融合雙色測溫儀和工業相機的溫度測量方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于一種溫度場測量方法，特別是能夠測量超高溫下整個區域溫度場的融合雙色測溫儀和工業相機的溫度測量方法。
【背景技術】
[0002]隨著科技的迅速發展，高溫、超高溫等極端環境下的實驗及工程應用越來越多，在這種情況下通常需要對材料或環境的溫度進行精確測量，以及對溫度變化過程進行即時的記錄，以便為后續的研宄提供數據基礎。另外，材料的物理力學性能一般都是溫度相關的，為了研宄材料不同溫度下的性能就必須對材料的溫度進行測量。因此，溫度測量也是科學技術發展的一個重要的課題。
[0003]目前，傳統的測量儀器常用的主要包括熱電偶溫度計、電阻溫度計和半導體熱敏電阻溫度計等接觸式的測量儀表，其特點是簡單、直觀可靠。但是，由于受到接觸材料工作溫度的限制，其測溫范圍普遍被局限在2000°C以下，而且其動態特性差，反應時間長。近年來發展起來的非接觸式的溫度測量儀器主要包括:利用單波段測溫的單色溫度計；取紅外波段測溫的紅外溫度計；取全波段的全輻射溫度計；利用不同波段的輻射強度之比的比色溫度計等。其原理都是利用物體的熱輻射特性，但側重點各有不同。其特點是不需要與被測對象接觸，相對于接觸式測溫儀來說，不會對溫度場進行干擾，而且響應快。但是，對于測量超高溫度下整個區域的溫度場往往遇到困難。
【發明內容】
[0004]本發明的目的就是為了測量超高溫度下整個區域的溫度場，而設計了一種新的溫度場測量方法。
[0005]采用的技術方案為:本發明根據斯特凡-波爾茲曼定律，黑體表面單位時間單位面積輻射出的總能量與黑體的熱力學溫度的四次方成正比。由于灰度值的大小反映了物體輻射的能量的強弱，因此灰度值與溫度也就存在一定的相關性。通過找出各個不同溫度下對應的灰度值確定溫度和灰度的關系，從而直接由灰度值就可得到溫度值。首先，通過雙色測溫儀測得待測區域的溫度變化數據，與此同時，工業相機采集與溫度數據對應時刻的待測區域圖像數據。接著，在計算機中提取數字圖像的灰度值并將其整合到溫度數據中，建立溫度和灰度數據點，擬合得到對應的溫度-灰度函數關系。然后，即可通過計算機利用已經確定好的溫度-灰度關系直接將工業相機采集的灰度圖轉換為區域的溫度圖。
[0006]本發明融合了雙色測溫儀和工業相機，既利用了雙色測溫儀在高溫溫度測量上結果較準確的優勢，又利用了數字圖像在全場測量上的優勢，實現了超高溫度下整個區域的溫度場測量。與其他的溫度測量方法相比，本發明的優點如下:
[0007](I)實現了高溫下全場的溫度場測量；
[0008](2)在每一次溫度測量中都重新確定了溫度-灰度關系，然后再利用此關系由灰度圖得到區域的溫度圖。即適應性得到了很大的提升，擺脫了環境中不同條件的束縛；
[0009](3)擺脫了在輻射測溫中隨材料和溫度的不同而變化的發射率等難題。
【附圖說明】
[0010]圖1為空氣中加熱實驗裝置
[0011]圖2為真空箱中加熱實驗裝置
[0012]圖1中:1.底板；2.滑臺；3.雙色測溫儀；4.工業CXD相機；5.濾色片；6.支撐臺；7.試件
[0013]圖2中:8.真空箱；9.滑臺；10.工業相機；11.雙色測溫儀；12.濾色片
【具體實施方式】
[0014]實施例1:
[0015]圖1中，在底板I上固定好滑臺2、工業相機4、支撐臺6，將試件7安裝在支撐臺6上；調節工業相機4的鏡頭，使試件7上待測區域出現在工業相機4的視野范圍內，接著將10%透光率的濾色片5安裝在工業相機4的鏡頭上，并且工業相機4通過采集卡與計算機相連，采樣率定為2S/s ;雙色測溫儀3安裝在滑臺2上，測溫儀3可在滑臺上自由滑動，調節測溫儀3在滑臺上的位置使其測溫點落在待測區域內，同時測溫儀3也通過采集卡連接在計算機上，米樣率為100S/s。
