融合双色测温仪和工业相机的温度测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于一种温度场测量方法，特别是能够测量超高温下整个区域温度场的融合双色测温仪和工业相机的温度测量方法。
【背景技术】
[0002]随着科技的迅速发展，高温、超高温等极端环境下的实验及工程应用越来越多，在这种情况下通常需要对材料或环境的温度进行精确测量，以及对温度变化过程进行即时的记录，以便为后续的研宄提供数据基础。另外，材料的物理力学性能一般都是温度相关的，为了研宄材料不同温度下的性能就必须对材料的温度进行测量。因此，温度测量也是科学技术发展的一个重要的课题。
[0003]目前，传统的测量仪器常用的主要包括热电偶温度计、电阻温度计和半导体热敏电阻温度计等接触式的测量仪表，其特点是简单、直观可靠。但是，由于受到接触材料工作温度的限制，其测温范围普遍被局限在2000°C以下，而且其动态特性差，反应时间长。近年来发展起来的非接触式的温度测量仪器主要包括:利用单波段测温的单色温度计；取红外波段测温的红外温度计；取全波段的全辐射温度计；利用不同波段的辐射强度之比的比色温度计等。其原理都是利用物体的热辐射特性，但侧重点各有不同。其特点是不需要与被测对象接触，相对于接触式测温仪来说，不会对温度场进行干扰，而且响应快。但是，对于测量超高温度下整个区域的温度场往往遇到困难。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了测量超高温度下整个区域的温度场，而设计了一种新的温度场测量方法。
[0005]采用的技术方案为:本发明根据斯特凡-波尔兹曼定律，黑体表面单位时间单位面积辐射出的总能量与黑体的热力学温度的四次方成正比。由于灰度值的大小反映了物体辐射的能量的强弱，因此灰度值与温度也就存在一定的相关性。通过找出各个不同温度下对应的灰度值确定温度和灰度的关系，从而直接由灰度值就可得到温度值。首先，通过双色测温仪测得待测区域的温度变化数据，与此同时，工业相机采集与温度数据对应时刻的待测区域图像数据。接着，在计算机中提取数字图像的灰度值并将其整合到温度数据中，建立温度和灰度数据点，拟合得到对应的温度-灰度函数关系。然后，即可通过计算机利用已经确定好的温度-灰度关系直接将工业相机采集的灰度图转换为区域的温度图。
[0006]本发明融合了双色测温仪和工业相机，既利用了双色测温仪在高温温度测量上结果较准确的优势，又利用了数字图像在全场测量上的优势，实现了超高温度下整个区域的温度场测量。与其他的温度测量方法相比，本发明的优点如下:
[0007](I)实现了高温下全场的温度场测量；
[0008](2)在每一次温度测量中都重新确定了温度-灰度关系，然后再利用此关系由灰度图得到区域的温度图。即适应性得到了很大的提升，摆脱了环境中不同条件的束缚；
[0009](3)摆脱了在辐射测温中随材料和温度的不同而变化的发射率等难题。
【附图说明】
[0010]图1为空气中加热实验装置
[0011]图2为真空箱中加热实验装置
[0012]图1中:1.底板；2.滑台；3.双色测温仪；4.工业CXD相机；5.滤色片；6.支撑台；7.试件
[0013]图2中:8.真空箱；9.滑台；10.工业相机；11.双色测温仪；12.滤色片
【具体实施方式】
[0014]实施例1:
[0015]图1中，在底板I上固定好滑台2、工业相机4、支撑台6，将试件7安装在支撑台6上；调节工业相机4的镜头，使试件7上待测区域出现在工业相机4的视野范围内，接着将10%透光率的滤色片5安装在工业相机4的镜头上，并且工业相机4通过采集卡与计算机相连，采样率定为2S/s ;双色测温仪3安装在滑台2上，测温仪3可在滑台上自由滑动，调节测温仪3在滑台上的位置使其测温点落在待测区域内，同时测温仪3也通过采集卡连接在计算机上，米样率为100S/s。
