CN116429286B - 物体表面瞬态温度测量方法、装置、设备及可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种物体表面瞬态温度测量方法、装置、设备及可读存储介质，涉及材料温度测量技术领域，包括响应于移动体位移经过第一被测区域时刻，发送第一控制命令，第一控制命令包括控制能量注入系统对第一被测区域进行能量注入的命令；获取光信号，光信号由第一被测区域产生相变并辐射的信号；对光信号进行数据处理得到光谱信息；根据光谱信息与预设的光谱强度与温度映射关系，确定移动体位移经过第一被测区域后的表面温度。本发明通过将能量注入物体表面产生的等离子体光谱用于表征物体表面温度，其可以实现超高时间分辨的高速瞬态表面温度测量，适用于高速物理过程物体表面温度原位、实时、无损测量。
Description
技术领域
本发明涉及材料温度测量技术领域，具体而言，涉及物体表面瞬态温度测量方法、装置、设备及可读存储介质。
背景技术
直线电磁推进是一种新兴的直线推进技术，适用于高功率、短行程发射大载荷，在各个领域有重大应用。直线电磁推进系统发射时，轨道承受着电枢的高速滑动电接触，处于大电流、高温度、强磁场的工作环境，会出现表面刨削、转捩和电弧烧蚀及载流摩擦磨损等现象，使其寿命缩短，影响一体化发射组件膛内姿态。其中，温度是制约材料相变、表面气体电离与电弧烧蚀等过程的关键物理量。准确测量表面温度有助于揭示高速载流摩擦的复杂物理过程及其损伤机制。然而，推进系统摩擦副表面温度演化时间在“百微秒”量级，因而要求其瞬态温度测量的时间分辨至少达到“微秒”量级，相爆炸等过程甚至需要达到“纳秒”级的时间分辨。但是目前的温敏传感器接触测温又或红外热成像测温无法实现上述测试条件，现在亟需一种物体表面瞬态温度测量方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种物体表面瞬态温度测量方法、装置、设备及可读存储介质，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
第一方面，本申请提供了一种物体表面瞬态温度测量方法，包括：响应于移动体位移经过第一被测区域时刻，发送第一控制命令，所述第一控制命令包括控制能量注入系统对所述第一被测区域进行能量注入的命令；获取光信号，所述光信号由所述第一被测区域产生相变并辐射的信号；对所述光信号进行数据处理得到光谱信息；根据所述光谱信息与预设的光谱强度与温度映射关系，确定所述移动体位移经过所述第一被测区域后的表面温度。
第二方面，本申请还提供了一种物体表面瞬态温度测量装置，包括：发送单元，用于响应于移动体位移经过第一被测区域时刻，发送第一控制命令，所述第一控制命令包括控制能量注入系统对所述第一被测区域进行能量注入的命令；获取单元，用于获取光信号，所述光信号由所述第一被测区域产生相变并辐射的信号；光谱处理单元，用于对所述光信号进行数据处理得到光谱信息；温度确认单元，用于根据所述光谱信息与预设的光谱强度与温度映射关系，确定所述移动体位移经过所述第一被测区域后的表面温度。
第三方面，本申请还提供了一种物体表面瞬态温度测量设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现所述物体表面瞬态温度测量方法的步骤。
第四方面，本申请还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于物体表面瞬态温度测量方法的步骤。
本发明的有益效果为：
本发明通过将能量注入物体表面产生的等离子体光谱用于表征物体表面温度，其可以实现超高时间分辨的高速瞬态表面温度测量，且测量对象可以是固体、液体或者气体，适用于高速物理过程物体表面温度原位、实时、无损测量。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例中所述的物体表面瞬态温度测量方法流程示意图；
图2为本发明实施例中所述的不同温度下光谱特性的差异图；
图3为本发明实施例中所述的不同温度下光谱特性的差异图；
