(49-1) 19 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Модифицированный метод спектрального отношения для дистанционного измерения распределения температур мультиспектральными видеокамерами
К.М. Булатов 1, П.В. Зинин 1, Н.А. Храмов 1

1 Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук,
117342, Россия, Москва, ул. Бутлерова, д. 15

  PDF, 1688 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1432

Страницы: 151-158.

Аннотация:
В данной работе описывается новый метод дистанционного измерения распределения температуры без знания излучательной способности с использованием мультиспектральной камеры. Представлено, что применение метода спектральных отношений в тандеме с мультиспектральной камерой в его стандартном виде невозможно, и требуется модификация.  Показано, что виды кривых, являющиеся суммой двух логарифмов, наилучшим образом описывают спектральные отношения. Показан метод калибровки мультиспектральной камеры по эталонному температурному источнику излучения для работы со спектральным отношением. В работе проведен анализ применения модифицированного метода пирометрии спектрального отношения. Показано, что этот метод позволяет определить распределение температуры образца в режиме реального времени. Преимуществом модифицированного метода спектральных отношений на основе данных с мультиспектральной камеры являются: высокая точность (~5 %) и скорость измерения распределения температуры.

Ключевые слова:
дистанционное измерение температуры, ошибки дистанционного измерения температуры, метод наименьших квадратов, мультиспектральная камера.

Благодарности
Исследование проведено в рамках работ по Государственному заданию Научно-технологического центра уникального приборостроения РАН «Разработка новых методов и средств для изучения поведения вещества в условиях высоких давлений и температур» (FFNS-2022-0008). Исследования были выполнены на уникальной научной установке «Лазерный нагрев в ячейках высокого давления» на базе НТЦ УП РАН [https://unu.ntcup.ru/507563].

Цитирование:
Булатов, К.М. Модифицированный метод спектрального отношения для дистанционного измерения распределения температур мультиспектральными видеокамерами / К.М. Булатов, П.В. Зинин, Н.А. Храмов // Компьютерная оптика. – 2025. – Т. 49, № 1. – С. 151-158. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1432.

Citation:
Bulatov KM, Zinin PV, Khramov NA. Modified spectral ratio method for distant measurement of temperature distribution by multispectral video cameras. Computer Optics 2025; 49(1): 151-158. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1432.