[0016]实验设备准备就绪之后，采用直流电源对试件进行加热，当温度达到1000°C时双色测温仪开始记录温度数据，工业相机对试件进行拍照，于是就在计算机中得到了温度数据和图像数据。通过程序将数字图像转换成灰度图并提取测温仪测温点的灰度均值，同时根据图像的时间提取温度数据中对应时刻的温度值，由此便得到了一系列的灰度和温度数据点。根据灰度和温度数据点的分布可知，在温度超过1400°C时出现过饱和现象，即灰度达到了最大值无变化而温度还在不断升高；若采用5%透光率的滤色片，温度超过1600°C还没有出现过饱和现象，因此在实际应用中需要根据测温范围选择合适透光率的滤色片。在得到灰度和温度数据点之后，通过程序拟合得到灰度-温度在1000°C -1400°C之间的函数关系O
[0017]然后，将工业相机采集的数字图像即时转换为灰度图，并通过灰度-温度关系将待测区域的灰度图转变为温度图，由此得到整个待测区域的温度场。
[0018]实施例2:
[0019]图2中，8为真空箱，可通过石英玻璃观察内部试件，试件材料在真空箱中进行加热；双色测温仪11可在滑台9上自由滑动，调节测温仪11在滑台9上的位置使其测温点落在试件待测区域内，同时测温仪11也通过采集卡连接在计算机上，采样率为lOS/s。；调节工业相机10的镜头，使试件上待测区域出现在工业相机10的视野范围内，接着将滤色片12安装在工业相机10的镜头上，并且工业相机10通过采集卡与计算机相连，采样率定为2S/
So
[0020]实验装备准备就绪之后，采用直流电源对试件进行加热，双色测温仪开始记录温度数据，工业相机对试件进行拍照，于是就在计算机中得到了温度数据和图像数据。通过程序将数字图像转换成灰度图并提取测温仪测温点的灰度均值，同时根据图像的时间提取温度数据中对应时刻的温度值，由此便得到了一系列的灰度和温度数据点。在得到灰度和温度数据点之后，通过程序拟合得到灰度-温度的函数关系。
[0021]然后，将工业相机采集的数字图像即时转换为灰度图，并通过灰度-温度关系将待测区域的灰度图转变为温度图，由此得到整个待测区域的温度场。
【主权项】
1.一种融合双色测温仪和工业相机的温度测量方法，其特征是:该方法融合了双色测温仪和工业相机，实现了超高温度下全场的温度场测量，具有较强的适应性；其具体步骤如下: (1)双色测温仪测得待测区域的温度数据，并将温度数据传送到计算机上；与此同时，工业相机采集与温度数据对应的待测区域图像数据，并将图像数据传送到计算机上； (2)在计算机中，将上述待测区域图像数据转换为待测区域灰度图像数据，提取待测区域灰度图像数据均值并将其整合到温度数据中，建立温度和灰度数据点，拟合得到对应的温度-灰度函数关系； (3)通过计算机利用已经确定好的温度-灰度函数关系直接将工业相机采集的灰度图转换为区域的温度图，即可得到整个区域的温度场。
【专利摘要】一种融合双色测温仪和工业相机的温度测量方法，其特征是：该方法融合了双色测温仪和工业相机，实现了超高温度下全场的温度场测量，具有较强的适应性。其具体步骤如下：首先，双色测温仪测得待测区域的温度数据，并将温度数据传送到计算机上；与此同时，工业相机采集与温度数据对应的待测区域图像数据，并将图像数据传送到计算机上。接着，在计算机中，将上述待测区域图像数据转换为待测区域灰度图像数据，提取待测区域灰度图像数据均值并将其整合到温度数据中，建立温度和灰度数据点，拟合得到对应的温度-灰度函数关系。然后，通过计算机利用已经确定好的温度-灰度函数关系直接将工业相机采集的灰度图转换为区域的温度图，即可得到整个区域的温度场。
【IPC分类】G01J5-60
【公开号】CN104748866
【申请号】CN201510176173
【发明人】魏榛, 陈校生, 彭向和, 周子源, 马树明, 杨昌棋
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月14日