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CN117490859B - 一种用于辐射温度计的环境温度补偿方法及装置 - Google Patents

一种用于辐射温度计的环境温度补偿方法及装置 Download PDF

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CN117490859B CN202311443478.7A CN202311443478A CN117490859B CN 117490859 B CN117490859 B CN 117490859B CN 202311443478 A CN202311443478 A CN 202311443478A CN 117490859 B CN117490859 B CN 117490859B
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Abstract

本发明公开了一种用于辐射温度计的环境温度补偿方法及装置，所述方法包括：Sakuma方程修正步骤：将环境温度、辐射温度计零点电压、探测器响应度的温漂修正系数引入Sakuma方程，得到修正后的Sakuma方程；标定步骤：以黑体辐射源作为测量目标，使用辐射温度计在黑体辐射源的三个温度下的输出电压，联立上述修正后的Sakuma方程，求解得到三个待定系数；测试步骤：将求解得到的系数代回修正后的Sakuma方程，使用辐射温度计测量目标得到输出电压，计算出目标温度。本发明能够大幅度降低环境温度对测量结果的影响，提高辐射温度测量准确性。

Description

一种用于辐射温度计的环境温度补偿方法及装置
技术领域
本发明属于辐射测温技术领域，具体涉及一种用于辐射温度计的环境温度补偿方法及装置。
背景技术
辐射温度计用于对物体表面温度进行非接触测试，将温度对应的辐射能量转换为电参数输出，通过电路对电参数进行放大、采集和处理，最终输出一个对应于物体表面温度的数字。辐射温度计具有不干扰物体温度场、测量速度快、测温上限高等优势。但对于长波辐射温度计常用的热电堆探测器，测量结果极易受到环境温度变化的影响，该影响分为两个部分，一个是环境温度变化导致热电堆探测器响应度发生变化，另一个是环境温度辐射叠加在目标辐射上，若不对其扣除，就会导致目标辐射测量的不准确。此外电路系统可能存在零点漂移。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于辐射温度计的环境温度补偿方法及装置、计算机设备、计算机可读存储介质，能够大幅度降低环境温度对测量结果的影响，提高辐射温度测量准确性。
本发明的一个方面提供一种用于辐射温度计的环境温度补偿方法，所述辐射温度计具有探测器，所述方法包括：
Sakuma方程修正步骤：将环境温度、辐射温度计零点电压、探测器响应度的温漂修正系数引入Sakuma方程，得到修正后的Sakuma方程：
其中：
A、B、C为待定系数；
c2为第二普朗克辐射常数，c2＝1.4388×10-2m·K；
Ta表示目标温度；
Tb表示环境温度；
T0表示标准环境温度；
V表示辐射温度计输出电压；
V0表示辐射温度计零点电压；
r表示探测器响应度的温漂修正系数；
标定步骤：以黑体辐射源作为测量目标，使用辐射温度计在黑体辐射源的三个温度下的输出电压，联立上述修正后的Sakuma方程，求解得到三个待定系数A、B、C；
测试步骤：将求解得到的系数A、B、C代回修正后的Sakuma方程，使用辐射温度计测量目标得到输出电压V，如下计算出目标温度Ta：
其中，εa表示目标发射率。
优选地，在所述Sakuma方程修正步骤与所述标定步骤之间还包括探测器响应度自校准步骤，所述探测器响应度自校准步骤包括：
在标准环境温度T0下，将黑体辐射源设置为与标准环境温度T0不同的温度T1，读取探测器经放大后的第一输出电压V10；
保持黑体辐射源温度不变，读取探测器经放大后的第二输出电压V1，读取探测器测得的环境温度Tb1；
如下计算探测器响应度的温漂修正系数r：
优选地，在所述Sakuma方程修正步骤与所述标定步骤之间还包括：
零点自校准步骤：在辐射温度计无输入的情况下，采集辐射温度计的电路系统的输出，作为辐射温度计的零点电压。
优选地，所述探测器为热电堆探测器，内部集成有环境温度传感器，用于对环境温度进行实时监测。
本发明的另一个方面提供一种用于辐射温度计的环境温度补偿装置，所述辐射温度计具有探测器，所述装置包括：
Sakuma方程修正模块：将环境温度、辐射温度计零点电压、探测器响应度的温漂修正系数引入Sakuma方程，得到修正后的Sakuma方程：
其中：
A、B、C为待定系数；
c2为第二普朗克辐射常数，c2＝1.4388×10-2m·K；
Ta表示目标温度；
Tb表示环境温度；
T0表示标准环境温度；
V表示辐射温度计输出电压；
V0表示辐射温度计零点电压；
r表示探测器响应度的温漂修正系数；
标定模块：以黑体辐射源作为测量目标，使用辐射温度计在黑体辐射源的三个温度下的输出电压，联立上述修正后的Sakuma方程，求解得到三个待定系数A、B、C；
测试模块：将求解得到的系数A、B、C代回修正后的Sakuma方程，使用辐射温度计测量目标得到输出电压V，如下计算出目标温度Ta：
其中，εa表示目标发射率。
本发明的又一个方面提供一种辐射温度计，具有上述的用于辐射温度计的环境温度补偿装置。
本发明的又一个方面提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法的步骤。
本发明的又一个方面一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
根据本发明以上方面的用于辐射温度计的环境温度补偿方法和装置、计算机设备、计算机可读存储介质，能够能够大幅度降低环境温度对测量结果的影响，提高辐射温度测量准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
图1是本发明一种实施方式的用于辐射温度计的环境温度补偿方法的流程图。