图4为本发明实施例中所述的不同温度下光谱特性激光注入到物体表面过程示意图；
图5为本发明实施例中所述的不同下延时下光谱特性的差异图；
图6为本发明实施例中所述的物体表面瞬态温度测量装置结构示意图；
图7为本发明实施例中所述的物体表面瞬态温度测量设备结构示意图。
图中标记：1、发送单元；2、获取单元；21、第一发送子单元；22、第二发送子单元；23、信息采集单元；3、光谱处理单元；4、温度确认单元；41、第一获取子单元；411、第三发送子单元；412、第四发送子单元；413、第二获取子单元；42、预处理单元；421、插值计算单元；422、背景扣除单元；423、小波分解单元；424、小波筛选单元；425、小波逆转化单元；43、第一提取单元；44、第二提取单元；45、关系拟合单元；451、矩阵构造单元；452、归一化单元；453、模型构造单元；454、模型训练单元；5、多点测试单元；51、第五发送子单元；52、第三获取子单元；53、第六发送子单元；54、第四获取子单元；55、温度确认子单元；56、结果汇总单元；800、物体表面瞬态温度测量设备；801、处理器；802、存储器；803、多媒体组件；804、I/O接口；805、通信组件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、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清楚、完整地描述，显然，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1：
本实施例提供了一种物体表面瞬态温度测量方法。以及，对应的测量系统，在本申请中测量系统包括了激光入射系统、激光聚焦透镜组、光采集与色散系统，也包括其它辅助的设备如时序控制DG535、激光能量计、示波器、光电二极管等未详细列出。
本申请中采用脉冲纳秒激光器 (GKNPL-1064-1 K) 主要用于烧蚀被测物体表面产生等离子体，其中，激光脉宽决定了激光作用于被测物体表面材料的时间，影响最终温度测量的时间分辨能力，一般采用纳秒脉宽的激光器即能满足常规使用要求。激光聚焦透镜组主要用于聚焦脉冲激光，以提高激光烧蚀表面材料功率密度，达到表面材料相变阈值，以产生高温高密度的等离子体，并辐射出等离子体光谱信息。
本申请中聚焦透镜组可根据需要改变透镜的焦距参数、数量、组合方式等，只要可以使得被测物体表面材料发生相变，并辐射出足够强度的等离子体光谱信息即可，本申请中不做出具体的限制，为了示范性说明，在本申请中激光聚焦透镜组的焦距采用f=50 mm，通过光纤和焦距f=100 mm的透镜收集等离子体自发光；
本申请中光采集系统，主要用于对被测物体在受到聚焦脉冲激光作用后所产生的等离子体辐射，进行光聚焦并聚焦于光纤探头，实现对光谱信息的采集。光采集系统由两块凸透镜组成，可根据需要改变透镜的焦距参数、数量、组合方式等，只要可以使得被测物体表面产生的等立体子辐射光聚焦于光纤探头上即可。
色散系统指常用的光谱分析仪器，主要用于对光纤探头中采集到的等立体幅射光进行分光，并利用光谱信号探测器将光信号转化为电信号进行输出。光谱仪的分光能力与所能采集的光信号波段范围能够影响所采集的光谱质量，一般采用中阶梯光谱仪作为光谱分析仪器；由于等离子体辐射光存在时间极端，光谱信号探测器的时间分辨能力会影响光谱质量，采用增强电荷耦合器件（ICCD）作为光谱信号探测器。同时，光谱仪狭缝宽度设定为20 μm。
同时本申请通过光电二极管可探测纳秒激光的出光时刻，并在示波器上与ICCD门宽动作信号相互参考，作为系统的时序；利用数值延时触发器DG535统一控制激光器和ICCD的动作时刻。
参见图1，图中示出了本方法包括步骤S100、步骤S200、步骤S300和步骤S400。
S100、响应于移动体位移经过第一被测区域时刻，发送第一控制命令，第一控制命令包括控制能量注入系统对第一被测区域进行能量注入的命令。
