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1、数字图象处理技术应用于温场分布在线测量摘要:首先阐述在恶劣环境下的工业生产中采用成象光谱法来监测温场分布的理由,然后结合面阵CCD成象技术和数字图象处理方法,选用恰当的波长搭配,进行合理的设计,研制出新的成象光谱数字图象温场监测装置。利用黑体的标定证实理论和设计的正确性,并在现场测试中取得满意的结果。关键词:成象光谱法,数字图象处理,温度分布,在线测量。Abstract:Thereasonsforapplyingimagingspectralmethodtomonitoringandmeasuringtemperaturefielddistributioninthesever
2、eindustrialproductionarefirstdescribedinthepaper.CombiningareaarrayCCDimagingtechniquewithdigitalimageprocessingmethod,selectionofthejustwavelengtharrangementandreasonableunitdesign,anewtemperaturefieldmonitoringandmeasuringapparatuswithimagingspectraldigitalimagetechniqueisdeveloped.Thecal
3、ibrationwithablackbodydemonstratesthatitstheoryanddesignarecorrectandsatisfiedresultshavebeenachievedinthefieldmeasuring.Keywords:Imagingspectrometry,Digitalimageprocessing,Temperaturedistribution,On2linemeasurement.引 言在许多工业生产,如冶金行业的退火、锻压、轧板,以及电站锅炉炉内煤粉燃烧过程中,都需要在恶劣环境(如灰尘较多)下对现场不断变化的温度分布进行监测。
4、因此,对非接触式的较高空间分辨率的温场在线测量技术有着迫切的需求。在国外,已报道有线阵CCD双色法用于测量化学合成过程中的温度分布[1],也有用于轧板过程监测的面阵CCD亮温测量方法[2];在国内,随着锅炉火焰监视器的使用,已有用单色火焰图象处理进行火焰监测的报道[3]。通过对比总结前人的研究成果,我们以成象光谱法作为测量辐射温度场分布的基础,结合先进的面阵CCD成象技术和计算机数字图象处理技术,研制出新的温场分布在线测量装置,并已在实验室标定和电站锅炉运行监测中取得了很好的结果,受到使用单位的好评。1 设计原理任何有温度的物体,均以它的本征频谱特性向周围辐射能量。本世纪八十
5、年代初发展起来的成象光谱学,其特点是不仅要获得物体表观的象,而更是为了从本质上认识物体,考查物体频谱的空间分布。一般物体发出的光谱辐亮度可以用它的表面温度和表观发射率及周围环境温度表示,如下式:⑴式中 C1,C2被称为第一、第二辐射常数;为波长;T为辐射体温度;为环境温度,E(,T)为物体表观发射率,是,T的函数。在某一温度下,E(,T)可用多项式表示,即：⑵在各波长i下所得辐亮度为一方程组:⑶如果在E()中舍去3次方以上的项,则各方程中至少有6个未知量,那么我们在6个波长上测得物体的辐射亮度则可以解得方程(3),得出物体温度T。多波长测温方法,其优点就在于能消除未知被测物体
6、的发射率及周围环境温度的影响。了简便起见,从单波长、双波长法入手,分别说明其测温原理和它们各自的局限性。1.1 单色法——亮温法对于一般灰体,在T<7、缺陷,单色法在实际应用中几乎是不可能实现的。1)我们仅对少数标准物质的发射率有所了解。事实上,它不仅仅决定于物质的化学结构,还取决于其物理状态和表面微观结构。单色法只能得到相对的结果。2)对辐射强度的绝对测量严重依赖于光路中的吸收散射等状况,在燃烧这种三维空间进行的不断脉动、变化极快的复杂化学、物理过程中,伴随着粉尘和烟雾的发生和弥漫,这样恶劣环境下使用单色高温计几乎是不可能的。1.2 双波长法——双色法另一种是双色比测温法,即在两个不同波长下同时测量实验对象的辐射能。对于采用的两个波长为，的情况,可分
