可调谐二极管激光吸收光谱层析成像（TDLAT）是一种重要的光学非侵入式燃烧检测技术。然而，TDLAT逆问题的欠定性本质使得现有迭代层析成像算法重建的燃烧场温度分布图像存在较大误差。针对该问题，笔者将图像处理领域的卡通-纹理模型引入TDLAT，提出了基于卡通-纹理模型的温度重建算法（TRACT）。该算法利用全变差约束下的Landweber算法重建气体吸收密度图像中的卡通成分，较好地恢复其中的平滑特征与边缘结构；构建改进的迭代收缩阈值算法深度展开网络，并用其重建气体吸收密度图像中的细节纹理成分；通过卡通成分重建与纹理成分重建的相互补充，提高气体吸收密度图像的整体重建质量，进而提高燃烧场温度分布图像的重建质量。利用火焰动力学模拟器生成的仿真数据与利用TDLAT实验系统实际测量数据进行的重建实验均表明，与现有的迭代层析成像算法相比，TRACT重建的燃烧场温度分布图像在客观评价指标与主观视觉质量方面均有较大提升。

红外测温技术是电力行业常用的设备故障检测手段，在气体绝缘组合电器设备(Gas InsulatedSwitchgear，GIS)故障诊断中有着重要应用。为提高 GIS设备红外测温精度，建立了一个红外测温模型并提出一种 SF6透射率校正方法。首先，基于热辐射理论建立红外测温模型，并给出不同条件下的简化模型。然后，为提高温度测量精度，考虑 SF6透射率对红外模型测温模型输出结果的影响，给出不同条件下的 SF6透射率校正方法。最后，进行实际的温度测量实验，验证所建立的红外测温模型及所提 SF6透射率校正方法的有效性。实验结果表明，与未进行 SF6透射率校正的方法相比，使用所提 SF6透射率校正方法后温度测量精度得以提高，误差最高降低了 66.7%。所提方法为电网故障检测及监控打下基础，在电网故障检测、电网安全作业等方面有着广阔的应用前景。

荧光光纤温度传感器利用光纤技术的远距离传输, 避开了恶劣的测温环境, 相较传统有源测温设备的接触式测量, 更适合在强电磁场、高压腐蚀等极端环境下的温度检测。针对传统的单通道电路读出结构易受外界干扰的弊端, 本文设计了一种双通道的小型实用的荧光测温系统。整个测温系统分为光路设计、电路设计和程序设计 3个部分。采用两路通道差分相减的创新思想, 完全消除了直流分量且基本不含有随机噪声, 从而得到了单一光滑的荧光衰减信号。最后通过标定实验, 得到荧光寿命与温度之间的函数关系。实验结果表明, 在 10~130 ℃的温度范围内, 标准温度偏差为 0.5 ℃, 基本满足强电磁场、高压腐蚀、微波热疗等一些恶劣环境下的测温需求。

多光谱辐射测温技术获取真实温度时, 目标发射率信息是温度求解的关键。 一般解决的方法是基于发射率与波长或温度之间的函数关系建立发射率假设模型。 然而, 当假设模型与实际情况存在偏差时, 会造成较大的温度测量误差。 因此, 消除目标未知发射率的干扰, 减少对发射率模型的依赖, 增加测温算法的通用性, 是多光谱辐射测温技术亟需解决的难题。 提出了改进的粒子群与遗传混合优化算法（HPSOGA）, 算法的核心思想是将多波长辐射测温问题转化为约束优化问题。 首先根据约束条件所设置的范围, 在可行域内生成若干个群, 每个种群对应一组满足条件的光谱发射率, 然后通过HPSOGA算法不断地进化、 迭代操作, 最终寻得最优适应度值的对应解。 该算法实现了在不需要假设发射率模型的情况下, 同时反演出目标的光谱发射率和真实温度。 通过对六种典型的发射率模型进行仿真, 验证了新算法对不同分布趋势的光谱发射率反演的适应性。 结果表明, 在真温800和900 K的情况下, 反演温度的平均相对误差小于0.73%。 最后, 将该算法应用于火箭发动机羽焰温度测量数据的处理。 结果表明, 当设计温度为2 490 K时, 反演温度的相对误差均小于0.65%。 仿真与实验均表明, 新算法可求解出满足一定精度要求的发射率和真温。 因此, 提出的HPSOGA算法是可靠的、 有效的, 为多光谱辐射测温技术测量目标真实温度提供了一种新的思路。

多光谱辐射测温在高温测量领域应用广泛。 但是, 未知的光谱发射率是多光谱辐射测温反演过程的最大困难。 目前, 解决方法多采用假设发射率模型法, 二次测量法等, 此类方法反演精度取决于假设的发射率模型和实际发射率是否相符, 多数情况下反演结果误差较大。 基于约束优化的多光谱辐射温度数据处理算法解决了未知发射率的难题, 但受迭代算法的复杂性和初值难以确定的影响, 反演精度和效率不高。 为此, 提出广义逆-坐标轮换算法解决约束优化算法中的反演效率问题。 由于广义逆法需对发射率范围进行约束, 坐标轮换法需设定合适的发射率初值, 考虑两种算法各自的优势与不足, 可对两种算法进行结合。 将广义逆法求得的最小范数解作为约束优化算法中迭代搜索的初始点, 进一步提高了算法对不同材料发射率的适应度。 为验证算法是否能在无需考虑发射率模型的前提下寻找符合待测目标的发射率和真温, 选取六种不同发射率类型的目标材料进行仿真实验。 针对六种典型材料的仿真结果表明, 新方法在真温1 800 K的情况下, 绝对误差和相对误差均小于5.0%, 与梯度投影法相比运算效率平均提高了202倍。 表明该算法具有无需考虑发射率模型、 反演精度高, 速度快, 适合于各类材料等优点, 解决了约束优化算法中初值选择不确定的问题, 为在线实时高温测量中的数据处理提供了解决方案。

设计并实现了一种电流型温度传感芯片。分析了测温原理和厄利效应对测温精度的影响, 提出了一种集电极-发射极电压补偿电路, 利用一组电流镜和匹配电阻将输出电流和温度之间的传递函数线性化, 提高了芯片的线性度和测温精度。设计了反向偏置保护电路, 增大芯片可承受的反向电压。芯片采用40 V互补双极工艺设计并流片。测试结果表明, 芯片在-55～150 ℃温度区间内的非线性误差为±02 ℃, 测温精度小于±03 ℃。

为了解决传统多光谱辐射测温仪便携性差和无法测量瞬变温度的问题,采用分光光纤和带通滤光片的分光方法,设计了高速光电响应电路,研制了一台便携式高速多光谱辐射测温仪。结果表明,使用光纤和带通滤光片代替传统的棱镜分光,并与其它硬件封装在一起,可降低系统的复杂度,提高仪器的便携性,组装后仪器总体质量不大于4 kg,体积不大于30 cm×25 cm×25 cm;设计高带宽的光电转换电路并使用高速模数转换芯片、现场可编程门阵列芯片及CYUSB3014芯片进行数字信号的采集和传输,与计算机的通信速率高达100 MHz,使得测温仪能够测量微秒级变化的温度;在参考温度稳定的情况下,测温相对误差低于±2.5%,测温精度较高。这些结果对于提高测温仪的便携性和实现瞬变温度场高精度测温是有帮助的。