需要说明的是，在本申请中移动体即为摩擦滑块，第一被测区域为直线电磁推进轨道的摩擦副表面。而，能量注入系统包括但不限于激光能量注入或者脉冲电流供能的方式，在本申请中优选为激光能量注入的方式。
S200、获取光信号，光信号由第一被测区域产生相变并辐射的信号。
S300、对光信号进行数据处理得到光谱信息。
需要说明的是，在本申请中光信号和光谱信息均由光谱分析仪器采集并转化得到。
S400、根据光谱信息与预设的光谱强度与温度映射关系，确定移动体位移经过第一被测区域后的表面温度。
需要说明的是，本步骤即为通过提取光谱信息的光谱强度与一个预设的光谱强度与温度的对应关系，推算得到移动体位移经过第一被测区域后的表面温度。
图2展示的是不同温度下光谱特性的差异图，从图中可以看出，其主要差异是强度的不同。由图2可知，物体表面温度越高，其光谱强度越大。导致该现象可能是因为以下三个原因：
（1）样品表面温度升高导致激光烧蚀材料阈值降低，高温表面材料被烧蚀的质量相对更多。
（2）样品温度升高使得表面附近空气密度降低，等离子体羽流与周围空气能量交换过程弱，等离子体自身能量损失少。
（3）温度升高使得金属样品表面发射率降低，材料表面可以吸收更多的激光能量。
总之，物体表面温度会影响光谱特性，尤其是光谱强度，这使得采用激光烧蚀物体表面产生的等离子体光谱以表征物体表面温度成为可能。
在本实施例中通过上述实施步骤，利用激光注入的方式对直线电磁推进轨道的摩擦副表面进行能量注入使其发生跃迁现象并产生等离子体辐射光线，通过对等离子体辐射光线的强度与关系的相互关系，间接测量直线电磁推进轨道的表面温度。同时依靠于激光注入物体表面使其相变烧蚀的时间尺度约10 ns，其能在“纳秒”级的时间分辨下反应出物体表面的温度变化情况，实现瞬态测量物体表面温度。
进一步地，在本申请中为了进一步地准确量化离子体辐射光线与温度之间的相互关系，在本申请中，步骤S200中还包括步骤S210、步骤S220和步骤S230。
S210、响应于第一控制命令，在第一时间间隔后发送开始采集命令，开始采集命令包括开启光谱仪进行光信号采集的命令。
具体而言，在本申请中第一时间时间为0.5μs。
S220、响应于开始采集命令，在第二时间间隔后发送停止采集命令，停止采集命令包括关闭光谱仪进行光信号采集的命令，第一时间间隔小于第二时间间隔。
具体而言，在本申请中第一时间时间为1μs。
S230、将光谱仪采集的数据作为光信号。
在本实施例中纳秒级别激光注入到物体表面过程示意可以用图3解释。当激光I0入射固体靶面时，首先穿过早期形成的等离子体，等离子体吸收一部分激光能量；未被吸收的激光I1继续辐照靶面，在环境气体和液体表面，部分激光IR将被反射，最后激光I2将作用于固/液体，其作用强度I3以指数形式分布。
同时，参见图4展示了激光烧蚀物体表面后作用的烧蚀坑，本申请中采用的能量24mJ，波长1064nm的激光，通过焦距f=50mm的透镜聚焦，在物体表面产生直径约250 μm烧蚀坑。说明本申请提出的测量技术具有较高的空间分辨能力。同时根据，根据采集光谱的延时与采集的时间窗口不同，测量到的光谱特性也不同。图5给出了0.5μs、2μs、4μs、8μs延时，光谱采集时间窗口为1μs的光谱特性。由此可见随着时间进行，光谱辐射强度逐渐降低，连续光谱逐渐消失，线状光谱越来越明显。即，在等离子体产生早期可观察到Zn离子的谱线ZnⅡ 491.16 nm，但在等离子体膨胀的晚期时谱线几乎没有。结合现有技术中线状光谱是由原子或离子中能量从较高能级向较低能级跃迁时，辐射出出的一种单一波长的光波。由于每一种元素的跃迁能级不一样，每一条线状光谱都与某元素唯一对应。同时结合激光诱导等离子体光谱演化特性表明，等离子体光谱在某个阶段表现出很好的线状光谱，符合本申请所提出的测量要求。
然而，因为激光诱导等离子体的温度和密度对光谱的演化特性影响很大，早期等离子体处于高温高密度状态，等离子体热运动较为剧烈，韧致辐射很强，谱线主要以连续谱为主。元素也多以高价态的离子形式存在。随着时间进行，等离子体温度和密度逐渐降低，光谱辐射以线谱为主，而此时元素多以原子或者低价态的离子形式存在。所以，本申请中认为光谱采集的延时和时间窗口对于确定光谱质量十分重要，故，本申请中采用的是采集延时0.5μs，采集时间窗口1μs。因为该条件下光谱中韧致辐射几乎没有，以线状光谱为主，且信噪比较高，能较好的体现出材料本身的温度状态。