References:
  1. Nutter GD, DeWitt DP, eds. Theory and practice of radiation thermometry. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons Inc 2007. ISBN: 978-0-470-17257-5.
  2. Stupnikov VA, Bulychev BM. High pressures in chemistry [In Russian]. Diamond and diamond-like materials, technical and synthetic aspects 2012. Moscow, 112 p.
  3. Raschenko SV. Mg3Si4O10(OH)2·H2O (10°PHASE) as an H2O reservoir in mantle conditions: formation, structure and stability according to IN SITU experimental Ph.D Geological and Mineralogical Sciences [In Russian].  Novosibirsk 2015; 130 p
  4. Popova SV, Brazhkin VV, Dyuzheva TI. Structural phase transitions in highly compressed substances and the synthesis of high-pressure phases. Physics-Uspekhi 2008; 51 1064–1066. DOI: 10.1070/PU2008v051n10ABEH006616
  5. Frunze AV. Metrological problems of modern spectral pyrometry [In Russian]. Metrology 2018; (2):35-48.
  6. Savvatimskiy AI, Onufriev SV, Aristova NM. Physical properties of refractory carbides of metals of groups IV and V of the Mendeleev periodic table during rapid heating by an electric current pulse. Physics-Uspekhi 2022; 65(6): 597-616. DOI: 10.3367/UFNe.2021.06.038990.
  7. Savvatimskii AI, Onufriev SV. Investigation of the physical properties of carbon under high temperatures (experimental studies). Physics-Uspekhi, 2020; 63(10): 1015-1036. DOI: 10.3367/ufne.2019.10.038665.
  8. Zinin PV, Bulatov KM, Bykov AA, Mantrova YuV, Kutuza IB. Remote measurement of the temperature distribution on the surface of solids under high-power laser irradiation. Physics-Uspekhi 2022; 65(8): 852-863. DOI: 10.3367/UFNe.2021.05.038996.
  9. Bulatov KM, Mantrova YV, Bykov AA, Gaponov MI, Zinin PV, Machikhin AS, Troyan IA, Batshev VI, Kutuza IB. Multi-spectral image processing for the measurement of spatial temperature distribution on the surface of the laser heated microscopic object. Computer Optics 2017; 41(6): 864-868. DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-6-864-868.
  10. Mantrova YuV, Zinin PV, Bulatov KM, Bykov AA. Measuring the radiation coefficient distribution and surface temperature distribution of a tungsten body heated by a powerful laser. J Opt Technol 2020; 87(11): 642-649.
  11. Bulatov KM, Zinin PV, Machikhin AS, Kutuza IB. Multi-spectral camera for dynamic measurements of high temperature distribution over solid-body surfaces. Light Eng 2022; 30(6): 67-70. DOI: 10.33383/2022-081.
  12. Qu DX, Berry J, Calta NP, Crumb MF, Guss G, Matthews MJ. Temperature measurement of laser-irradiated metals using hyperspectral imaging. Phys Rev Appl 2020; 14: 014031. DOI: 10.1103/PhysRevApplied.14.01403.
  13. Linnik YuV. The least squares method and the foundations of the mathematical and statistical theory of observation processing [In Russian]. Moscow: State Publishing House of Physical and Mathematical Literature; 1962.
  14. Magunov AN. Spectral pyrometry (Review). Instrum Exp Tech 2009; 52: 451-472.
  15. Khan MA, Allemand C, Eagar TW. Noncontact temperature-measurement. II. Least-squares based techniques. Rev Sci Instrum 1991; 62: 403-409. DOI: 10.1063/1.1142134.
  16. Kozlova O, Sadouni A, Truong D, Briaudeau S, Himbert M. Tunable transportable spectroradiometer based on an acousto-optical tunable filter: Development and optical performance. Rev Sci Instrum 2016; 87(12): 125101. DOI: 10.1063/1.4968818.
  17. Stepanov SV, Sheindlin MA. Statistical analysis of measurement results in multiwavelength pyrometry. High Temp 2017; 55, 802–807. https://doi.org/10.1134/S0018151X17040204
  18. Magunov AN. Spectral pyrometry [In Russian]. Moscow: "Fizmatlit" Publisher; 2012.
  19. Magunov AN. Spectral pyrometry [In Russian]. Instruments and experimental techniques 2009; 4, 5-28 p.
  20. Glushkov DO, Egorov RI, Klepikov DM. High-speed contactless measurements of temperature evolution during ignition and combustion of coal-based fuel pellets. Int J Heat Mass Transf 2021; 175: 121359. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.121359.
  21. Quinn TG. Temperature. London, New York: Academic Press; 1983.
  22. Ribot G. Optical pyrometry. Moscow: State Technical Theoretical Publishing; 1934.
  23. Fu T, Duan M, Tian J, Shi C. Inverse analysis of non-uniform temperature distributions using multispectral pyrometry. Infrared Phys Techn 2016; 76: 504-509. DOI: 10.1016/j.infrared.2016.04.007.
  24. Zinin PV, Machikhin AS, Troyan IA, Bulatov KM, Bykov AA, Mantrova YV, Batshev VI, Gaponov MI, Kutuza IB, Rashchenko SV, Prakapenka VB, Sharma SK. Measurement of the temperature distribution on the surface of the laser heated specimen in a diamond anvil cell system by the tandem imaging acousto-optical filter. High Pressure Res 2019; 39: 131-149. DOI: 10.1080/08957959.2018.1564748.
  25. Frunze AV. On further ways of pyrometry development. Devices [In Russian] 2012; 7
  26. Draper NR, Smith H. Applied regression analysis. New York: Wiley; 1998.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: journal@computeroptics.ru; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20