通过自适应信号调理测量周期变化辐射温度的方法与流程

本发明涉及一种通过自适应信号调理测量周期变化辐射温度的方法，属于辐射测温领域。

背景技术：

高温物体温度测量，尤其是高温旋转物体温度测量方面，辐射测温技术具有非接触不干扰被测目标温度场、测温上限高、性能稳定、价格较低等优势。

辐射温度测量时，光电探测器将被测目标的辐射能量转换为电信号(通常为电流信号)，电信号的大小与辐射能量呈正比关系，测量电信号的大小就可以反推出被测目标的温度。

光电探测器的输出信号较小，以电流来说，一般为μA级别，非常容易淹没在噪声中。为了准确提取有用的信号，必须进行滤波处理。

对信号进行滤波可以使用数字滤波器，也可以使用模拟滤波器。模拟滤波器速度快，但缺点是参数调整复杂，稳定性受到所使用的电子元器件的影响；数字滤波器虽然实时性不如模拟滤波器，但其参数调整方便，一旦设计完成后完全稳定，得到越来越广泛的应用。

目前的数字滤波器设计通常是根据被测目标的频谱范围设计固定的参数，或根据不同的被测目标手动调整参数。例如《一种通用可编程数字滤波器及其工作方法》(公开号：CN1866738A)中，设计了一种可编程的数字滤波器，其参数可以在线配置，但必须手动调整而不能根据信号自动调整。对于周期变化的信号，固定的参数很难在所有频率条件下均达到最优效果，而手动调整滤波器参数则无法进行自动化处理。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种通过自适应信号调理测量周期变化辐射温度的方法，可以按照周期变化的原始信号的频率自动选择数字滤波器参数，得到被测物体的温度值。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明涉及的一种通过自适应信号调理测量周期变化辐射温度的方法，其特征在于：其具体操作步骤为：

步骤一、采集被测物体辐射能量的原始信号。

步骤二、构造数字滤波器模型；

步骤三、在步骤一操作的基础上，获取周期变化的原始信号的频率；

步骤四、在步骤二和步骤三操作的基础上，根据周期变化的原始信号的频率，自动调整第一步中所构造的数字滤波器的参数；

步骤五、在步骤四操作的基础上，使用参数调整之后的数字滤波器对原始信号进行滤波，并计算被测物体的温度。

步骤二中所述数字滤波器为：低通滤波器和带通滤波器的并行组合，原始信号分别通过低通滤波器和带通滤波器后的输出结果相加得到滤波后的信号。

步骤二中所述数字滤波器还可以是：低通滤波器和带阻滤波器的串行组合，原始信号依次通过带阻滤波器和低通滤波器得到滤波后的信号。

步骤三中所述获取周期变化的原始信号的频率的方法为：对原始信号进行频谱分析获得原始信号的频率。对于被测物体为旋转物体，还可以通过所述旋转物体的转速传感器获取原始信号的频率。

步骤四所述根据周期变化的原始信号的频率，自动调整步骤二中所构造的数字滤波器的参数的方法为：

对于低通滤波器和带通滤波器的并行组合而成的数字滤波器，将步骤三中获取周期变化的原始信号的频率作为带通滤波器的中心频率的输入值；对于低通滤波器和带阻滤波器的串行组合而成的数字滤波器，将步骤三中获取周期变化的原始信号的频率作为低通滤波器的截止频率的输入值，即可实现所述数字滤波器自动参数调整。

步骤五中所述计算被测物体的温度的方法包括：单色、比色和多光谱。

有益效果

本发明提出的一种通过自适应信号调理测量周期变化辐射温度的方法与已有技术相比较，具有如下优点：

①可以在被测物体频率变化的情况下，达到最优滤波效果；

②实现了滤波的自动化处理。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中通过自适应信号调理测量周期变化辐射温度的方法的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做以下详细描述。

本实施例中的通过自适应信号调理测量周期变化辐射温度的方法，其工作流程如图1所示，其具体操作步骤为：

步骤一、使用数据采集卡采集被测物体辐射能量的原始信号。被测物体为航空发动机的涡轮叶片；得到的原始信号包含4路通道。

步骤二、构造数字滤波器模型，具体为：数字滤波器采用低通滤波器和带通滤波器的并行组合。

步骤三、在步骤一操作的基础上，获取周期变化的原始信号的频率；具体为：由于涡轮上有转速传感器，所以通过该转速传感器直接获取原始信号的频率。

步骤四、在步骤二和步骤三操作的基础上，根据周期变化的原始信号的频率，自动调整第一步中所构造的数字滤波器的参数；具体为：将步骤二中获取周期变化的原始信号的频率作为带通滤波器的中心频率的输入值，实现所述数字滤波器自动参数调整。

步骤五、在步骤四操作的基础上，使用参数调整之后的数字滤波器对原始信号进行滤波，并采用多光谱方法计算被测物体的温度。具体为：

步骤5.1：将原始信号分别通过低通滤波器和带通滤波器后的输出结果相加，得到滤波后的信号。

步骤5.2：使用步骤5.1得到的滤波后的信号(滤波后的信号也含有4路通道)，根据4路通道的输出与被测物体温度关系建立多光谱方程，如公式(1)所示，求解公式(1)计算得到被测物体温度。

其中，a、b为被测物体发射率与波长的关系第一和第二系数；c1和c2分别为第一、第二辐射常数，c1＝3.7418×10-16W·m，c2＝1.4388×10-2m·K；λi为第i路通道波长，1≤i≤4；T为被测物体温度；Aλi为第i路通道的仪器常数，通过标定的方法获得；Vi为滤波后的第i路通道信号。

通过求解公式(1)，即可得到被测物体的温度T。