即，在本申请中通过上述步骤，上限采集0.5μs延时和1μs的采集窗口采集线性特征光谱的光信号作为处理基础。
同时，为进一步地为了便于后续数据处理，还可以采用增加激光功率、双脉冲激光烧蚀、磁场约束等离子体增强光谱、空间约束等离子体增强光谱等等方式增强光谱信噪比。
进一步地，在本实施例中为了获取得到预设的光谱强度与温度映射关系，还包括步骤S410、步骤S420、步骤S430、步骤S440和步骤S450。
S410、获取温度集和光谱集，温度集内包括至标准样品在至少两个温度条件下的温度，光谱集内包括在每个温度采集到标准样品在绝热环境下的光谱信息。
需要说明的是，在本申请中标准样品即与直线电磁推进轨道的摩擦副相同的材料以此达到挖掘温度与光谱强度准确映射关系。
S420、对光谱集内的光谱信息进行预处理，得到预处理后的光谱信息。
S430、提取预处理后的每个光谱信息中的特征线状光谱，得到特征线状光谱集合。
即，在本申请中为提取Zn离子的谱线Zn Ⅱ 491.16 nm的特征线状光谱强度作为本申请的计算基础。同时对于本领域的技术人员而言，也可以选择其他的元素的特征谱线作为计算的基础，本申请中不做出具体的限制。
S440、提取预处理后的特征线状光谱集合中的光谱强度，得到光谱强度。
需要说明的是在本身其中根据光谱信息提取每个光谱中特征现状光谱的光谱强度为本领域的公知常识，本申请中不在赘述。
S450、对光谱强度和温度集进行映射关系拟合，得到强度与温度映射关系。
其中需要说明的是，在进行映射关系的拟合可采用多种方式，比如线性回归、最小二乘、BP神经网络等算法实现。
同时，为了在本申请中为了进一步从数据本申请中提升信噪比，在本申请中步骤S420中包括步骤S421、步骤S422、步骤S423、步骤S424和步骤S425。
S421、对光谱集内的每个光谱信息进行预设次数的样条插值计算，得到每个光谱信息的平均基准。
需要说明的是，在本申请中通过三次的插值计算基线，并转化为平均基准值。
S422、根据每个光谱信息的平均基准对光谱集内的光谱信息进行背景辐射扣除，并更新光谱集为背景辐射扣除的数据。
S423、对每个光谱信息进行小波变换分解得到，至少三个小波系数。
S424、根据预设的阈值筛选所有的小波系数，得到筛选后的每个光谱信息对应的小波系数。
S425、根据每个光谱信息对应的小波系数进行小波逆变化得到去噪后的每个光谱信息。
在本步骤中通过三次样条插值计算基线并从原始数据中减去进而除去背景辐射，并利用小波变换法出去光谱的噪声，进而提高光谱的信噪比利于数据拟合。
同时，在本申请中为了使得标定过程更加准确，在本申请中为了提供以一种使得被测物体在一个绝热的环境下进行。即，在绝热环境下，以排除稳态高温物体改变物体表面空气密度分布，影响激光诱导等离子体的辐射光谱，导致标定误差的情况发生。由于真正的绝热环境是难以实现，故，本申请中采用脉冲电流加热标准样品模拟上述过程，温度瞬态演化过程中标准样品来不及与周围空气进行热交换，可以近似为绝热状态。
具体而言，即步骤S410中包括步骤S411、步骤S412和步骤S413。
S411、发送升温命令，升温命令包括控制脉冲电流加热设备加热标准样品到预设温度的命令。
S412、响应于升温命令，发送第二控制命令，第二控制命令包括控制能量注入系统对标准样品进行能量注入的命令。
S413、获取预设温度对应的光谱信号，并将光谱信号作为光谱集中一个元素。
通过上述的步骤，本申请可以对单点位置温度快速进行快速的测量，并能准确得到物体的表面温度，同时可以通过进一步测量移动体位移经过第一被测区域前、移动体位移经过第一被测区域时、移动体位移经过第一被测区域后三个时间段的温度状态，可以得出不同时刻下该点表面瞬时温度，可用于研究高速物理过程中物体表面温升特性。
在本申请中还提供了一种拟合光谱强度与温度映射关系的方式。即，步骤S450包括步骤S451、步骤S452、步骤S453和步骤S454。
