專利名稱：紅移輻射染色測(cè)溫的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
紅移輻射染色測(cè)溫屬于非接觸紅外輻射測(cè)溫技術(shù)。因?yàn)樗朔呛隗w輻射發(fā)射率ε的困攪，所以可以直接應(yīng)用于燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼等等，每道冶煉工序的溫度測(cè)量與溫度控制。也同樣適用于能源、環(huán)保、化工、爐窯、科研、航天等等，遍及需要非接觸測(cè)溫、 調(diào)溫、閉環(huán)控制的每個(gè)環(huán)節(jié)。
背景技術(shù)：
紅外輻射測(cè)溫技術(shù)是一門古老而又年青的學(xué)科。黑體輻射的基本定律早在一百年以前就完全確立，但是紅外輻射測(cè)溫技術(shù)的應(yīng)用卻邁不出實(shí)驗(yàn)室的門檻。傳統(tǒng)輻射測(cè)溫法包括亮度法(光學(xué)高溫計(jì))、全輻射法(輻射高溫計(jì))和比色法 (比色溫度計(jì))。各類輻射測(cè)溫方法只能測(cè)出對(duì)應(yīng)的光譜溫度、全輻射溫度或比色溫度。只有絕對(duì)黑體所測(cè)溫度才是真實(shí)溫度。如欲測(cè)定物體的真實(shí)溫度，則必須進(jìn)行材料表面發(fā)射率的修正。而材料表面發(fā)射率不僅取決于溫度和波長(zhǎng)，而且還與表面狀態(tài)、涂膜和微觀組織等有關(guān)，因此很難精確測(cè)量。在自動(dòng)化生產(chǎn)中往往需要利用輻射測(cè)溫法來(lái)測(cè)量或控制某些物體的表面溫度，如冶金中的鋼帶軋制溫度、軋輥溫度、鍛件溫度和各種熔融金屬在冶煉爐中的溫度。在這些具體情況下，物體表面發(fā)射率的測(cè)量是非常困難的。我(專利申請(qǐng)人)畢生冶煉行業(yè)，深知高溫作業(yè)遍布主體廠房的每一道生產(chǎn)工序， 迫切需要輻射測(cè)溫技術(shù)的支持。因?yàn)闊o(wú)法確定工件(熱源)輻射發(fā)射率，所以生產(chǎn)線上的輻射測(cè)溫儀表形同聾子的耳朵，操作工藝憑經(jīng)驗(yàn)看火，溫控自動(dòng)化不能閉環(huán)，輻射測(cè)溫環(huán)節(jié)因?yàn)檎`判溫度而引發(fā)廢品、次品的事故時(shí)而有之。如今使用在生產(chǎn)線上的所有紅外輻射測(cè)溫儀表都令現(xiàn)場(chǎng)不盡人意。絕大多數(shù)教案只能在這些不成大器的輻射測(cè)溫法中、出于無(wú)奈推薦比色測(cè)溫。例如文獻(xiàn)[2](ρ84)曾言 ‘比色測(cè)溫的溫度測(cè)量取決于輻射功率之比，只要輻射體的發(fā)射率隨波長(zhǎng)λ的變化相對(duì)緩慢，特別是對(duì)于灰體、輻射功率的部份損失以及電子線路中放大倍數(shù)的變化等因素對(duì)比色測(cè)溫的影響很小。所以可以用顏色溫度測(cè)得接近物體表面的真實(shí)溫度’。輻射測(cè)溫技術(shù)的一百多年，是探尋輻射發(fā)射率規(guī)律的一百多年。一個(gè)世紀(jì)以來(lái)、誰(shuí)也沒有宣稱找到了真實(shí)的灰體。首先是從事檢測(cè)發(fā)射率ε (λ.τ)試驗(yàn)的學(xué)者、對(duì)灰體的存在提出質(zhì)疑。例如；早在二十幾年以前、崔志尚先生就在文獻(xiàn)[1] (ρ84)中指出‘在比色測(cè)溫技術(shù)方面、波長(zhǎng)選擇是個(gè)復(fù)雜的問題，它大大增加了比色測(cè)溫儀器設(shè)計(jì)的困難。無(wú)論從數(shù)量或者質(zhì)量上來(lái)看、對(duì)比色測(cè)溫理論與實(shí)踐的研究遠(yuǎn)少于亮度測(cè)溫和全輻射測(cè)溫的研究’。類似的觀點(diǎn)在紅外測(cè)溫技術(shù)相關(guān)的文獻(xiàn)里也常見不鮮。也是在文獻(xiàn)[2] (ρ7)中鄭重指出‘輻射測(cè)量的誤差是很大的，能達(dá)到的誤差就認(rèn)為是很精確的了。這也只能在操作非常小心，所采用的元件技術(shù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與上述誤差十分匹配的條件下才能達(dá)到。一般認(rèn)為；10%或稍大一點(diǎn)的誤差就可滿足要求，而達(dá)到這種精度也是在采用較好測(cè)量技術(shù)時(shí)才有的結(jié)果’。
