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关于“谱色测温”的学术报告

已有 2625 次阅读 2014-4-22 18:37 |系统分类:科研笔记

   418日下午,中国科学技术大学教授、博士生导师程晓舫老师应邀到我院进行学术报告。我院环调、控制专业的本科生,全院研究生及部分教师,共计一百多人参加了此次学术活动。

 

   报告开始前,朱院长代表学院向程教授的到来表示了热烈欢迎。在简要介绍了程教授的学术成就后,给在场的同学们提出希望:不仅要认真聆听报告内容,更要学习和体会程教授研究科学问题的思路和方法。

 

   简短的介绍结束后,程教授的学术报告正式开始,程教授的报告题目是“谱色测温的原理与应用”。

 

   程教授首先展示了利用谱色测温原理研究开发的测温仪器。这是一台普通的彩色摄像机,通过网线与计算机相连。通过科学研究后,这台普通的彩色摄像机成了一台测温仪器。在彩色摄像机的前面,程教授点燃了一支蜡烛,蜡烛火焰的彩色影像经摄像机捕捉并传输到计算机上。经过软件分析以后,一幅蜡烛火焰的温度场图像出现在眼前。这样的现场演示,激起了所有在场的同学的兴趣和好奇心。

 

   紧接着,程教授就这台测温仪器的测量原理进行了阐释。原来这台测温仪器是和日常生活中的“辨色知温”有联系的。比如有经验的炼钢师傅,可以通过炉火的颜色来推断此时炉火的大致温度。日常生活中,也可以看到温度大于600摄氏度的物体,将会发出人眼可以识别的暗红色,然后随着温度的升高,物体的发光颜色由暗红,依次变为红色、黄色、白色、青色。这些事实均表明,高温物体的发光颜色和其温度是存在某种联系的。但如何将日常生活中的定性判断,上升至科学研究中的定量结论呢?

 

   程教授首先对理想的发射体---黑体进行研究。黑体的辐射强度可以由普朗克定律描述,发射率为1,辐射强度和方向无关。通过计算发现,黑体的颜色轨迹在色度图上呈现一条单调曲线---普朗克线。这条线上,颜色和温度一一对应。但是实际的测温目标却不是黑体,它的发射率不为1,且随波长变化,辐射强度也和方向、距离有关,这一问题又该如何解决呢?

 

   程教授利用高等数学的连续性定理,对于发射率进行巧妙的建模,将原来千变万化的发射率表征为两个无量纲的待定参数。发射率的两个待定参数,再加上待测量的温度,一共三个未知量,该如何进行求解呢?一个方程肯定是不够了。而彩色摄像机恰好就有三路颜色记录系统:一束复合白光,经由彩色摄像机的光学系统后,被分为红、绿、蓝三个部分,投射到感光芯片后,就可以同时得到了三个信号。三个测量信号,通过归一化处理后,不仅可以消除测量目标的方向和距离因素,还形成了一个谱色测温坐标系。在这个坐标系上,不仅可以读出目标的温度,还可以辨识出目标的材料性质。

 

   在学术报告过程中,程教授尽可能用形象而又简单的语言来描述科学现象,阐释科学道理。并不时地向同学们提出问题,激发他们的研究兴趣。了解到听众中的大部分同学是本科二年级,程教授鼓励大家进行科学研究不必要一定等到研究生阶段,有了高等数学、大学物理基础的大二同学已经可以进行科学研究了。对于科学研究来说,基础知识固然重要,但想象力以及钻研的精神更为重要。

 

   整个报告时长约两个小时,但大家都听得津津有味。程教授的报告结束后,有很多同学积极提问,进行热烈的探讨。




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