S451、根据光谱强度和温度集构建因变量矩阵和自变量向量，其中，因变量矩阵每一行代表一个观测值，因变量矩阵每一列代表一个光谱强度，自变量向量中的每个元素代表一个温度。
S452、对因变量矩阵和自变量向量进行中心化和方差归一化处理，并更新因变量矩阵和自变量向量。
S453、通过偏最小二乘法建立定标模型，并将因变量矩阵和自变量向量作为定标模型输入信息。
S454、训练并求解定标模型，得到光谱强度与温度映射关系。
进一步地，在本申请中还提供了多点不同延迟温度高频动词态测量方案，使用多台脉冲激光配合数字延时脉冲发生器DG535，对摩擦副表面不同位置、不同延时进行烧蚀激发，并通过光谱仪ICCD的高频动态响应模块，实现等离子体光谱的动态采集。既计算好物体通过每个点位的不同时刻，并利用DG535精准控制不同点位激光触发和光谱采集时刻，与高速摩擦滑块动态位置对应，对物体运动过该点的前、后瞬时的光谱数据进行采集，既得到物体运动过程中不同点位的光谱信息，利用拟合的特征线状光谱信息与物体表面温度的映射关系对其温度进行计算，可获得物体在高速载流摩擦过程中不同点位的表面温度。具体而言，即,本方法中还包括步骤S500、步骤S600、步骤S700、步骤S800、步骤S900和步骤S1000。
S500、响应于第一控制命令，在第三时间间隔后发送第二控制命令，第二控制命令包括控制能量注入系统对第二被测区域进行能量注入的命令，第三时间间隔为移动体从第一被测区移动抵达第二被测区域的时间。
S600、获取第一辅助光信号，光信号由第二被测区域产生相变并辐射的信号。
S700、响应于第二控制命令，在第四时间间隔后发送第三控制命令，第三控制命令包括控制能量注入系统对第二被测区域进行能量注入的命令，第四时间间隔为移动体移动经过第二被测区域的时间。
S800、获取第二辅助光信号，光信号由第二被测区域产生相变并辐射的信号。
S900、根据第一辅助光信号和第二辅助光信号，确定第二被测区域在移动体经过前的表面温度和经过后的表面温度。
S1000、根据移动体位移经过第一被测区域后的表面温度、第二被测区域在移动体经过前的表面温度和经过后的表面温度作为高速载流摩擦过程表面温度动态测量结果，高速载流摩擦过程表面温度动态测量结果用于确定高速载流摩擦过程中材料温升特性。
通过上述方式，在本申请实现高速载流摩擦过程表面温度一次性动态测量，可对于确定高速载流摩擦过程中材料升温过程，进而确定其材料温升特性。其中根据材料升温过程进而确定其材料温升特性，不是本申请所要解决的问题，故，不在此赘述。
实施例2：
如图6所示，本实施例提供了一种物体表面瞬态温度测量装置，装置包括：
发送单元1，用于响应于移动体位移经过第一被测区域时刻，发送第一控制命令，第一控制命令包括控制能量注入系统对第一被测区域进行能量注入的命令。
获取单元2，用于获取光信号，光信号由第一被测区域产生相变并辐射的信号。
光谱处理单元3，用于对光信号进行数据处理得到光谱信息。
温度确认单元4，用于根据光谱信息与预设的光谱强度与温度映射关系，确定移动体位移经过第一被测区域后的表面温度。
在一些具体的实施例中，获取单元2，包括：
第一发送子单元21，用于响应于第一控制命令，在第一时间间隔后发送开始采集命令，开始采集命令包括开启光谱仪进行光信号采集的命令。
第二发送子单元22，用于响应于开始采集命令，在第二时间间隔后发送停止采集命令，停止采集命令包括关闭光谱仪进行光信号采集的命令，第一时间间隔小于第二时间间隔。
信息采集单元23，用于将光谱仪采集的数据作为光信号。
在一些具体的实施例中，温度确认单元4，包括：
第一获取子单元41，用于获取温度集和光谱集，温度集内包括至标准样品在至少两个温度条件下的温度，光谱集内包括在每个温度采集到标准样品在绝热环境下的光谱信息。
预处理单元42，用于对光谱集内的光谱信息进行预处理，得到预处理后的光谱信息。
第一提取单元43，用于提取预处理后的每个光谱信息中的特征线状光谱，得到特征线状光谱集合。
第二提取单元44，用于提取预处理后的特征线状光谱集合中的光谱强度，得到光谱强度。
