[發明專利]測溫方法和系統

有效

• 申請號: 201810811768.5
• 申請日: 2018-07-23
• 公開（公告）號: CN109100022B
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 馮雪;岳孟坤;屈哲;朱相宇;方旭飛
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇

本公開涉及一種測溫方法和系統，其特征在于，包括：獲取被測物體的表面在多個光強度衰減率下的圖像，每個圖像對應于相應的光強度衰減率；在獲取每個圖像期間，測量所述被測物體的滿足圖像清晰度要求的區域的單點溫度，作為與該圖像對應的基準溫度；針對所述圖像進行以下處理：根據每個圖像的灰階值和灰階閾值確定該圖像中的目標區域；根據每個圖像對應的基準溫度，利用比色法確定該圖像的目標區域的溫度場；根據各圖像的目標區域的溫度場，確定所述被測物體的表面的溫度場。該測溫方法和系統，低成本、高效地實現了高亮度梯度條件下物體表面溫度場的獲取。

技術領域

本公開涉及計量領域，尤其涉及一種測溫方法和系統。

背景技術

飛行器在服役過程中，其表面受到氣動熱，在飛行器頭錐、翼緣等表面熱量堆積，可以達到極高溫度。在正式服役前，往往需要對上述熱端部件進行地面高溫考核。目前對于飛行器熱端結構和部件地面高溫考核的主要方式是高溫風洞。在考核過程中，部件表面溫度場是一個重要參數。一方面，大量材料屬性是溫度相關的，如材料彈性模量和強度；另一方面，研究材料變形時，實際測量得到的應變是應力導致的應變與熱膨脹產生的應變之和，在力學研究中，往往更加關心應力導致的應變，因此需要將二者解耦。

目前，溫度測量方法有很多，如膨脹測溫法、壓力測溫法、電學測溫法、聲學測溫法、光學測溫法等。在高溫環境下，以比色測溫法為代表的光學測溫方法以其全場、非接觸的特點，得到了較為廣泛的研究。該方法是基于不同波長的輻射光強度進行溫度計算的。一種方法是采用具有紅R，綠G，藍B三通道的CCD相機采集輻射光強度信息，并利用其中兩個通道的光強進行比色得到溫度場。

在高溫風洞中，正對風洞高溫高速氣流出口的試件前端溫度較高，可達到1500℃以上；而在風洞氣流出口處的試件末端溫度較低，一般在200-300℃；因此，試件不同區域內溫度有很大的差異。根據普朗克黑體輻射定律，此時輻射光亮度也較大差異。此外，在超高溫環境下(如3000℃以上)，輻射光達到很高的強度，此時空間范圍內較小的溫度變化，也會導致亮度的陡增或陡降。因此對圖像采集時亮度的調節造成很大挑戰。為了得到較高亮度處的清晰的圖像，往往需要較小的光圈和極短的曝光時間；而為了得到較低亮度處的清晰的圖像，需要較大的光圈和較長的曝光時間。因此，不同區域的圖像采集和溫度測量往往不能兼顧。因此，需要開發一種低成本、高效的測溫方案，實現高亮度梯度條件下物體表面溫度場的獲取。

發明內容

有鑒于此，本公開提出了一種測溫方法和系統，低成本、高效地實現了高亮度梯度條件下物體表面溫度場的獲取。

本公開一方面，提出了一種測溫方法，包括：獲取被測物體的表面在多個光強度衰減率下的圖像，每個圖像對應于相應的光強度衰減率；在獲取每個圖像期間，測量所述被測物體的表面的滿足圖像清晰度要求的區域的單點溫度，作為與該圖像對應的基準溫度；針對所述圖像進行以下處理：根據每個圖像的灰階值和灰階閾值確定該圖像中的目標區域；根據每個圖像對應的基準溫度，利用比色法確定該圖像的目標區域的溫度場；根據各圖像的目標區域的溫度場，確定所述被測物體的表面的溫度場。

本公開另一方面提出一種測溫系統，所述系統包括：圖像獲取裝置，用于獲取被測物體的表面的圖像；衰減率調節裝置，用于調節圖像獲取裝置獲取圖像時的光強度衰減率；溫度測量裝置，用于測量被測物體的表面的滿足圖像清晰度要求的區域的單點溫度；處理裝置，用于針對所述圖像進行以下處理：根據每個圖像的灰階值和灰階閾值確定該圖像中的目標區域；根據每個圖像對應的基準溫度，利用比色法確定該圖像的目標區域的溫度場；根據各圖像的目標區域的溫度場，確定所述被測物體的表面的溫度場，其中，所述圖像是通過圖像獲取裝置和衰減率調節裝置獲取的、被測物體的表面在多個光強度衰減率下的圖像，每個圖像對應于相應的光強度衰減率；圖像對應的基準溫度是溫度測量裝置在圖像獲取裝置獲取該圖像期間測量的、被測物體的表面的滿足圖像清晰度要求的區域的單點溫度。