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。

1000 kV电容式电压互感器(Capacitor Voltage Transformer, CVT)、1000 kV气体绝缘金属封闭开关设备 GIS(Gas Insulated Switchgear)出线套管、1000 kV避雷器是特高压变电站内主要的电压致热型设备, 其内部缺陷具有表面温差小、热点不明显的特点, 且易受环境因素影响, 通常需要在理想环境条件下开展红外精确测温进行缺陷诊断。然而若现场环境条件短时间内无法满足要求, 则可能导致缺陷的进一步发展, 因此有必要研究非理想环境条件下测温结果的修正方法。本文建立了 3类特高压电压致热型设备的温度场仿真计算模型, 结合传热学理论研究了光照强度、环境温度、风速大小等环境因素对特高压电压致热型设备表面温差的影响规律, 结果显示, 3种因素的增强均会导致表面温差不同程度地下降, 需将其修正至理想环境条件下的真实温差。最后利用数据拟合的方法, 获得各类环境因素影响下实测温差与真实温差的曲线表达式, 进一步总结出非理想环境条件下特高压电压致热型设备表面温差的修正方法, 并通过变电站现场应用验证了修正结果的准确性。

水雾环境对红外辐射有着较强的衰减作用。在工业生产中水雾环境十分常见, 连铸二冷区铸坯的冷却装置采用的就是人工水雾系统, 而准确掌握连铸二冷区铸坯表面温度对提高产品质量的稳定性具有重要意义。针对二冷区大量水雾对连铸坯表面非接触式测温存在干扰的问题, 提出了一种基于 Mie 散射理论的校正方法。首先根据现场使用的气水喷嘴进行模拟实验, 分析现场水雾的水流分布, 建立水雾状态模型; 然后分析水雾状态模型下红外辐射的衰减特性, 通过模拟试验计算得到相应的消光系数, 并利用朗伯比尔定律得到红外辐射衰减的校正因子, 将校正因子添加至非接触式红外测温系统中进行实时温度值的校正。研究表明, 通过校正因子的导入能够有效地提高非接触式红外测温系统的精度。

针对在线式红外测温仪的测温精度易受环境温度影响, 导致测温误差增大的问题, 提出一种基于环境温度的红外测温补偿方法, 以减少测温误差。首先根据红外测温原理, 搭建了红外测温实验平台, 获取了不同环境温度下的测温数据; 然后利用最小二乘法原理对提取的测温误差均值进行误差-环境温度的曲线拟合, 得到了红外测温补偿模型; 最后对其进行了实验验证。实验结果表明, 使用该补偿模型对红外测温数据进行补偿, 得到的红外测温值与真实目标温度值的最大相对误差为0.29%, 说明提出的补偿方法降低了环境温度对红外测温的影响, 有效提高了红外测温精度。

红外测温系统的应用减少了人工测温的安全事故, 但其温度的准确性取决于由红外热像仪获得的图像的质量。为了对钢水红外图像质量的影响, 提出了基于自适应维纳滤波的去噪方法。通过自相关的参数指数衰减模型来控制算法的计算复杂性和敏感性, 进而有效提高维纳滤波器的去降噪性能。基于对不同温度下钢水红外图像的去噪处理, 验证了所提去噪方法比维纳滤波和稀疏分解方法的图像去噪具有更好的去噪性能。

为准确获得半导体硅材料在激光加工过程中的温度特性变化规律, 开展了980 nm激光辐照硅材料实验研究。利用接触式和红外非接触式方法获得了硅材料特性曲线, 分析了在激光辐照下的特性变化规律。结果表明, 激光照射材料时红外测温结果不只与材料的温度相关, 还与入射激光波长、强度、时间等多个因素相关, 传统非接触式红外测温方式将无法准确表征激光辐照硅材料的实时温度变化, 需采取新的标定方法。该研究对激光加工中的非接触式测温设备的参数标定具有重要意义。

以红外测温技术为背景, 着重研究了ｆ(Ｔ)＝∫λ２λ１ＲλＬｂλ(Ｔ)ｄλ≈ＣＴｎ模型, 即某段波长范围内, 黑体辐射在探测器上引起的响应, 称其为黑体波段辐射亮度响应。 对于不同的探测器, 不同的波长区间, 不同的温度范围, 有不同的C及n。 n值难以准确获取, 多数研究者试验时使用Inagaki及Okamoto在1996年提出的三个固定波段模型, 不能很好的扩展到任意波段的探测器。 通过使用“维恩近似公式”代替普朗克公式, 从理论上推导出ｆ(Ｔ)的解析式, 得到了黑体波段辐射亮度响应的通用公式, 从而能够通过理论计算的方式, 求取任意波段内黑体波段辐射亮度响应ｆ(Ｔ)。 使用黑体波段辐射亮度响应的通用公式进行了两项仿真工作。 一是将通用公式在全波段内进行积分, 得到解析式Ｍｂｂ＝5.238 5×10-8T4, 并与斯蒂芬玻尔兹曼定律对比。 通用公式求得的系数σ′＝5.238 5×10-8与斯蒂芬玻尔兹曼常数σ＝5.667 9×10-8差值为0.429 4×10-8。 二是使用通用公式计算出8~13 μm波段内黑体波段辐射亮度响应ｆ(Ｔ), 并绘图与Inagaki及Okamoto文章中的拟合结果ｆ(Ｔ)≈0.136σＴ4.09进行对比, 结果曲线基本一致。 两项仿真说明了通用公式的正确性, 在此基础上, 进一步进行实验验证。 以实验室内面源辐射体为目标, 根据所提出的通用公式, 计算被测目标的发射率ε, 并将之与目标发射率参考值ε0对比。 面源辐射体实验结果: ０＝0.92为参考值, ＝0.93为测量值, 发射率误差为0.01。 实验误差较小, 说明所提出的通用公式可用于红外测温的工程实践中。 通用公式与原模型ｆ(Ｔ)≈ＣＴｎ相比, 最大的优势在于可以在任意波段内, 不需考虑温度分区, 通过理论计算的方式, 求取黑体波段辐射亮度响应ｆ(Ｔ), 具有通用性。 黑体波段辐射亮度响应的通用公式进一步完善了红外测温技术的基础理论。