关系拟合单元45，用于对光谱强度和温度集进行映射关系拟合，得到强度与温度映射关系。
在一些具体的实施例中，预处理单元42，包括：
插值计算单元421，用于对光谱集内的每个光谱信息进行预设次数的样条插值计算，得到每个光谱信息的平均基准。
背景扣除单元422，用于根据每个光谱信息的平均基准对光谱集内的光谱信息进行背景辐射扣除，并更新光谱集为背景辐射扣除的数据。
小波分解单元423，用于对每个光谱信息进行小波变换分解得到，至少三个小波系数。
小波筛选单元424，用于根据预设的阈值筛选所有的小波系数，得到筛选后的每个光谱信息对应的小波系数。
小波逆转化单元425，用于根据每个光谱信息对应的小波系数进行小波逆变化得到去噪后的每个光谱信息。
在一些具体的实施例中，第一获取子单元41，包括：
第三发送子单元411，用于发送升温命令，升温命令包括控制脉冲电流加热设备加热标准样品到预设温度的命令。
第四发送子单元412，用于响应于升温命令，发送第二控制命令，第二控制命令包括控制能量注入系统对标准样品进行能量注入的命令。
第二获取子单元413，用于获取预设温度对应的光谱信号，并将光谱信号作为光谱集中一个元素。
在一些具体的实施例中，关系拟合单元45，包括：
矩阵构造单元451，用于根据光谱强度和温度集构建因变量矩阵和自变量向量，其中，因变量矩阵每一行代表一个观测值，因变量矩阵每一列代表一个光谱强度，自变量向量中的每个元素代表一个温度。
归一化单元452，用于对因变量矩阵和自变量向量进行中心化和方差归一化处理，并更新因变量矩阵和自变量向量。
模型构造单元453，用于通过偏最小二乘法建立定标模型，并将因变量矩阵和自变量向量作为定标模型输入信息。
模型训练单元454，用于训练并求解定标模型，得到光谱强度与温度映射关系。
在一些具体的实施例中，本装置还包括多点测试单元5，其中多点测试单元5包括：
第五发送子单元51，用于响应于第一控制命令，在第三时间间隔后发送第二控制命令，第二控制命令包括控制能量注入系统对第二被测区域进行能量注入的命令，第三时间间隔为移动体从第一被测区移动抵达第二被测区域的时间。
第三获取子单元52，用于获取第一辅助光信号，光信号由第二被测区域产生相变并辐射的信号。
第六发送子单元53，用于响应于第二控制命令，在第四时间间隔后发送第三控制命令，第三控制命令包括控制能量注入系统对第二被测区域进行能量注入的命令，第四时间间隔为移动体移动经过第二被测区域的时间。
第四获取子单元54，用于获取第二辅助光信号，光信号由第二被测区域产生相变并辐射的信号。
温度确认子单元55，用于根据第一辅助光信号和第二辅助光信号，确定第二被测区域在移动体经过前的表面温度和经过后的表面温度。
结果汇总单元56，用于根据移动体位移经过第一被测区域后的表面温度、第二被测区域在移动体经过前的表面温度和经过后的表面温度作为高速载流摩擦过程表面温度动态测量结果，高速载流摩擦过程表面温度动态测量结果用于确定高速载流摩擦过程中材料温升特性。
需要说明的是，关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
实施例3：
相应于上面的方法实施例，本实施例中还提供了一种物体表面瞬态温度测量设备，下文描述的一种物体表面瞬态温度测量设备与上文描述的一种物体表面瞬态温度测量方法可相互对应参照。
图7是根据示例性实施例示出的一种物体表面瞬态温度测量设备800的框图。如图7所示，该物体表面瞬态温度测量设备800可以包括：处理器801，存储器802。该物体表面瞬态温度测量设备800还可以包括多媒体组件803， I/O接口804，以及通信组件805中的一者或多者。
