專利名稱：測量物體內(nèi)部溫度的x射線成像設(shè)備及其測量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物體內(nèi)部溫度測量設(shè)備和方法，屬于檢測標(biāo)定技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種測量物體內(nèi)部溫度的X射線成像設(shè)備及其測量的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代溫度測量方法主要包括紅外非接觸測溫技術(shù)、基于彩色CXD三基色的測溫技術(shù)、熱電偶、熱敏電阻測溫技術(shù)和激光測溫技術(shù)等。這些測溫方法只能直接測量物體或結(jié)構(gòu)表面的溫度，無法滿足很多場合中需要測量物體的內(nèi)部溫度或?qū)?nèi)部溫度進(jìn)行監(jiān)控的要求。如電纜接頭內(nèi)部溫度實(shí)時監(jiān)視、鍋爐爐內(nèi)溫度測量以及變壓器中線圈繞組內(nèi)部溫度測量等。對于電纜接頭內(nèi)部溫度的實(shí)時監(jiān)視，有人提出在接頭內(nèi)部植入光纖光柵傳感器，雖可實(shí)現(xiàn)對溫度的實(shí)時監(jiān)測，但未解決傳感器在接頭內(nèi)部的安裝方式、封裝形式及在系統(tǒng)中運(yùn)行的可靠性等問題。目前世界上最先進(jìn)的兩種鍋爐爐膛溫度場的測量方法是基于圖像處 理的溫度場測量和聲學(xué)高溫測量法。前者利用計算機(jī)圖像處理技術(shù)是一種非接觸測量溫度的方法，通過攝取燃燒室內(nèi)部某個時刻的瞬時火焰圖像，借助于光學(xué)理論和計算機(jī)圖像處理技術(shù)計算出整個燃燒室內(nèi)部的溫度分布，該方法受使用的內(nèi)窺式風(fēng)冷CCD攝像頭在高溫、粉塵和溶渣等惡劣環(huán)境下的使用壽命限制；后者利用聲波在氣體混合物內(nèi)的傳播速度是絕對溫度的第一函數(shù)這一原理測量溫度，但是受發(fā)聲器和接收器尺寸等原因限制。對變壓器中線圈繞組內(nèi)部溫度測量的困難在于內(nèi)部空間小、全封閉、大電流工作形成的強(qiáng)電磁干擾，目前所采用的熱電阻測溫、紅外方法、光纖傳感技術(shù)等都只能對繞組表面溫度測量，而對其內(nèi)部溫度不能準(zhǔn)確測量。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中物體內(nèi)部溫度難以測量的難題，提供一種測量物體內(nèi)部溫度的X射線成像設(shè)備及其物體內(nèi)部溫度測量的方法，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、簡單、可靠的非接觸式物體內(nèi)部溫度的測量。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種測量物體內(nèi)部溫度的X射線成像設(shè)備，包括發(fā)射X射線的X射線管、具有通孔的鉛板、耐高溫隔熱層、將X射線轉(zhuǎn)化成可見光的成像屏、采集成像屏上圖像信息的相機(jī)、對相機(jī)采集的圖像信息進(jìn)行傳輸?shù)膱D像傳輸單元以及處理與顯示單元，所述的鉛板和成像屏之間放置被測物體，被測物體的需測溫部分的投影落在成像屏的顯示范圍內(nèi)。為防止熱輻射對成像屏產(chǎn)生影響，所述的成像屏的前表面粘附一層隔離被測物體發(fā)出的熱輻射產(chǎn)生的熱量的耐高溫隔熱層，所述的耐高溫隔熱層為厚度和材質(zhì)均等、密度低且耐高溫的隔熱棉材料。作為優(yōu)先，所述的鉛板的通孔為圓孔，防止多余X射線對成像器件產(chǎn)生噪聲。為提高圖像采集的精度，所述的相機(jī)為CXD相機(jī)。