图2是本发明一种实施方式的用于辐射温度计的环境温度补偿装置的构成图。
图3是本发明一种实施方式的计算机设备的结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的实施方式提供一种用于辐射温度计的环境温度补偿方法，补偿环境温度变化对测温结果的影响。所述辐射温度计具有探测器，在本实施方式中，所使用的探测器类型为热电堆探测器，内部集成有环境温度传感器，可对环境温度进行实时监测，探测器响应波段范围为8-14μm。
图1是本发明一种实施方式的用于辐射温度计的环境温度补偿方法的流程图。如图1所示，本发明实施方式的用于辐射温度计的环境温度补偿方法包括步骤S1-S3。
步骤S1为Sakuma方程修正步骤。Sakuma方程的通用形式之一如下式所示，其不含有环境温度项，也无零点和响应度温漂修正项。
将环境温度影响、零点电压和探测器响应度变化引入Sakuma方程，形成带有环境温度、零点电压和探测器响应度温漂修正的形式，如下式所示：
式中：
A、B、C——待定系数；
c2——第二普朗克辐射常数，c2＝1.4388×10-2m·K；
Ta——目标温度；
Tb——环境温度，同时认为测量时处于平衡状态，环境温度与探测器温度相等；
T0——探测器响应度测量时的标准环境温度；
V——辐射温度计输出电压；
V0——辐射温度计零点电压；
r——探测器响应度的温漂修正系数。
步骤S2为标定步骤，在该步骤中，使用带有环境温度项、探测器响应度修正和零点修正的Sakuma方程在黑体辐射源上对辐射温度计进行标定。
具体地，以黑体辐射源作为测量目标，使用辐射温度计在黑体辐射源三个温度Ta下的输出电压V、零点电压V0、标定时的环境温度Tb，以及已知的探测器响应度温漂修正系数r，联立求解出待定系数A、B、C。
在一个实施例中，三个温度选定为-50℃、500℃和1000℃。
步骤S3为测试步骤，在该步骤中，将标定得到的三个系数A、B、C带回上面修正后的Sakuma方程，使用辐射温度计测量作为目标的实际物体得到输出电压V，且注意到实际物体的发射率不为1，即可计算出目标温度Ta，如下式所示：
式中：
εa——目标发射率。
在一个实施例中，在所述Sakuma方程修正步骤与所述标定步骤之间还包括探测器响应度自校准步骤，所述探测器响应度自校准步骤包括：
①在标准环境温度T0下，将黑体辐射源设置为与标准环境温度T0不同的温度T1，读取探测器经放大后的输出电压，记为V10；
②保持黑体辐射源温度不变，读取此时探测器经放大后的输出电压，记为V1，读取探测器测得的环境温度，记为Tb1；
③按照下式计算响应度的温漂修正系数r，实现对探测器响应度的自校准：
在一个实施例中，标准环境温度为25℃，黑体辐射源设置温度为50℃。并且，上述的标准环境温度T0、标定时的环境温度Tb、响应度自校准时的环境温度Tb1都可以通过探测器内部的环境温度传感器测量得到。
在一个实施例中，在所述Sakuma方程修正步骤与所述标定步骤之间还包括零点自校准步骤，在该步骤中，在辐射温度计无输入的情况下，采集电路系统的输出记为V0，作为零点自校准结果，在计算时扣除，以消除电路系统零点漂移的影响。
根据本发明上述实施方式的用于辐射温度计的环境温度补偿方法，通过采用基于Sakuma方程的环境温度修正，可大幅度降低环境温度对测量结果的影响，提高辐射温度测量准确性；通过对探测器的响应度进行自校准，消除响应度温漂造成的影响，在长期测量过程中始终能得到准确的结果；通过进行零点自校准，消除电路系统零漂的影响，保证仪器的长期稳定性。
本发明的实施方式还提供一种用于辐射温度计的环境温度补偿装置。图2是本发明一种实施方式的用于辐射温度计的环境温度补偿装置的构成图。
如图2所示，本实施方式的用于辐射温度计的环境温度补偿装置包括：
Sakuma方程修正模块101：将环境温度、辐射温度计零点电压、探测器响应度的温漂修正系数引入Sakuma方程，得到修正后的Sakuma方程：
其中：
A、B、C为待定系数；
c2为第二普朗克辐射常数，c2＝1.4388×10-2m·K；
Ta表示目标温度；
Tb表示环境温度；
T0表示标准环境温度；
V表示辐射温度计输出电压；
V0表示辐射温度计零点电压；
r表示探测器响应度的温漂修正系数；
标定模块102：以黑体辐射源作为测量目标，使用辐射温度计在黑体辐射源的三个温度下的输出电压，联立上述修正后的Sakuma方程，求解得到三个待定系数A、B、C；
测试模块103：将求解得到的系数A、B、C代回修正后的Sakuma方程，使用辐射温度计测量目标得到输出电压V，如下计算出目标温度Ta：
其中，εa表示目标发射率。
本实施方式的用于辐射温度计的环境温度补偿装置的具体实施例可以参见上文中对于用于辐射温度计的环境温度补偿方法的限定，在此不再赘述。上述用于辐射温度计的环境温度补偿装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
本发明的实施方式还提供一种辐射温度计，具有上述的用于辐射温度计的环境温度补偿装置，能够大幅度降低环境温度对测量结果的影响，提高辐射温度测量准确性。
本发明的实施方式还提供一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图3所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储各个框架的运行参数数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现本实施方式的用于辐射温度计的环境温度补偿方法的步骤。
本领域技术人员可以理解，图3中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
本发明的实施方式还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施方式的用于辐射温度计的环境温度补偿方法的步骤。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (7)