其中，处理器801用于控制该物体表面瞬态温度测量设备800的整体操作，以完成上述的物体表面瞬态温度测量方法中的全部或部分步骤。存储器802用于存储各种类型的数据以支持在该物体表面瞬态温度测量设备800的操作，这些数据例如可以包括用于在该物体表面瞬态温度测量设备800上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据，例如联系人数据、收发的消息、图片、音频、视频等等。该存储器802可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(StaticRandom Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。多媒体组件803可以包括屏幕和音频组件。其中屏幕例如可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。例如，音频组件可以包括一个麦克风，麦克风用于接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器802或通过通信组件805发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。I/O接口804为处理器801和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。通信组件805用于该物体表面瞬态温度测量设备800与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信，例如Wi-Fi，蓝牙，近场通信(Near FieldCommunication，简称NFC)，2G、3G或4G，或它们中的一种或几种的组合，因此相应的该通信组件805可以包括：Wi-Fi模块，蓝牙模块，NFC模块。
在一示例性实施例中，物体表面瞬态温度测量设备800可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal ProcessingDevice，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的物体表面瞬态温度测量方法。
在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述的物体表面瞬态温度测量方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器802，上述程序指令可由物体表面瞬态温度测量设备800的处理器801执行以完成上述的物体表面瞬态温度测量方法。
实施例4：
相应于上面的方法实施例，本实施例中还提供了一种可读存储介质，下文描述的一种可读存储介质与上文描述的一种物体表面瞬态温度测量方法可相互对应参照。
一种可读存储介质，可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例的物体表面瞬态温度测量方法的步骤。
该可读存储介质具体可以为U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的可读存储介质。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种物体表面瞬态温度测量方法，其特征在于，包括：
响应于移动体位移经过第一被测区域时刻，发送第一控制命令，所述第一控制命令包括控制能量注入系统对所述第一被测区域进行能量注入的命令，其中，第一被测区域为被测物体表面；
获取光信号，所述光信号由所述第一被测区域产生相变并辐射的信号；
对所述光信号进行数据处理得到光谱信息，其中，光谱信息为等离子体光谱信息；
根据所述光谱信息与预设的光谱强度与温度映射关系，确定所述移动体位移经过所述第一被测区域后的表面温度；
其中,所述预设的光谱强度与温度映射关系的获取方法，包括：
获取温度集和光谱集，所述温度集内包括至标准样品在至少两个温度条件下的温度，所述光谱集内包括在每个温度采集到标准样品在绝热环境下的光谱信息；
对所述光谱集内的光谱信息进行预处理，得到预处理后的光谱信息；
提取预处理后的每个光谱信息中的特征线状光谱，得到特征线状光谱集合；
提取预处理后的特征线状光谱集合中的光谱强度，得到光谱强度；
对所述光谱强度和所述温度集进行映射关系拟合，得到强度与温度映射关系。