一種采用上述的X射線成像設(shè)備進(jìn)行物體內(nèi)部溫度測量的方法，其特征是具有如下步驟①測量前記錄被測物體的屬性，包括質(zhì)量吸收系數(shù)U m、線脹系數(shù)a :、密度P以及初始溫度tQ ；②調(diào)整X射線管、鉛板、成像屏和被測物體四者之間的位置，使被測物體的需測溫部分投影整個落在成像屏的顯示范圍內(nèi)，同時鉛板屏蔽多余的X射線以防止其在相機(jī)上產(chǎn)生噪聲；③X射線成像設(shè)備的X射線管發(fā)出X射線投射到初始溫度時的被測物體，相機(jī)將成像屏上的光信號轉(zhuǎn)換成圖像信息，圖像傳輸單元將圖像信息發(fā)送至處理與顯示單元；④X射線成像設(shè)備的X射線管發(fā)出X射線投射到工作狀態(tài)的被測物體，相機(jī)將成像屏上的光信號轉(zhuǎn)換成圖像信息，圖像傳輸單元將圖像信息發(fā)送至處理與顯示單元；⑤處理與顯示單元將步驟③和④中采集的圖像信息分割出需測溫部分，并分別計算得到這些圖像信息的灰度值，初始溫度下被測物的灰度值g，工作狀態(tài)下被測物體的灰度值g，;⑥將步驟⑤計算得到的灰度值g、g’通過處理與顯示單元計算出被測物體上需測溫部分的溫度，并將測得的溫度與正常溫度進(jìn)行比較判斷，并在處理與顯示單元上顯示。為了減少測量誤差，步驟③和④分別采樣多張圖像信息計算取平均值，然后在步驟⑤分別計算初始溫度下被測物體需測溫部分的灰度值g，工作狀態(tài)下被測物體需測溫部分的灰度值g’。一種用于處理X射線成像設(shè)備所拍攝的圖像的處理與顯示單元，包括用于存儲程 序代碼的程序存儲器，其中在該程序存儲器中具有程序代碼，該程序代碼執(zhí)行該物體內(nèi)部溫度測量的方法。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的測量物體內(nèi)部溫度的X射線成像設(shè)備及其物體內(nèi)部溫度測量的方法，能以非接觸式的測量方法準(zhǔn)確、可靠的測量物體內(nèi)部溫度，測量溫度同時還可對物體的內(nèi)部工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，如是否斷線、損壞等，同時不受強(qiáng)磁場等外界因素的干擾。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖I是本發(fā)明的測量物體內(nèi)部溫度的X射線成像設(shè)備的最佳實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是物質(zhì)受熱膨脹示意圖。圖3是本發(fā)明的測量物體內(nèi)部溫度的X射線成像方法的流程圖。圖中1. X射線管，2.鉛板，3.隔熱層，4.成像屏，5.相機(jī)，6.圖像傳輸單元，7.處理與顯示單元，8.被測物體，9.需測溫部分。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。本發(fā)明的目的在于提供一種準(zhǔn)確、簡單、可靠的非接觸式物體內(nèi)部溫度測量方法，依據(jù)如下
設(shè)某圓柱體材料原始直徑為d，高溫時發(fā)生膨脹直徑增加A d，如圖2所示為物質(zhì)受熱膨脹示意圖。根據(jù)材料的線脹系數(shù)的計算式可得A d= a lCl (t-t0) 式(I)受熱膨脹后材料直徑、長度分別為cT =[l+a ,(t-Old 式(2)I' =[1+a式(3) 式中a 1為材料的線脹系數(shù)，t0為原始溫度，t為高溫時溫度，d為原始直徑，I為原始長度。受熱后密度為=___________；77,NN,式(4)
+ (卜/0)j
Am式中，m為材料質(zhì)量，加熱前密度/7 =——7代入(4)式可得
Tild"
,PP -77~式(5)
[1+^(/-Z0 )J一束強(qiáng)度為Itl的窄束X射線穿過厚為d的物質(zhì)后強(qiáng)度變?yōu)镮，即I = 106—""' 式(6)其中，Um為物質(zhì)質(zhì)量吸收系數(shù)，P為吸收體的密度。將d'、P'代入(6)式可得高溫時X射線穿過物質(zhì)后的強(qiáng)度Jt — J^e-umPd/[l+a, (t-t0 )]-式(7 )由(6)(7)式可得，J, = J廣二』式(8 )由(8)式知，r >1，即高溫時穿過物質(zhì)后剩余X射線的強(qiáng)度大于初始溫度時的強(qiáng)度，從而高溫時的物體的透射圖像的灰度值大于初始溫度。假設(shè)X射線轉(zhuǎn)換成像屏對不同能量X射線的發(fā)光效率相同、CCD對閃爍屏發(fā)出的光的量子效率為一常數(shù)，則圖像的灰度值和X射線的強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)存在線性關(guān)系。即