[0016]實驗設備準備就緒之后，采用直流電源對試件進行加熱，當溫度達到1000°C時雙色測溫儀開始記錄溫度數據，工業相機對試件進行拍照，于是就在計算機中得到了溫度數據和圖像數據。通過程序將數字圖像轉換成灰度圖并提取測溫儀測溫點的灰度均值，同時根據圖像的時間提取溫度數據中對應時刻的溫度值，由此便得到了一系列的灰度和溫度數據點。根據灰度和溫度數據點的分布可知，在溫度超過1400°C時出現過飽和現象，即灰度達到了最大值無變化而溫度還在不斷升高；若采用5%透光率的濾色片，溫度超過1600°C還沒有出現過飽和現象，因此在實際應用中需要根據測溫范圍選擇合適透光率的濾色片。在得到灰度和溫度數據點之后，通過程序擬合得到灰度-溫度在1000°C -1400°C之間的函數關系O
[0017]然后，將工業相機采集的數字圖像即時轉換為灰度圖，并通過灰度-溫度關系將待測區域的灰度圖轉變為溫度圖，由此得到整個待測區域的溫度場。
[0018]實施例2:
[0019]圖2中，8為真空箱，可通過石英玻璃觀察內部試件，試件材料在真空箱中進行加熱；雙色測溫儀11可在滑臺9上自由滑動，調節測溫儀11在滑臺9上的位置使其測溫點落在試件待測區域內，同時測溫儀11也通過采集卡連接在計算機上，采樣率為lOS/s。；調節工業相機10的鏡頭，使試件上待測區域出現在工業相機10的視野范圍內，接著將濾色片12安裝在工業相機10的鏡頭上，并且工業相機10通過采集卡與計算機相連，采樣率定為2S/
So
[0020]實驗裝備準備就緒之后，采用直流電源對試件進行加熱，雙色測溫儀開始記錄溫度數據，工業相機對試件進行拍照，于是就在計算機中得到了溫度數據和圖像數據。通過程序將數字圖像轉換成灰度圖并提取測溫儀測溫點的灰度均值，同時根據圖像的時間提取溫度數據中對應時刻的溫度值，由此便得到了一系列的灰度和溫度數據點。在得到灰度和溫度數據點之后，通過程序擬合得到灰度-溫度的函數關系。
[0021]然后，將工業相機采集的數字圖像即時轉換為灰度圖，并通過灰度-溫度關系將待測區域的灰度圖轉變為溫度圖，由此得到整個待測區域的溫度場。
【主權項】
1.一種融合雙色測溫儀和工業相機的溫度測量方法，其特征是:該方法融合了雙色測溫儀和工業相機，實現了超高溫度下全場的溫度場測量，具有較強的適應性；其具體步驟如下: (1)雙色測溫儀測得待測區域的溫度數據，并將溫度數據傳送到計算機上；與此同時，工業相機采集與溫度數據對應的待測區域圖像數據，并將圖像數據傳送到計算機上； (2)在計算機中，將上述待測區域圖像數據轉換為待測區域灰度圖像數據，提取待測區域灰度圖像數據均值并將其整合到溫度數據中，建立溫度和灰度數據點，擬合得到對應的溫度-灰度函數關系； (3)通過計算機利用已經確定好的溫度-灰度函數關系直接將工業相機采集的灰度圖轉換為區域的溫度圖，即可得到整個區域的溫度場。
【專利摘要】一種融合雙色測溫儀和工業相機的溫度測量方法，其特征是：該方法融合了雙色測溫儀和工業相機，實現了超高溫度下全場的溫度場測量，具有較強的適應性。其具體步驟如下：首先，雙色測溫儀測得待測區域的溫度數據，并將溫度數據傳送到計算機上；與此同時，工業相機采集與溫度數據對應的待測區域圖像數據，并將圖像數據傳送到計算機上。接著，在計算機中，將上述待測區域圖像數據轉換為待測區域灰度圖像數據，提取待測區域灰度圖像數據均值并將其整合到溫度數據中，建立溫度和灰度數據點，擬合得到對應的溫度-灰度函數關系。然后，通過計算機利用已經確定好的溫度-灰度函數關系直接將工業相機采集的灰度圖轉換為區域的溫度圖，即可得到整個區域的溫度場。
【IPC分類】G01J5-60
【公開號】CN104748866
【申請號】CN201510176173
【發明人】魏榛, 陳校生, 彭向和, 周子源, 馬樹明, 楊昌棋
【申請人】重慶大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年4月14日