2.根据权利要求1所述的物体表面瞬态温度测量方法，其特征在于,所述获取光信号，包括：
响应于第一控制命令，在第一时间间隔后发送开始采集命令，所述开始采集命令包括开启光谱仪进行光信号采集的命令；
响应于开始采集命令，在第二时间间隔后发送停止采集命令，所述停止采集命令包括关闭光谱仪进行光信号采集的命令，所述第一时间间隔小于所述第二时间间隔；
将所述光谱仪采集的数据作为光信号。
3.根据权利要求1所述的物体表面瞬态温度测量方法，其特征在于,对所述光谱强度和所述温度集进行映射关系拟合，得到光谱强度与温度映射关系，包括：
根据所述光谱强度和温度集构建因变量矩阵和自变量向量，其中，因变量矩阵每一行代表一个观测值，因变量矩阵每一列代表一个光谱强度，所述自变量向量中的每个元素代表一个温度；
对所述因变量矩阵和所述自变量向量进行中心化和方差归一化处理，并更新所述因变量矩阵和所述自变量向量；
通过偏最小二乘法建立定标模型，并将所述因变量矩阵和所述自变量向量作为所述定标模型输入信息；
训练并求解所述定标模型，得到光谱强度与温度映射关系。
4.一种物体表面瞬态温度测量装置，其特征在于，包括：
发送单元，用于响应于移动体位移经过第一被测区域时刻，发送第一控制命令，所述第一控制命令包括控制能量注入系统对所述第一被测区域进行能量注入的命令，其中，第一被测区域为被测物体表面；
获取单元，用于获取光信号，所述光信号由所述第一被测区域产生相变并辐射的信号；
光谱处理单元，用于对所述光信号进行数据处理得到光谱信息，其中，光谱信息为等离子体光谱信息；
温度确认单元，用于根据所述光谱信息与预设的光谱强度与温度映射关系，确定所述移动体位移经过所述第一被测区域后的表面温度；
其中，所述温度确认单元，包括：
第一获取子单元，用于获取温度集和光谱集，所述温度集内包括至标准样品在至少两个温度条件下的温度，所述光谱集内包括在每个温度采集到标准样品在绝热环境下的光谱信息；
预处理单元，用于对所述光谱集内的光谱信息进行预处理，得到预处理后的光谱信息；
第一提取单元，用于提取预处理后的每个光谱信息中的特征线状光谱，得到特征线状光谱集合；
第二提取单元，用于提取预处理后的特征线状光谱集合中的光谱强度，得到光谱强度；
关系拟合单元，用于对所述光谱强度和所述温度集进行映射关系拟合，得到强度与温度映射关系。
5.根据权利要求4所述的物体表面瞬态温度测量装置，其特征在于，所述获取单元，包括：
第一发送子单元，用于响应于第一控制命令，在第一时间间隔后发送开始采集命令，所述开始采集命令包括开启光谱仪进行光信号采集的命令；
第二发送子单元，用于响应于开始采集命令，在第二时间间隔后发送停止采集命令，所述停止采集命令包括关闭光谱仪进行光信号采集的命令，所述第一时间间隔小于所述第二时间间隔；
信息采集单元，用于将所述光谱仪采集的数据作为光信号。
6.根据权利要求4所述的物体表面瞬态温度测量装置，其特征在于，所述关系拟合单元，包括：
矩阵构造单元，用于根据所述光谱强度和温度集构建因变量矩阵和自变量向量，其中，因变量矩阵每一行代表一个观测值，因变量矩阵每一列代表一个光谱强度，所述自变量向量中的每个元素代表一个温度；
归一化单元，用于对所述因变量矩阵和所述自变量向量进行中心化和方差归一化处理，并更新所述因变量矩阵和所述自变量向量；
模型构造单元，用于通过偏最小二乘法建立定标模型，并将所述因变量矩阵和所述自变量向量作为所述定标模型输入信息；
模型训练单元，用于训练并求解所述定标模型，得到光谱强度与温度映射关系。
7.一种物体表面瞬态温度测量设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至3任一项所述物体表面瞬态温度测量方法的步骤。
8.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述物体表面瞬态温度测量方法的步骤。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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