Y =-其中，g、g'分別為初始溫度和高溫下的圖像灰度，將其代入(8)式得高溫時物質(zhì)溫
I g
度和透射圖像灰度值的關(guān)系如下式,=丄~UmPd , -I 式(9)
\ u pd -\n—
J ''' S _由式(9 )知，在已知物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)、線脹系數(shù)、密度、直徑和初始溫度的情況下，根據(jù)加熱前后物質(zhì)X射線透射圖像的灰度值可計算出加熱后物質(zhì)的溫度。式(9)為本發(fā)明提供了理論依據(jù)。如圖I所示，本發(fā)明的測量物體內(nèi)部溫度的X射線成像設(shè)備的最佳實(shí)施例，包括發(fā)射X射線的X射線管I、具有通孔的鉛板2、耐高溫隔熱層3、將X射線轉(zhuǎn)化成可見光的成像屏4、采集成像屏4上圖像信息的相機(jī)5、對相機(jī)5采集的圖像信息進(jìn)行傳輸?shù)膱D像傳輸單元6以及處理與顯示單元7，所述的鉛板2和成像屏2之間放置被測物體8，被測物體8的需測溫部分9的投影落在成像屏4的顯示范圍內(nèi)。所述的成像屏2的前表面粘附一層隔離被測物體8發(fā)出的熱輻射產(chǎn)生的熱量的耐高溫隔熱層3，所述的耐高溫隔熱層3為厚度和材質(zhì)均等、密度低且耐高溫的隔熱棉材料。作為優(yōu)先，所述的鉛板2的通孔為圓孔，防止多余X射線對成像器件產(chǎn)生噪聲。為提高圖像采集的精度，所述的相機(jī)3為CXD相機(jī)。如圖3所示，一種采用上述的X射線成像設(shè)備進(jìn)行物體內(nèi)部溫度測量的方法，具有如下步驟①測量前記錄被測物體8的屬性，包括質(zhì)量吸收系數(shù)線脹系數(shù)Ci1、密度P以及初始溫度；②調(diào)整X射線管I、鉛板2、成像屏4和被測物體4四者之間的位置，使被測物體8的需測溫部分9投影整個落在成像屏4的顯示范圍內(nèi)，同時鉛板2屏蔽多余的X射線以防止其在相機(jī)5上產(chǎn)生噪聲；③X射線成像設(shè)備的X射線管I發(fā)出X射線投射到初始溫度時的被測物體8，相機(jī)5將成像屏4上的光信號轉(zhuǎn)換成圖像信息，圖像傳輸單元6將圖像信息發(fā)送至處理與顯示單元7 ;④X射線成像設(shè)備的X射線管I發(fā)出X射線投射到工作狀態(tài)的被測物體8，相機(jī)5將成像屏4上的光信號轉(zhuǎn)換成圖像信息，圖像傳輸單元6將圖像信息發(fā)送至處理與顯示單元7 ；⑤處理與顯示單元7將步驟③和④中采集的圖像信息分割出需測溫部分9，并分別計算得到這些圖像信息的灰度值，初始溫度下被測物體4的灰度值g，工作狀態(tài)下被測物體4的灰度值g’ ；⑥將步驟⑤計算得到的灰度值g、g’通過處理與顯示單元7計算出被測物體8上需測溫部分9的溫度，并將測得的溫度與正常溫度進(jìn)行比較判斷，并在處理與顯示單元7上顯示。為了減少測量誤差，步驟③和④分別采樣多張圖像信息計算取平均值，然后在步驟⑤分別計算初始溫度下被測物體8需測溫部分9的灰度值g，工作狀態(tài)下被測物體8需測溫部分9的灰度值g’。一種用于處理X射線成像設(shè)備所拍攝的圖像的處理與顯示單元，包括用于存儲程序代碼的程序存儲器，其中在該程序存儲器中具有程序代碼，該程序代碼執(zhí)行該物體內(nèi)部溫度測量的方法。具體的，處理與顯示單元按
權(quán)利要求
