基于辐射测温理论的比色测温仪的研究

发布时间：2020-04-23 07:30

【摘要】：物体温度这一基本物理量是表征物体特性的一个基本参数,特别是在金属工艺加工锻造中,对所要锻造的金属进行温度测量极其重要。被锻造金属初始锻造温度过高导致金属可塑性降低,温度过低导致锻造工具产生损坏。因此,本文将锻造金属的性质与辐射测温理论学相结合设计了一款比色测温仪,实现对被锻造金属实时测温,该测温仪具有体积小、响应时间短、精度高以及功耗低等优点。本文首先研究辐射测温基本理论,对比色测温理论的进行分析,选择比色测温技术,设计了硬件系统。其中光学部分选用棱镜分光系统,该系统可避免因使用滤光片而导致辐射能量产生衰减问题。选择LDX66MK型号的红外探测器接受红外信号。电路设计主要包含有I/V转换电路、V/V转换电路、程控放大电路、A/D转换电路和光耦合隔离电路等,这些器件的选型全部采用工业级芯片。软件方面,根据普朗克辐射原理实现温度计算,首先程序实现采样设计和滤波。对每个波长下亮温进行研究,根据比色测温原理结果每个波长的亮温进行比色温度测量,最后为保证所得被测物体真温结果的真实性和可靠性,再对得到的真实温度进行一次滑动滤波处理,最终得出温度结果。设计标定系统,对比色测温仪最终温度的标定结果进行了分析。通过对仪器标定中数学模型的建立、表格数据的分析和曲线图的分析,得出了该比色测温仪符合其技术要求的重要结论。本文设计的比色测温仪在精度、稳定和响应时间上都在一定程度上达到技术要求。
【图文】：

分布图,黑体辐射光谱

哈尔滨理工大学工学硕士学位论文式中：M(λ，T)表示绝对黑体辐射出射度；λ 表示波长；T 表示热力学温度；C1表示第一辐射常数，取 C1=3.74177×10-16W m3；C2表示第二辐射常数，取C2=1.4387752×102m K。该辐射测温仪的测温范围在 700 C~1200 C，，其对应的开尔文温度范围为973.15K~1573.15K，特用程序仿真出黑体辐射 900K~1600K 的黑体光谱辐射出射图，图中波形曲线表示的光谱辐射出射度与波长之间的关系[24-25]。其900K~1600K 黑体辐射光谱分布图如图 2-1 所示。

框图,比色测温,系统整体,原理框图

第 3 章比色测温仪系统硬件设计第3章比色测温仪系统硬件设计比色测温系统的硬件设计包括光路部分和硬件电路设计部分。其中光路决定采集光波能量的质量，硬件电路部分在一定程度对信号在传输过程中进行稳定传输起决定作用。1 测温仪整体硬件设计该比色测温仪系统在硬件设计上主要有两部分：光学设计部分和硬件电计部分。其中光学系统设计主要包含光学取样系统设计和棱镜分光镜系统两部分；硬件电路设计部分主要包含 I/V 转换电路设计、V/V 转换电路设波电路设计、程控放大电路设计、数据选择电路设计、模数转换电路等设色测温系统整体原理框图如图 3-1 所示。
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O551.2

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