基于图像测量技术的双波长测温仪在线校准方法.pdf

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1、2016：证仪表技术与传感器2016第4期InstrumentTechniqueandSensorNo．4基于图像测量技术的双波长测温仪在线校准方法王飞龙，翟光杰，孙志斌(1．中国科学院复杂航天系统电子信息技术重点实验室，中国科学院国家空间科学中心，北京100190；2．中国科学院大学，北京100049)摘要：红外测温的方法具有非接触、能够测量极高温度的特点，但其测温精度易受材料自身和环境的影响，针对静电悬浮材料实验装置中双波长测温仪温度测量存在偏差的问题，设计了一种基于图像测量技术的在线校准方法。采用CCD相机获取测温样品的图像，通过

2、边缘提取拟合计算样品体积随温度的变化，与材料自身实际的热膨胀系数对比，修正双波长测温仪的发射率比值。通过对纯金属锆的实验，比对校准后测量的熔点温度，验证了该在线校准方法。关键词：双波长测温仪；图像处理；在线校准；静电悬浮；热膨胀系数中图分类号：TH811；TP216文献标识码：A文章编号：1002-1841(2016)04-0040-02OnlineCalibrationMethodofDual-wavelengthThermometerBasedonImageMeasurementTechniqueWANGFei—long’一，ZHA

3、IGuang—jie，SUNZhi—bin’(1_KeyLaboratoryofElectronicsandInformationTechnologyforSpaceSystems，NationalSpaceScienceCenter，ChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China；2．UniversityofChineseAcademyofSciences，Beijing100049，China)Abstract：Infraredthennometrymethodhavetheadvantag

4、esofnon—contactandextremehightemperaturemeasurement．Butitsmeasurementaccuracywasaffectedbythematerialsandenvironments．Anonlinecalibrationmethodbasedonimagetechniquewasdesignedtosolvethemeasurementdeviationproblemofthedual—wavelengththermometerintheelectrostaticlevitation

5、facility．ThesampleimageswererecordedbyCCDeamera．Theimageedgewasextractedtocalculatethevolumeexpansionasafunctionoftem—perature．Bycomparingitwiththethermalexpansioncoeficientofthematerial，theratioofthedual—wavelengthemissivitieswascal—ibrated．ApureZrsamplewasexperimentedt

6、ocalibratethethermometer．BycheckingthemeltingtemperatureoftheZrsample，thecalibrationmethodisverified．Keywords：dual—wavelengththermometer；imageprocess；onlinecalibration；electrostaticlevitation；thermalexpansioncoeficient0引言静电悬浮无容器技术是研究材料深过冷、寻找新材料的先长测温仪进技术手段。在该材料实验装置中，样品处于悬

7、浮状态，需要采用非接触红外测温的方法精确获取样品的温度。但由于装置以及材料自身的影响，为了实现高精度的温度测量，需要在每次实验之前都对测温仪进行标定，离线的标定方法复杂又难以实现，为此设计一种基于图像测量的快速在线校准方法。光加热器1在线校准的实验装置结构应用图像测量技术在线校准测温仪的无容器材料实验装置结构(图1)，位置控制系统使测温样品悬浮于真空腔体图1实验装置俯视结构图内，激光加热器、双波长测温仪和CCD相机通过腔体外围的采集一个方向的图像，即可精确计算样品的体积。石英窗口对样品进行加热、测温和图像采集。由于样品在温度广—圃高压电

8、极[二=]升高过程中自身亮度会发生变化，采用背景光源的方法提高采集图像轮廓的清晰度。样品·妇腔体内测温样品的悬浮状态如图2所示，样品通过位置控—I—I双波长测温仪制稳定悬浮在上下极板之间，样品为直径约2mm