1.一種測量物體內(nèi)部溫度的X射線成像設(shè)備，其特征是包括發(fā)射X射線的X射線管(1)、具有通孔的鉛板(2)、耐高溫隔熱層(3)、將X射線轉(zhuǎn)化成可見光的成像屏(4)、采集成像屏(4)上圖像信息的相機(jī)(5)、對相機(jī)(5)采集的圖像信息進(jìn)行傳輸?shù)膱D像傳輸單元(6)以及處理與顯示單元(7)，所述的鉛板(2)和成像屏(2)之間放置被測物體(8)，被測物體(8)的需測溫部分(9)的投影落在成像屏(4)的顯示范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求I所述的測量物體內(nèi)部溫度的X射線成像設(shè)備，其特征是所述的成像屏(2)的前表面粘附一層隔離被測物體(8)發(fā)出的熱輻射產(chǎn)生的熱量的耐高溫隔熱層(3)，所述的耐高溫隔熱層(3)為厚度和材質(zhì)均等、密度低且耐高溫的隔熱棉材料。
3.如權(quán)利要求I所述的測量物體內(nèi)部溫度的X射線成像設(shè)備，其特征是所述的鉛板(2)的通孔為圓孔。
4.如權(quán)利要求I所述的測量物體內(nèi)部溫度的X射線成像設(shè)備，其特征是所述的相機(jī)(3)為CCD相機(jī)。
5.一種采用權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的X射線成像設(shè)備進(jìn)行物體內(nèi)部溫度測量的方法，其特征是具有如下步驟 ①測量前記錄被測物體(8)的屬性，包括質(zhì)量吸收系數(shù)、線脹系數(shù)Ci1、密度P以及初始溫度tQ ； ②調(diào)整X射線管(I)、鉛板(2)、成像屏(4)和被測物體(4)四者之間的位置，使被測物體(8)的需測溫部分(9)投影整個落在成像屏(4)的顯示范圍內(nèi)，同時鉛板(2)屏蔽多余的X射線以防止其在相機(jī)(5)上產(chǎn)生噪聲； ③X射線成像設(shè)備的X射線管(I)發(fā)出X射線投射到初始溫度時的被測物體(8)，相機(jī)(5)將成像屏(4)上的光信號轉(zhuǎn)換成圖像信息，圖像傳輸單元(6)將圖像信息發(fā)送至處理與顯示單元(7)； ④X射線成像設(shè)備的X射線管(I)發(fā)出X射線投射到工作狀態(tài)的被測物體(8)，相機(jī)(5)將成像屏(4)上的光信號轉(zhuǎn)換成圖像信息，圖像傳輸單元(6)將圖像信息發(fā)送至處理與顯示單元(7)； ⑤處理與顯示單元(7)將步驟③和④中采集的圖像信息分割出需測溫部分(9)，并分別計算得到這些圖像信息的灰度值，初始溫度下被測物體(4)的灰度值g，工作狀態(tài)下被測物體(4)的灰度值g’ ； ⑥將步驟⑤計算得到的灰度值g、g’通過處理與顯示單元(7)計算出被測物體(8)上需測溫部分(9)的溫度，并將測得的溫度與正常溫度進(jìn)行比較判斷，并在處理與顯示單元(7)上顯示。
6.如權(quán)利要求5所述的物體內(nèi)部溫度測量的方法，其特征是步驟③和④分別采樣多張圖像信息計算取平均值，然后在步驟⑤分別計算初始溫度下被測物體(8)需測溫部分(9)的灰度值g，工作狀態(tài)下被測物體(8)需測溫部分(9)的灰度值g’。
7.一種用于處理X射線成像設(shè)備所拍攝的圖像的處理與顯示單元，包括用于存儲程序代碼的程序存儲器，其中在該程序存儲器中具有程序代碼，該程序代碼執(zhí)行按照權(quán)利要求5和6中任一項(xiàng)所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測量物體內(nèi)部溫度的X射線成像設(shè)備，包括發(fā)射X射線的X射線管、具有通孔的鉛板、耐高溫隔熱層、將X射線轉(zhuǎn)化成可見光的成像屏、采集成像屏上圖像信息的相機(jī)、對相機(jī)采集的圖像信息進(jìn)行傳輸?shù)膱D像傳輸單元以及處理與顯示單元，所述的鉛板和成像屏之間放置被測物體，被測物體的需測溫部分的投影落在成像屏的顯示范圍內(nèi)。本發(fā)明能以非接觸式的測量方法準(zhǔn)確、可靠的測量物體內(nèi)部溫度，測量溫度同時還可對物體的內(nèi)部工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，如是否斷線、損壞等，同時不受強(qiáng)磁場等外界因素的干擾。
文檔編號G01K11/30GK102706474SQ20121018469
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月6日
發(fā)明者程榮, 陳樹越 申請人:常州大學(xué)