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1、利用激光实时测量高温物体比辐射率及温度的系统施德恒 陈玉科 提要：本文介绍了一种利用激光作为光源，以8031单片机为核心构成的高温物体比辐射率及温度实时测量系统。该系统主要由光学接收与发射系统、信号放大与处理系统及显示系统三部分组成。文中详细介绍了该系统的工作原理和基本结构，讨论了其中的技术难点及其相应的解决方法，分析了有、无激光脉冲时探测器测得的L2、L1及监测光路探测器测得的Eλ的精度对比辐射率及温度测量精度的影响。 关键词：比辐射率，半导体激光器，辐射温度计，高温测量，实时测量Anintelligentmeasurementinstrumentofspecific
2、radianceandtemperatureofhightempera-tureobjectusinglaserinreal-timeShiDeheng ChenYuke(DepartmentofFoundation,TheFirstAeronauticalCollegeofAirforce,Xinyang 464000)Abstract:Thispaperpresentsanewkindoftheintelligentspecificradianceandtemperaturemeasurementinstrumentusinglaserasalightsourceand
3、using8031chipprocessorinreal-time.Thisinstrumentconsistsofthreeparts:opticalemittingandreceivingsystem,signalamplifyingandcontrollingsystem,anddisplaysystem.Indetail,opticalemittingandreceivingsystemismainlycomposedoflaserdiode,collimatorlens,extenderlens,beamsplittingmirror,focusinglens,m
4、odulatingdisk,receivinglens,filtermoduleandSi-pinphotodiode.Thesignalamplifyingandcontrollingsystemismainlycomposedofsignalamplifier,samplingholdcircuit,multi-channelsimulatedswitch,A/Dconverterand8031chipprocessor.Andthedisplaysystemismainlycomposedofindicator,printerandI/Ocircuit.Thestru
5、ctureandtheprincipleoftheinstrumentareintroduced.Thekeytechnologies,thecorrespondingsolutionmethodsarediscussed.Theeffectonspecificradianceandtemperaturemeasurementprecisionareanalyzed.Keywords:specificradiance,laserdiode,radiationthermometer,high-temperaturemeasurement,real-timemeasuremen
6、t1 引言 工业生产中的许多高温物体，如运动的轧件，由于始终处于运动状态，因而难以用接触式高温计长期对其进行温度测量；使用常用的辐射温度计虽能克服接触测温中的某些弊端，但由于高温物体的比辐射率易受波长、温度、环境的辐射与反射、测量角度、以及表面状态(组分、氧化度、表面粗糙度)等多种因素的影响〔1，2〕，因而实际应用中难以对其进行及时准确的现场修正，所以也存在着较大的测温误差。 目前，虽已研制出多种双色温度计〔3，4，5〕，从而避开了比辐射不易准确测量等难题，但由于这些温度计价格昂贵，因而难以在工业生产中推广使用。 文〔6〕曾研究过利用激光作为光源实时测量比辐射率的系统
7、。但该系统只有与辐射能测量系统配合使用，才能测出高温物体的真实温度。一方面，该系统与辐射能测量系统彼此独立，难于同时瞄准同一位置；另一方面，又要求与该系统配合使用的辐射能测量系统必须有与之相同的工作波长，因而应用时也面临许多困难。 本文所述的这一测量系统，也使用激光作为测量光源，通过采用适当的仪表结构与软件技术，巧妙地克服了上述弊端，从而可同时得到了高温物体的比辐射率及其温度，误差分析表明，该系统的温度及比辐射率测量的标准误差及相对误差均令人满意。2 原理2.1 比辐射率的测量图1 同时测量ελ与T时，激光器与探
