中红外多光谱测温仪的研制
本文选题:多光谱辐射测温仪 切入点:中红外 出处:《哈尔滨工业大学》2016年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:温度的准确测量在军事国防、科学研究、工业生产过程等众多领域中具有重要意义。传统的接触式测温方法已无法满足某些特殊条件下温度的快速、准确测量。非接触辐射测温技术的发展使得高温、高速、瞬时目标的温度准确测量成为可能,例如爆炸火焰的瞬态温度、火箭发动机的喷焰温度、火车轴温等。因此,基于辐射测温技术的测温设备的研制具有重要的意义。本课题来源于某国家自然科学基金项目,名称为基于光谱分析法的智能光谱测温技术研究。根据项目需求,本文详细分析了中红外光谱仪及多光谱测温仪的研究现状,对相似仪器做了性能上的调研与对比,最终研制了探测光谱范围为中红外波段的多光谱辐射测温仪。仪器的设计主要分为硬件和软件两大部分,测温仪光学系统依据光谱仪器的典型结构进行设计,采用的非对称式Czerny-Turner光栅分光结构,光谱接收系统采用Pb Se焦平面阵列,采用树莓派微型电脑主板作为独立的下位机控制器,配置微型显示触摸屏面向用户进行开发,可实现数据采集控制、数据处理与结果实时显示等功能。在软件设计上,搭建了基于Linux系统的Qt开发环境,开发了简洁的图形化用户界面,并利用C++语言进行相关程序设计。设计的仪器集成度高、体积小且操作简单。最后,采用光栅单色仪和标准黑体炉对设计后的系统进行波长和响应函数标定,并采用线性发射率模型和基于检定常数的多波长测温模型来求解目标温度和发射率,设计了黑体炉测试实验、不锈钢试样测试实验与重复性实验,并对测温仪的不确定度进行了分析。
[Abstract]:The accurate measurement of temperature is of great significance in many fields, such as military defense, scientific research, industrial production process and so on. Accurate measurement. The development of non-contact radiation temperature measurement technology makes it possible to accurately measure the temperature of high temperature, high speed and instantaneous target, such as the transient temperature of explosion flame, the temperature of spray flame of rocket engine, the temperature of train shaft, etc. It is of great significance to develop the temperature measuring equipment based on radiation temperature measurement technology. This subject comes from a project of National Natural Science Foundation, which is called Intelligent Spectral temperature Measurement Technology Research based on Spectral Analysis, according to the requirements of the project, In this paper, the research status of mid-infrared spectrometer and multispectral thermometer is analyzed in detail, and the performance of the similar instrument is compared and investigated. Finally, a multi-spectral radiation thermometer with the detection spectrum range of mid-infrared band is developed. The design of the instrument is mainly divided into two parts: hardware and software. The optical system of the thermometer is designed according to the typical structure of the spectrometer. The spectrum receiving system adopts Pb se focal plane array, the main board of raspberry microcomputer is used as the independent lower computer controller, and the micro display touch screen is developed for users. It can realize the functions of data acquisition and control, data processing and real-time display of results. In software design, the QT development environment based on Linux system is built, and a simple graphical user interface is developed. The instrument is designed with high integration, small volume and simple operation. Finally, the wavelength and response function of the designed system are calibrated by grating Monochromator and standard blackbody furnace. Linear emissivity model and multi-wavelength temperature measurement model based on calibration constant are used to calculate the target temperature and emissivity. Blackbody furnace test, stainless steel sample test and repeatability experiment are designed. The uncertainty of the thermometer is analyzed.
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TH811
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本文编号:1603585
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