河南师范大学红外光谱测量与应用河南省重点实验室, 河南 新乡 453007
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 发射率 粒子群算法 遗传算法 Multispectral radiometric thermometry Emissivity PSO GA 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3659
随着科技的发展, 工业领域对白铜产品质量的要求日益提升; 利用辐射测温技术对白铜在冶炼和加工时的温度进行精确测量, 是决定产品质量的重要手段, 因此研究白铜的光谱发射率特性就显得尤为重要。 基于傅里叶红外光谱仪搭建的光谱发射率测量装置, 测量了白铜在四个温度点(673, 773, 873和973 K), 波长范围2~22 μm内的光谱发射率, 分别研究了波长、 温度、 加热时间和氧化对白铜光谱发射率的影响。 研究发现, 在氮气环境下白铜的光谱发射率随温度的升高而增加, 随波长的增加而减少。 当白铜暴露在空气环境中, 随着温度的升高, 其光谱发射率迅速增加。 673 K时, 白铜表面生成一层细微的氧化物颗粒, 阻止白铜进一步氧化, 这些氧化物颗粒的光谱发射率大于白铜基底, 所以此温度下短波处的光谱发射率略微增加。 773 K时, 白铜表面氧化物的主要成分是Cu2O, 在实验过程中也观察到白铜表面逐渐变红的现象, 这也是白铜在773 K温度下其光谱发射率迅速增加的原因。 873 K时, 白铜表面氧化物的种类和含量明显增多, 氧化膜的厚度满足干涉效应条件, 在白铜的光谱发射率曲线中可以明显地观察到干涉极值的演变, 随着加热时间的增加, 干涉极值逐渐向长波移动。 随着温度的升高, 白铜的抗氧化能力下降。 973 K时, 白铜表面的氧化程度最深, 在XRD图中氧化物的峰值也最大, 因此氧化1 h后由于干涉效应产生的干涉极值数最多。 综上所述, 波长、 温度和氧化对白铜的光谱发射率有重要的影响, 在运用辐射测温技术测量白铜温度时应充分考虑上述因素的影响。 该研究丰富了白铜的光谱发射率数据, 为辐射测温提供了真实可靠的数据支撑。
白铜 光谱发射率 氧化 温度 加热时间 Copper-nickel alloy Spectral emissivity Oxidation Temperature Heating time 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2969
