[發明專利]一種不均勻溫度場的紅外輻射能測試平臺及測試方法

有效

• 申請號: 201710474272.9
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107271047B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 席劍輝;傅莉;王琦;胡為;陳新禹;關威;任艷;傅金鑫
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00
• 代理公司: 21229 沈陽維特專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 霍光旭

本發明公開了一種不均勻溫度場的紅外輻射能測試平臺及測試方法，其中測試平臺包括溫度控制單元和目標模擬單元，溫度控制單元包括單片機、A/D轉換器、信號調理器和并行擴展接口，目標模擬單元包括鋁板，以及鋁板上的若干溫度場，在每個所述的溫度場內均設有加熱片、熱敏電阻傳感器和場效應管，測試方法首先是對目標紅外強度譜樣本校正；然后進行紅外強度譜建模，建模時采用K?均值聚類均勻地確定RBF網絡隱層神經元初始聚類中心及其數量，采用正交最小二乘方法進一步調整RBF網絡聚類中心、數量，并計算輸出層權值；最后對模型進行驗證。

技術領域

本發明涉及一種能量測試平臺及測試方法，尤其是一種不均勻溫度場的紅外輻射能測試平臺及測試方法。

背景技術

任何物體的溫度高于熱力學溫度0K或-273℃時，會不斷向周圍進行紅外輻射，其波長在0.75μm～1000μm之間，對應的頻率范圍大致在4×10¹⁴Hz～3×10¹¹Hz。目標紅外輻射特性測量已經成為獲取目標特征、對目標進行識別的重要手段，包括目標輻射溫度、輻射亮度和輻射強度等關鍵性參數的測量。20世紀90年代以來，傅里葉紅外(FTIR)光譜輻射計迅速發展，其工作原理是光源發出的光經邁克爾遜干涉儀調制后變成干涉光，再把照射樣品后的各種頻率光信號經干涉作用調制為干涉圖函數，由計算機進行傅里葉變換，一次性得到寬波長范圍內的光譜信息。目標輻射光譜信息的獲取為目標紅外輻射特性的測量和計算提供了新的思路，對應的試驗裝置和試驗手段的設計開發也成為研究熱點。目前常用的方法是采用將測量樣品輻射的紅外光譜能量與同溫度下黑體或者已知輻射特性參考樣本的能量進行比較的方式。參考黑體都帶有溫度控制系統，方便試驗者將溫度控制到與目標相同的溫度。

事實上，在航天航空、軍事國防和工農業應用領域，很多情況下，目標表面表現出一種不均勻的溫度場。例如，飛機蒙皮外部和內部都存在復雜的多模式傳熱，蒙皮熱特性受到多物理場的多層次耦合機制控制，在不同部位表現出不同的表面溫度特性。典型熱工過程如鋅精餾爐爐膛，因為空間空氣和煤氣流量不均衡造成爐膛內溫度上高下低，也會形成表面不均勻溫度場。

另一方面，因為紅外測量為非接觸測量，所有物體發出的輻射都要經過大氣傳輸才能到達光譜輻射計，大氣傳輸特性不同會引起輻射計測量干涉圖變化，導致測量誤差，主要體現在兩個方面：①大氣氣體分子的吸收。吸收紅外輻射的氣體有CO₂(2.65～2.8μm，4.15～4.45μm，13～17μm三個吸收波段)，H₂O(2.55～2.84μm，5.6～7.6μm，12～30μm三個吸收波段)等。因此大氣吸收根據不同波段由很多條吸收線組成，將吸收帶中的每一條吸收線的吸收求出，就可得到吸收帶的吸收率，計算復雜。②大氣中分子、氣溶膠、微粒的散射，改變紅外輻射在大氣中的傳輸方向，從而導致某一特定方向上的輻射能減弱。如由比光波波長小的氣體分子質點引起的Rayleigh散射；氣流運動造成的不均勻部分中存在氣體分子、氣溶膠粒子等引起的無選擇性散射等等。這些因素會導致光譜輻射計測量的紅外特性曲線在特定波段產生不規則振蕩，或者出現不連續吸收斷點，這些因素都限制了常規線性擬合和數據處理方法的應用。

由上討論，光譜輻射計測量過程受到目標和環境不確定因素影響，計算結果容易造成較大誤差，需要根據當前大氣環境、實測數據中潛藏的變化規律，研究紅外光譜信息的自學習方法，進而完成紅外特性參數的精確估計。建立不均勻溫度場固體目標模擬平臺，并基于傅里葉紅外光譜輻射計進行紅外強度譜測試，研究智能學習算法從測試樣本中得到目標紅外強度譜特性估計模型，從而為下一步紅外測溫、測能提供充分的數據支持。

發明內容

本發明的技術任務是針對以上現有技術的不足，而提供一種不均勻溫度場的紅外輻射能測試平臺及測試方法。