當(dāng)輻射測(cè)溫儀表的精度達(dá)到士5%時(shí)、才能指導(dǎo)煉鐵、煉鋼工藝的操作過(guò)程。當(dāng)測(cè)溫精度達(dá)到士2. 5%時(shí)、軋鋼線才有把握投入自動(dòng)。輻射測(cè)溫儀表的精度是在實(shí)驗(yàn)室用黑體輻射標(biāo)定的，出廠精度為士 1%。然而現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)線上的輻射源(如熔鋼、熔鐵、軋制工件等等)都不是黑體，其輻射發(fā)射率的高低、除了跟輻射源自身材質(zhì)特征有關(guān)以外，還取決于輻射源的溫度。雖然輻射源的溫度對(duì)發(fā)射率的影響不是主要因素，然而在高溫下的金屬材料、 其輻射發(fā)射率隨溫度的變化率接近精度等級(jí)的數(shù)量級(jí)。試想當(dāng)輻射源的溫度還沒有測(cè)定之前，它的輻射發(fā)射率又該怎樣準(zhǔn)確的設(shè)定呢？顯然不能。更何況高溫作業(yè)充滿了水蒸汽吸收的光譜輻射，信號(hào)途徑中煙灰飛塵的散射，還有可見光的干擾?？偠灾⑤椛錅y(cè)溫儀表只不過(guò)是充當(dāng)家居擺設(shè)的花瓶而以。為了淡化人們對(duì)輻射測(cè)溫的失望，冶煉工藝還是繼續(xù)讓技師看火操作，軋鋼自動(dòng)化的溫控則借助數(shù)學(xué)模型解決?！詣?dòng)控制’專家建立關(guān)于位移、速度、排序之類、‘時(shí)空’參量的數(shù)學(xué)模型通常都駕輕路熟。由于溫度為強(qiáng)度參數(shù)，它具有獨(dú)立的物理屬性，如果象輻射溫度那樣不能檢測(cè)，那么‘自控’專家想建立溫控?cái)?shù)學(xué)模型就力不從心。就以軋鋼自動(dòng)化為例；必然由既是‘軋鋼’專家又是‘自控’專家的復(fù)合型智商、才能勝任建立軋鋼自動(dòng)化的數(shù)學(xué)模型。無(wú)論溫控模型如何優(yōu)秀，它的仿真水平也只相當(dāng)于瞎子摸象。為了牽就軋制質(zhì)量， ‘摸象’的代價(jià)就是開銷能耗支出、放慢軋制速度，不可能像通過(guò)準(zhǔn)確測(cè)溫而實(shí)施自動(dòng)化的常規(guī)控制那樣、去調(diào)動(dòng)‘一切極積因素’。

發(fā)明內(nèi)容
紅移輻射染色測(cè)溫是針對(duì)當(dāng)前輻射測(cè)溫技術(shù)舉步維艱的現(xiàn)狀而研發(fā)的。它以‘紅移-染色’環(huán)節(jié)將非黑體輻射轉(zhuǎn)換為黑體輻射，將紅移輻射從三維、高次的超越函數(shù)化解為一次線性函數(shù)，再將解算出來(lái)的數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)的輻射源的真實(shí)溫度進(jìn)行比對(duì)，就可以得到接近真實(shí)溫度的所謂‘逼真溫度’。實(shí)驗(yàn)證明‘紅移-染色’測(cè)溫的‘逼真溫度’非常接近輻射源的真實(shí)溫度T*。其偏差ΔΤ= (Tiv-T*)的漲落、遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)輻射測(cè)量最高精度 (士 1.0%)時(shí)的分辨力。它的精度比常規(guī)輻射測(cè)溫高一個(gè)精度等級(jí)，幾乎相當(dāng)于在實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)定過(guò)程中對(duì)輻射源進(jìn)行接觸測(cè)溫時(shí)標(biāo)準(zhǔn)溫度的精度?！t移-染色’輻射測(cè)溫接收的信號(hào)，在輻射函數(shù)(1500 10000) μ m*K的支配下， 位于占有90%以上輻射能量的波段區(qū)間。傳統(tǒng)輻射測(cè)溫不講究輻射函數(shù)的約束，接收的輻射信號(hào)位于不足5%輻射能量的波段區(qū)間。其信噪比之懸殊、相當(dāng)于一個(gè)數(shù)量級(jí)，接收信號(hào)強(qiáng)則意味著抗干擾強(qiáng)，復(fù)現(xiàn)穩(wěn)定?！t移-染色’測(cè)溫的精度是在模擬現(xiàn)場(chǎng)的非黑體輻射條件下標(biāo)定的，它根除了設(shè)定輻射發(fā)射率的困擾，在線測(cè)溫的準(zhǔn)確性完全按照誤差傳遞的規(guī)律來(lái)決定。

