红外辐射温度测量关键技术及其应用.pdf

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1、2014~15期总第159期SILlC0NVALLEY固红外辐射温度测量关键技术及其应用鱼沉鱼(柳州市计量技术测试研究所，广西柳州545006)摘要随着社会及科技的不断发展，红外辐射温度测量技术的更新速度在加快，各类辐射测温计层出不穷，其在社会各领域中的应用也日益广泛。文章以红外辐射温度测量技术为中心，分别介绍其工作原理和几种常见的红外辐射测量仪器，进而简要分析其应用现状，以供参考。关键词红外辐射；温度测量仪；应用中图分类号：TK311文献标识码：A文章编号：1671-7597(2014)15-0131—01人类的眼睛被认为是早期

2、的一种辐射测温计，它们能根据尔兹曼常数，w／(m。·K)。该条定律提出，E和绝对温度的四物体加热后的颜色或者是亮度，来估测其当时的温度。首个温次方成正相关，这也正是全辐射测温仪设计和测量的基础。度计是由M．Sweeny设计的(1828年)，其构造可分为两部分，2红外辐射测沮技术及相关仪器一部分是凹面镜，另一部分则为水银温度计。上世纪初期，在2．1红外辐射测温仪的分类Kelvin、Wein等人根据热辐射规律，率先研发出了光电高温计。1931年，世界首批全辐射测温仪投入商业化使用中。1960年代末，从设计原理来看，红外测温仪主要包含亮

3、度、全辐射和比红外探测器件、集成电路等快步发展起来，双色测温仪、扫描色测温仪这三类。首先，全辐射测温主要是以总辐射功率为中测温仪等得以出现。该时期，工农业生产中己正式应用红外辐心来测量其温度。如果目标尺寸要比视场更小，背景辐射能量射温度计。则可能会影响测温仪的测量，降低其灵敏度，甚至出现误差；而物体的表面发射率对测温影响较大，精度偏低，测温范围通1测量原理常也比较窄。其次，亮度测温仪，主要是将通滤光片运用到全1．1一般概念辐射测温仪中，并根据辐射亮度(波长)来测量目标的温度。通常而言，所有温度比绝对零度更高的物体，都会向外界亮度测

4、温仪无需通过环境温度进行补偿，几乎不受发射率的限辐射出能量(电磁波)，物体的辐射能同时还涉及各种波长(波制，其测量准确度较高，一股可用于高温测量。再者，比色测长为0．76-1000um，被称为红外光波)。红外光对温度较为敏感，温仪，也就是根据2个波段的比值来测量其目标温度。如果被很容易产生温度效应，这也是辐射测温技术所重视的地方。测目标相对较小，或者测量过程中有尘埃、烟雾现象，此时可1．2基尔霍夫定律选用双色测温仪。该种测量方法，对波段提出了较高的要求，且波动间的辐射吸收率不存在明显差距。根据该条定律：不管在哪种温度或波长状态下，

5、每个腔体(热量均衡，不透明物质)的发射率(用e表示)与它的吸收2．2结构原理率(用a表示)完全相等，也就是e=a。而能量守恒定律却红外探测器，属于红外测温仪的一种。它大体可分为热探提出n+r+t=l，这其中，Ⅱ代表吸收率，r代表反射率，t则测器和光子探测器这两个类别。红外光子探测器是根据硫化铅、代表投射率，三者相加等于1。针对那种不透明材料，t=0，也碲镉汞等半导体材料入光后形成的光子效应，来改变材料的电就是Q+r=1，以及e=l-r，e=n，根据上式可看出，物体表面学性质，而后根据电学性质的变化来确定红外辐射强度。光纤的反射越高

6、，则必定为弱发射体。的日益普及，为红外技术在多种温度环境下测量创造了条件与1．3普朗克分布定律可能。光纤红外温度计的结构与其他红外温度计基本相同，光纤只是一种传光媒介，传感器仍发挥着相应的调制作用。我们根据普朗克分布定律，在多种温度环境下，黑体辐射能量上述提到的2种红外测温技术，在少数点温度探测中较为适用。有其相应的分布规律，其公式为：如要测量那些面积较大的温度场，则必须通过光机扫描、非扫描等成像系统予以实现。从性能方面看，后者要略胜于前者。上式中，用来表示黑体的辐射出度；C、C。分别非扫描成像系统的核心技术在于，探测器主要由单片

7、集成电路表示第一和第二辐射常数，C和C。的表达式分别如下：组合而成，被测目标都被扫描在系统上，探测器把红外辐射能c1=3．7415×10W·cIn_·um；c2=1．43879X10um4·K；代表直接转变为电信号，并将其放大为标准的视频信号，然后通过波长(单位um)；T则表示黑体的绝对温度(单位，K)。监测器来呈现出与物体热分布场相匹配的红外热像图。如果温度上升，黑体辐射出度也会随之增高，其峰值波长3红外辐射温度测量技术的应用则会顺着短波的方向迁移。普朗克分布定律充分说明了黑体温红外辐射温度测量技术可用于测量运动物体和微量物体的

8、度、能量及其辐射波长三者间存在的关系，同时也被认为是单温度，属于非接触式测温，其反应较为敏捷且一般不会对被测色辐射测温仪的工作原理。对象及其温度场造成破坏。从理论角度上看，该项技术并不存1．4斯蒂芬一玻尔兹曼定律在任何测温上限，因而在工业部门及其他