红外温度计的设计

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1、红外温度计的设计1.红外的发现红外光也叫红外线，它是一位英国科学家发现的。1800年，赫胥尔在研究太阳光时，让光通过棱镜分解为彩色光带，他用温度计去测量光带中不同颜色所含的热量。试验中。他偶然发现一个奇怪的现象：放在光带洪广外的一支温度计，比室内其他温度的指示数值高。经过反复试验。这个所谓热量最多的高温区，总是位于光带最边缘处红光的外面。于是他宣布太阳发出的辐射中除可见光线外，还有一种人眼看不见的“热线”，这种人的肉眼看不见的“热线”位于红色光外侧，叫做红外线。(不过，要说明的是，事实上太阳发出的能量以波长580nm的绿光最强。)

2、红外线是一种电磁波，具有与无线电波及可见光一样的本质。红外线的波长在0.76～100μm之间，位于无线电波与可见光之间。任何物体，只要它的温度比零下273度高，就无一例外地发射出红外线。2.红外测温的原理红外测温系统是利用物体的辐射能量与温度有关的原理而组成测温的系统。将普朗克公式在探测器工作波长范围内积分可以得出目标辐射率的大小与目标温度间存在着固定的对应关系，用红外探测器测出目标的热辐射功率，就能计算出目标的表面温度，这就为红外测温奠定了理论基础。2.1普朗克定律黑体的光谱辐射出射度是波长和黑体温度的函数，即：　　　　　　　　

3、　　　　　　　　　（1—1）式中：—第一辐射常数，；—第二辐射常数，；其中：图1—1K—玻耳兹曼常数；h—普朗克常数；c—电磁波在真空中的传播速度。图1-1表示了不同温度下黑体辐射的频谱分布，从图中可以看出:黑体总的辐射能量随温度的增高而增加，这是单波段测温仪的依据。随着温度升高辐射峰所在的波长向短波方向移动，其规律符合维恩位移定律。显然高温测温仪适用于较短的工作波长，低温测温仪宜选用较长的工作波段；短波长处辐射能量随温度增加比长波长处快，这意味着短波长处比长波长处测温灵敏度高。2.2斯蒂芬一玻耳兹曼定律将普朗克公式1-1对所有波

4、长积分，便可得到描述单位面积黑体辐射到半球空间的总辐射功率，即　　　　　　　　　（1—2）式中，，称为斯蒂芬一玻耳兹曼常数。2.3实际物体温度的计算式（1—1）,（1—2）中的T均为绝对温度。计算实际物体的辐射出射度只需在式（1—1）,（1—2）中乘以发射率即可。物体的辐射出射度与辐射的温度T和发射率有关。只要测出物体的辐射出射度又以知物体的发射率即可求出温度T。实际上物体的测量是通过辐射量的测量得到的。3.红外测温技术的发展状况1800年，英国物理学家F.W赫胥尔发现了红外辐射，其占据的波段为0.76～1000，反映了一定温度物

5、体的热特性，从此开辟了人类应用红外技术的广阔道路。红外辐射测温技术的发展主要从两方面来看：一是红外辐射测温仪器的发展；二是红外辐射测温技术的发展。3.1红外辐射测温仪器的分类及发展利用红外辐射的原理进行温度测量的仪器是从简单到复杂逐渐发展而成的。早期的红外测温仪仅限于检测物体的某一点的温度，而后可以测量一条线的温度，而不能显示物体的形状和表面上的温度分布。直到了20世纪五六十年代，由于红外探测器的改进和快速灵敏的光子探测器的问世，才导致了实验性、原理性热成像系统的诞生。发展到目前的热成像系统，它己经是窄禁带半导体技术、精密光学、精

6、密机械、微电子学、特殊红外工艺、新型红外光学材料与系统工程学的产物。根据红外测温的方式，红外测温仪器可以分为全场分析探测系统和逐点分析探测系统两种。全场分析是用红外成像镜头把物体的温度分布图像成像在传感器阵列上，从而获得物体空间温度场的全场分布，全场分布探测系统称为红外热像仪。逐点分析是把物体一个局部区域的热辐射聚焦到单个探测器上，并通过己知物体的发射率，将辐射功率转化为温度，逐点分析系统常称为红外测温仪。红外测温仪包括红外点温仪、红外热电视、红外行扫仪。六十年代我国研制成功第一台红外测温仪。我国最早开发应用的是红外光电测温仪，它

7、相当于一个自动光学高温计，响应时间不快，测温精度不高，己经被淘汰。进入九十年代，我国的红外测温仪采用当今国际上通用的工作原理，由反射式、折射式或干涉式光学系统收集被测物发出的红外辐射，经滤光片选取一定波长范围的辐射，射入红外探测器，探测器输出的电信号经过放大，线性化处理后送入数字电压表显示被测物体的温度。并且陆续生产了小目标、远距离、适合工业生产特点的测温仪器，如西光IRT-1200D型、HCW-III型、HCW-V型；YHCW-9400型；WHD4015型(双瞄准，目标直径为40mm时，测距可达15m)、WFHX330型(光学瞄

8、准，目标直径为50mm，测距可达30m)。九十年代末期，我国也产生了用光纤束作为光学系统的测温仪，用单板机或单片机作信号处理和线性化及数字显示的测温仪。3.2红外辐射测温技术的分类及发展到二十世纪初，辐射法测温的理论准备已基本完善。又经过了几十年的