红外辐射温度计的试验光学系统设计

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1、第２４卷第３期中国计量学院学报Ｖｏｌ．２４Ｎｏ．３２０１３年９月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｅｔｒｏｌｏｇｙＳｅｐ．２０１３【文章编号】１００４－１５４０（２０１３）０３－０３１２－０５红外辐射温度计的试验光学系统设计田鹏飞，薛生虎，俞伦鹏（中国计量学院计量测试工程学院，浙江杭州３１００１８）【摘要】辐射源尺寸效应（ＳＳＥ）是辐射测温的重要不确定度来源．为了研究ＳＳＥ对辐射测温的影响，找出光学系统对克服ＳＳＥ起到的作用，设计了红外辐射温度计的试验光学系统．光学系统采用透射式外调焦的结构，能够对３３０

2、ｍｍ至无穷远物距的目标源调焦，并根据ＳＳＥ产生的原因，光学系统结构设置有可调节的孔径光阑和消杂光光阑；同时为了减少光学系统像差对测温的影响，选用红外材料氟化钙（ＣａＦ２）和石英玻璃（Ｆ＿Ｓｉｌｉｃａ）设计了消像差物镜和二次聚焦的会聚透镜，其点列图弥散斑接近衍射极限，满足试验要求．【关键词】辐射测温；辐射源尺寸效应；光学系统【中图分类号】ＴＢ９４２【文献标志码】ＡＤｅｓｉｇｎｏｆｉｎｆｒａｒｅｄｒａｄｉａｔｉｏｎｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒｔｅｓｔｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓＴｉａｎＰｅｎｇｆｅｉ，ＸｕｅＳｈｅｎｇｈｕ，ＹｕＬｕｎｐ

3、ｅｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｔｒｏｌｏｇｙａｎｄＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＪｉｌｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００１８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙｏｆｒａｄｉａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｏｓｔｌｙｃｏｍｅｓｆｒｏｍｔｈｅｓｉｚｅ－ｏｆ－ｓｏｕｒｃｅｅｆｆｅｃｔ（ＳＳＥ）．Ａｎｉｎｆｒａｒｅｄｒａｄｉａｔｉｏｎｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒｔｅｓｔｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｉｍｐａｃ

4、ｔｏｆＳＳＥｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｔｏｆｉｎｄｔｈｅＳＳＥｏｖｅｒｃｏｍｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｓ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｄｏｐｔｅｄａｎｅｘｔｅｒｎａｌｆｏｃｕｓｉｎｇｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｈｉｃｈｗａｓａｂｌｅｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｔａｒｇｅｔｗｉｔｈｉｔｓｏｂｊｅｃｔｄｉｓｔａｎｃｅｒａｎｇｅｆｒｏｍ３３０ｍｍｔｏｉｎｆｉｎｉｔｙ．ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃａｕｓｅｏｆＳＳＥ，ａｎａｄｊｕｓｔａｂｌｅａｐｅｒｔｕｒｅｓｔｏｐａｎｄａｎｅｌｉ

5、ｍｉｎａｔｉｎｇｓｔｒａｙｌｉｇｈｔｓｔｏｐｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｏｄｅｃｒｅａｓｅｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍａｂｅｒｒａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｉｎｆｒａｒｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓ（ＣａＦ２ａｎｄＦ＿Ｓｉｌｉｃａ）ｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｄｅｓｉｇｎａｎｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇａｂｅｒｒａｔｉｏｎｏｂｊｅｃｔｉｖｅｌｅｎａｎｄａｓｅｃｏｎｄａｒｙｆｏｃｕｓｉｎｇｃｏｎｖｅｒｇｅｎｔｌｅｎ．Ｔｈｅｌｅｎｓｗｈｏｓｅｓｐｏｔｄｉａｇｒａｍｓｃｌｏｓｅｔｏｄｉｆｆｒａｃ

6、ｔｉｏｎｌｉｍｉｔｍｅｔｔｈｅｔｅｓｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒａｄｉａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｓｉｚｅ－ｏｆ－ｓｏｕｒｃｅｅｆｆｅｃｔ（ＳＳＥ）；ｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ理想辐射温度计的测量结果只与其瞄准目标个尺寸不同、温度相同的黑体辐射源的单色光谱的辐射亮度有关，但是用实际辐射温度计测量两亮度时会得到不同的信号，结果表明实际辐射温【收稿日期】２０１３－０６－２４《中国计量学院学报》网址：ｚｇｊｌ．ｃｂｐｔ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ【作者简介】田鹏飞（１９８８－），男，河南省辉县人

7、，硕士研究生，主要研究方向为红外光学系统设计．Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｐｆ２１４７２０＠１６３．ｃｏｍ通讯联系人：薛生虎，男，副教授．Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｕｅｓｈｅｎｇｈｕ＠ｃｊｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ第３期田鹏飞，薛生虎，等：红外辐射温度计的试验光学系统设计３１３度计的输出还与目标以外的背景辐射强弱有关，几种，这就为透射式系统的设计增加了困难．［１］这种现象称为辐射温度计的辐射源尺寸效应２）几乎所有的红外系统都属于光电子系统，（ｓｉｚｅ－ｏｆ－ｓｏｕｒｃｅｅｆｆｅｃｔ，ＳＳＥ）．ＳＳＥ是辐射温度计它的接收器不是人眼，也不是照相底片，而是各种

8、光学元件和光学系统中灰尘引起的散射、透镜表光电器件．因此，相应光学系统的性能、质量，应以面间的相互反射、光学系统的像差及衍射等效应它和探测器匹配的灵敏度、信噪比作为主要评定的综合结果．ＳＳＥ是影响辐射测温法温标复现、传依据，而不是以光学系统的分辨率为主．这是因为［２］递、比对和测温的主要不