变温度的温度修正值，并对温度修正值进行插值，得到覆盖待校准热像仪工作温度范围的温度修正值。
9.根据权利要求8所述的一种热像仪校准系统，其特征在于：所述的温度修正值确定模块对热像仪多次显示成像的温度求取平均值，作为与校准示温材料的固液转变温度求差的热像仪显示成像的温度。
10.根据权利要求8所述的一种热像仪校准系统，其特征在于：所述的校准示温材料安装位置为待测基体表面中心及边缘处或能明确所需测量温度的位置，每一处安装位置上安装上所有校准示温材料。
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