[发明专利]一种不均匀温度场的红外辐射能测试平台及测试方法

说明书

本发明公开了一种不均匀温度场的红外辐射能测试平台及测试方法，其中测试平台包括温度控制单元和目标模拟单元，温度控制单元包括单片机、A/D转换器、信号调理器和并行扩展接口，目标模拟单元包括铝板，以及铝板上的若干温度场，在每个所述的温度场内均设有加热片、热敏电阻传感器和场效应管，测试方法首先是对目标红外强度谱样本校正；然后进行红外强度谱建模，建模时采用K‑均值聚类均匀地确定RBF网络隐层神经元初始聚类中心及其数量，采用正交最小二乘方法进一步调整RBF网络聚类中心、数量，并计算输出层权值；最后对模型进行验证。

技术领域

本发明涉及一种能量测试平台及测试方法，尤其是一种不均匀温度场的红外辐射能测试平台及测试方法。

背景技术

任何物体的温度高于热力学温度0K或-273℃时，会不断向周围进行红外辐射，其波长在0.75μm～1000μm之间，对应的频率范围大致在4×10¹⁴Hz～3×10¹¹Hz。目标红外辐射特性测量已经成为获取目标特征、对目标进行识别的重要手段，包括目标辐射温度、辐射亮度和辐射强度等关键性参数的测量。20世纪90年代以来，傅里叶红外(FTIR)光谱辐射计迅速发展，其工作原理是光源发出的光经迈克尔逊干涉仪调制后变成干涉光，再把照射样品后的各种频率光信号经干涉作用调制为干涉图函数，由计算机进行傅里叶变换，一次性得到宽波长范围内的光谱信息。目标辐射光谱信息的获取为目标红外辐射特性的测量和计算提供了新的思路，对应的试验装置和试验手段的设计开发也成为研究热点。目前常用的方法是采用将测量样品辐射的红外光谱能量与同温度下黑体或者已知辐射特性参考样本的能量进行比较的方式。参考黑体都带有温度控制系统，方便试验者将温度控制到与目标相同的温度。

事实上，在航天航空、军事国防和工农业应用领域，很多情况下，目标表面表现出一种不均匀的温度场。例如，飞机蒙皮外部和内部都存在复杂的多模式传热，蒙皮热特性受到多物理场的多层次耦合机制控制，在不同部位表现出不同的表面温度特性。典型热工过程如锌精馏炉炉膛，因为空间空气和煤气流量不均衡造成炉膛内温度上高下低，也会形成表面不均匀温度场。

另一方面，因为红外测量为非接触测量，所有物体发出的辐射都要经过大气传输才能到达光谱辐射计，大气传输特性不同会引起辐射计测量干涉图变化，导致测量误差，主要体现在两个方面：①大气气体分子的吸收。吸收红外辐射的气体有CO₂(2.65～2.8μm，4.15～4.45μm，13～17μm三个吸收波段)，H₂O(2.55～2.84μm，5.6～7.6μm，12～30μm三个吸收波段)等。因此大气吸收根据不同波段由很多条吸收线组成，将吸收带中的每一条吸收线的吸收求出，就可得到吸收带的吸收率，计算复杂。②大气中分子、气溶胶、微粒的散射，改变红外辐射在大气中的传输方向，从而导致某一特定方向上的辐射能减弱。如由比光波波长小的气体分子质点引起的Rayleigh散射；气流运动造成的不均匀部分中存在气体分子、气溶胶粒子等引起的无选择性散射等等。这些因素会导致光谱辐射计测量的红外特性曲线在特定波段产生不规则振荡，或者出现不连续吸收断点，这些因素都限制了常规线性拟合和数据处理方法的应用。

由上讨论，光谱辐射计测量过程受到目标和环境不确定因素影响，计算结果容易造成较大误差，需要根据当前大气环境、实测数据中潜藏的变化规律，研究红外光谱信息的自学习方法，进而完成红外特性参数的精确估计。建立不均匀温度场固体目标模拟平台，并基于傅里叶红外光谱辐射计进行红外强度谱测试，研究智能学习算法从测试样本中得到目标红外强度谱特性估计模型，从而为下一步红外测温、测能提供充分的数据支持。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，而提供一种不均匀温度场的红外辐射能测试平台及测试方法。