1.一种用于辐射温度计的环境温度补偿方法，所述辐射温度计具有探测器，其特征在于，所述方法包括：
Sakuma方程修正步骤：将环境温度、辐射温度计零点电压、探测器响应度的温漂修正系数引入Sakuma方程，得到修正后的Sakuma方程：
其中：
A、B、C为待定系数；
c2为第二普朗克辐射常数，c2＝1.4388×10-2m·K；
Ta表示目标温度；
Tb表示环境温度；
T0表示标准环境温度；
V表示辐射温度计输出电压；
V0表示辐射温度计零点电压；
r表示探测器响应度的温漂修正系数；
标定步骤：以黑体辐射源作为测量目标，使用辐射温度计在黑体辐射源的三个温度下的输出电压，联立上述修正后的Sakuma方程，求解得到三个待定系数A、B、C；
测试步骤：将求解得到的系数A、B、C代回修正后的Sakuma方程，使用辐射温度计测量目标得到输出电压V，如下计算出目标温度Ta：
其中，εa表示目标发射率，
在所述Sakuma方程修正步骤与所述标定步骤之间还包括探测器响应度自校准步骤，所述探测器响应度自校准步骤包括：
在标准环境温度T0下，将黑体辐射源设置为与标准环境温度T0不同的温度T1，读取探测器经放大后的第一输出电压V10；
保持黑体辐射源温度不变，读取探测器经放大后的第二输出电压V1，读取探测器测得的环境温度Tb1；
如下计算探测器响应度的温漂修正系数r：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述Sakuma方程修正步骤与所述标定步骤之间还包括：
零点自校准步骤：在辐射温度计无输入的情况下，采集辐射温度计的电路系统的输出，作为辐射温度计的零点电压。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述探测器为热电堆探测器，内部集成有环境温度传感器，用于对环境温度进行实时监测。
4.一种用于辐射温度计的环境温度补偿装置，所述辐射温度计具有探测器，其特征在于，所述装置包括：
Sakuma方程修正模块：将环境温度、辐射温度计零点电压、探测器响应度的温漂修正系数引入Sakuma方程，得到修正后的Sakuma方程：
其中：
A、B、C为待定系数；
c2为第二普朗克辐射常数，c2＝1.4388×10-2m·K；
Ta表示目标温度；
Tb表示环境温度；
T0表示标准环境温度；
V表示辐射温度计输出电压；
V0表示辐射温度计零点电压；
r表示探测器响应度的温漂修正系数；
标定模块：以黑体辐射源作为测量目标，使用辐射温度计在黑体辐射源的三个温度下的输出电压，联立上述修正后的Sakuma方程，求解得到三个待定系数A、B、C；
测试模块：将求解得到的系数A、B、C代回修正后的Sakuma方程，使用辐射温度计测量目标得到输出电压V，如下计算出目标温度Ta：
其中，εa表示目标发射率，
所述装置还包括探测器响应度自校准模块，所述探测器响应度自校准模块用于：
在标准环境温度T0下，将黑体辐射源设置为与标准环境温度T0不同的温度T1，读取探测器经放大后的第一输出电压V10；
保持黑体辐射源温度不变，读取探测器经放大后的第二输出电压V1，读取探测器测得的环境温度Tb1；
如下计算探测器响应度的温漂修正系数r：
5.一种辐射温度计，其特征在于，具有权利要求4所述的用于辐射温度计的环境温度补偿装置。
6.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-3中任一项所述的方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-3中任一项所述的方法的步骤。
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