(無(wú)附圖) 具體實(shí)施例方式紅外輻射測(cè)溫儀表由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器、信號(hào)處理器及顯示輸出等部份組成。輻射源發(fā)出的紅外輻射、進(jìn)入紅外輻射測(cè)溫儀表的光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)匯集其視場(chǎng)內(nèi)目標(biāo)的紅外輻射能量，經(jīng)調(diào)制器把紅外輻射調(diào)制成交變輻射，由探測(cè)器轉(zhuǎn)變成為相應(yīng)的電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)由放大器和信號(hào)處理器，并按照儀器內(nèi)置的算法轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y(cè)目標(biāo)的
4溫度值。
權(quán)利要求
1.紅移環(huán)節(jié)；本發(fā)明對(duì)以等輻射因子、求解輻射源的染色溫度Jtte= τΓ(λΓ/λ)請(qǐng)求專利保護(hù)。其中=Tto為輻射源的染色溫度、Tr為紅移輻射的染色溫度；λ、λ ^分別為定位波長(zhǎng)、染色波長(zhǎng)；
2.染色環(huán)節(jié)本發(fā)明對(duì)全波直接染色，還有雙波段染色；求解雙波段染色溫度 ；；染色波長(zhǎng)XAr、λ &的聯(lián)立方程組請(qǐng)求專利保護(hù)。
3.寬波染色為了克服煙塵散色、水蒸汽吸收、可見光的干擾，本發(fā)明對(duì)以帶寬很大的波段取代全波染色測(cè)溫請(qǐng)求專利保護(hù)。
4.多波段染色為了擴(kuò)大雙波段染色測(cè)溫的量程，本發(fā)明對(duì)多波段染色測(cè)溫請(qǐng)求專利保護(hù)。
5.全波與多波段一體化染色為了提高測(cè)溫精度，本發(fā)明對(duì)全波與多波段一體化染色測(cè)溫請(qǐng)求專利保護(hù)。
6.本發(fā)明對(duì)將紅移輻射染色環(huán)節(jié)、使用在雙波段或多波段熱像儀表中進(jìn)行成像或測(cè)溫的技術(shù)，請(qǐng)求專利保護(hù)。
全文摘要
本發(fā)明以‘紅移-染色’原理將非黑體輻射轉(zhuǎn)化為黑體輻射，將紅移輻射從三維高階的超越函數(shù)化解為一次線性函數(shù)，再將解算出來(lái)的數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)的輻射源的真實(shí)溫度T★進(jìn)行比對(duì)，從而得到接近真實(shí)溫度的所謂‘逼真溫度’T☆。實(shí)驗(yàn)證明逼真溫度非常接近輻射源的真實(shí)溫度。其偏差(T☆-T★)的漲落遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)輻射測(cè)溫最高精度(±1.0％)的分辨力。比常規(guī)輻射測(cè)溫高一個(gè)精度等級(jí)，相當(dāng)接近在實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)定過(guò)程中、對(duì)輻射源進(jìn)行接觸測(cè)溫時(shí)標(biāo)準(zhǔn)溫度的精度。紅移輻射染色測(cè)溫接收的信號(hào)比傳統(tǒng)輻射測(cè)溫接收的信號(hào)高一個(gè)數(shù)量級(jí)，接收信號(hào)強(qiáng)則意味著抗干擾強(qiáng)，復(fù)現(xiàn)穩(wěn)定。染色測(cè)溫的標(biāo)定工序是在非黑體輻射的條件下進(jìn)行的，所以它根除了設(shè)定輻射發(fā)射率的困擾。
文檔編號(hào)G01J5/52GK102353460SQ201110146719
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月2日
發(fā)明者張?zhí)炻?申請(qǐng)人:張友山, 張?zhí)炻?br>