熔融金属在线红外热像测温方法研究

本课题结合红外热像测温原理，对熔融金属的在线温度测量进行研究，主要工作如下：.(1) 由于熔融金属的成份、环境及熔体温度、界面波动、化学变化等因素的影响，使得其发射率是不断变化的，为此课题组以黑体作为辐射能量的参比基准，以红外傅里叶光谱仪测量光谱辐射亮度。建立发射率和温度间的校正曲线。(2) 在熔融金属环境中，为了克服高温粉尘颗粒、高压氧气流动等因素的影响，提高测量精度，对外场环境气体透过率进行二次标定，利用二次修正系数对测量值进行修正。(3) 通过研究被测物体表面的发射率、反射率和透射率，并结合红外物理中的三大辐射定律得到被测物体表面的有效辐射，研究适合于熔融金属的在线测温方法。.本课题的研究内容可为熔融金属的红外热像测温方向奠定坚实的理论和技术基础。

在冶金行业，熔融金属的真温及温度分布的快速在线测量对于热处理诊断，过程参数估计、冶炼可视化而言是非常关键的，接触法测温显然在测量上限和动态响应要求方面无法满足要求。基于红外热像仪的非接触测温技术是集电子技术、传热学、图像处理技术于一体的高新技术，以其响应迅速、非接触测量、适用范围广等优点成为高温检测领域中的研究热点之一。目前直接利用红外热像测温的方法还处于实验室研究和工厂试验阶段。测温精度低、高温标定困难是制约红外热像测温技术应用的主要因素。针对上述问题，本课题开展了如下研究工作：.1、设计了中频感应电炉的热场结构，基于二自由度内模控制原理，设计并构建了中频感应加热控制系统，性能指标如下：温度变化范围100~1800℃，相对误差≤±1℃。为开展熔融金属的红外热像测温理论、技术和方法研究提供实验平台，测温算法的验证和比较平台以及熔池环境。.2、提出了基于多传感器数据融合的多通道温度测量算法。将不同波长组合下的比色测温结果看作多个传感器测量输出的结果，提出自适应加权数据融合算法。根据标准差最小化这一性能指标自适应的计算加权因子，得出熔融金属的温度测量结果。在800~1800℃的量程范围内，测量误差≤3%，对算法进行实时化处理后，测量时间≤100ms。.3、基于模糊一致性数据融合建立了多通道发射率-温度校正曲线。通过定义一种新的置信距离，对一致性数据融合算法进行改进，该方法综合考虑各传感器测量精度的差异，并通过模糊权系数来体现各传感器测量精度的差异对置信距离的影响。置信距离和模糊权系数在标定过程中进行，对算法的实时性没有任何影响。在800~1800℃的量程范围内，测量误差≤2%，测量时间≤80ms。为红外热像仪的精确测温提供了保证。. 4、提出了红外热像仪外场精确测温方法，进行了大气透过率的二次标定，利用二次修正系数对未知辐射源测量值进行修正，准确测量出未知辐射源目标的辐射温度。实验结果表明随着黑体设置温度不断升高，大气二次透过率修正系数迅速下降，且下降趋势逐渐减缓，收敛于常数。.本课题的研究成果表明：基于红外热像的温度测量技术能够实时测量熔融金属的温度及其分布，测量精度满足要求。项目的推广与应用在缩短冶炼周期、判断冶炼终点、提高冶炼质量方面有着巨大的应用价值，可显著提高冶炼综合自动化水平。