便攜式紅外測溫系統(tǒng)的設(shè)計文獻(xiàn)綜述

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1、文獻(xiàn)綜述便攜式紅外測溫系統(tǒng)的設(shè)計1前言部分隨著科學(xué)的發(fā)展與社會的進(jìn)步以及人民生活水平的提高，對非接觸式紅外測溫儀的需求越來越大，特別是在2003年的非典期間，這種需求達(dá)到了高峰。非接觸式紅外測溫儀不需要接觸物體即可測得物體的溫度，它的這個特點使得在一些比較危險的行業(yè)進(jìn)行測溫成為最好的選擇。2003年的非典也使對非接觸式紅外測溫儀的研制開發(fā)達(dá)到了頂峰。由于需求量的增大，使得人們希望能有測溫性能穩(wěn)定，測溫距離較遠(yuǎn)而價格又很便宜的非接觸式紅外測溫儀投入市場以滿足社會的需求。2主題部分2.1紅外測溫的原理紅外測溫系統(tǒng)是利用物體的輻射能量與溫度有

2、關(guān)的原理而組成測溫的系統(tǒng)。將普朗克公式在探測器工作波長范圍內(nèi)積分可以得出目標(biāo)輻射率的大小與目標(biāo)溫度間存在著固定的對應(yīng)關(guān)系，用紅外探測器測出目標(biāo)的熱輻射功率，就能計算出目標(biāo)的表面溫度，這就為紅外測溫奠定了理論基礎(chǔ)。(1)普朗克定律黑體的光譜輻射出射度是波長和黑體溫度的函數(shù)，即：　　　　　　　　　　　　　　　　?。?—1）式中：—第一輻射常數(shù)，；—第二輻射常數(shù)，圖1—1；其中：K—玻耳茲曼常數(shù)；h—普朗克常數(shù)；c—電磁波在真空中的傳播速度。圖1-1表示了不同溫度下黑體輻射的頻譜分布，從圖中可以看出:黑體總的輻射能量隨溫度的增高而增加，這是單

3、波段測溫儀的依據(jù)。隨著溫度升高輻射峰所在的波長向短波方向移動，其規(guī)律符合維恩位移定律。顯然高溫測溫儀適用于較短的工作波長，低溫測溫儀宜選用較長的工作波段；短波長處輻射能量隨溫度增加比長波長處快，這意味著短波長處比長波長處測溫靈敏度高。(2)斯蒂芬一玻耳茲曼定律將普朗克公式1-1對所有波長積分，便可得到描述單位面積黑體輻射到半球空間的總輻射功率，即　　　　　　　　　（1—2）式中，，稱為斯蒂芬一玻耳茲曼常數(shù)。(3)實際物體溫度的計算式（1—1）,（1—2）中的T均為絕對溫度。計算實際物體的輻射出射度只需在式（1—1）,（1—2）中乘以發(fā)射

4、率即可。物體的輻射出射度與輻射的溫度T和發(fā)射率有關(guān)。只要測出物體的輻射出射度又以知物體的發(fā)射率即可求出溫度T。實際上物體的測量是通過輻射量的測量得到的。2.2紅外測溫技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r1800年，英國物理學(xué)家F.W赫胥爾發(fā)現(xiàn)了紅外輻射，其占據(jù)的波段為0.76～1000，反映了一定溫度物體的熱特性，從此開辟了人類應(yīng)用紅外技術(shù)的廣闊道路。紅外輻射測溫技術(shù)的發(fā)展主要從兩方面來看：一是紅外輻射測溫儀器的發(fā)展；二是紅外輻射測溫技術(shù)的發(fā)展。2.3紅外輻射測溫儀器的分類及發(fā)展利用紅外輻射的原理進(jìn)行溫度測量的儀器是從簡單到復(fù)雜逐漸發(fā)展而成的。早期的紅外測溫

5、儀僅限于檢測物體的某一點的溫度，而后可以測量一條線的溫度，而不能顯示物體的形狀和表面上的溫度分布。直到了20世紀(jì)五六十年代，由于紅外探測器的改進(jìn)和快速靈敏的光子探測器的問世，才導(dǎo)致了實驗性、原理性熱成像系統(tǒng)的誕生。發(fā)展到目前的熱成像系統(tǒng)，它己經(jīng)是窄禁帶半導(dǎo)體技術(shù)、精密光學(xué)、精密機械、微電子學(xué)、特殊紅外工藝、新型紅外光學(xué)材料與系統(tǒng)工程學(xué)的產(chǎn)物。根據(jù)紅外測溫的方式，紅外測溫儀器可以分為全場分析探測系統(tǒng)和逐點分析探測系統(tǒng)兩種。全場分析是用紅外成像鏡頭把物體的溫度分布圖像成像在傳感器陣列上，從而獲得物體空間溫度場的全場分布，全場分布探測系統(tǒng)稱為

6、紅外熱像儀。逐點分析是把物體一個局部區(qū)域的熱輻射聚焦到單個探測器上，并通過己知物體的發(fā)射率，將輻射功率轉(zhuǎn)化為溫度，逐點分析系統(tǒng)常稱為紅外測溫儀。紅外測溫儀包括紅外點溫儀、紅外熱電視、紅外行掃儀。六十年代我國研制成功第一臺紅外測溫儀。我國最早開發(fā)應(yīng)用的是紅外光電測溫儀，它相當(dāng)于一個自動光學(xué)高溫計，響應(yīng)時間不快，測溫精度不高，己經(jīng)被淘汰。進(jìn)入九十年代，我國的紅外測溫儀采用當(dāng)今國際上通用的工作原理，由反射式、折射式或干涉式光學(xué)系統(tǒng)收集被測物發(fā)出的紅外輻射，經(jīng)濾光片選取一定波長范圍的輻射，射入紅外探測器，探測器輸出的電信號經(jīng)過放大，線性化處理后

7、送入數(shù)字電壓表顯示被測物體的溫度。并且陸續(xù)生產(chǎn)了小目標(biāo)、遠(yuǎn)距離、適合工業(yè)生產(chǎn)特點的測溫儀器，如西光IRT-1200D型、HCW-III型、HCW-V型；YHCW-9400型；WHD4015型(雙瞄準(zhǔn)，目標(biāo)直徑為40mm時，測距可達(dá)15m)、WFHX330型(光學(xué)瞄準(zhǔn)，目標(biāo)直徑為50mm，測距可達(dá)30m)。九十年代末期，我國也產(chǎn)生了用光纖束作為光學(xué)系統(tǒng)的測溫儀，用單板機或單片機作信號處理和線性化及數(shù)字顯示的測溫儀。2.4紅外輻射測溫技術(shù)的分類及發(fā)展到二十世紀(jì)初，輻射法測溫的理論準(zhǔn)備已基本完善。又經(jīng)過了幾十年的努力，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的紅外測溫

8、儀，已有了三種類型的傳統(tǒng)形式。即全輻射測溫儀、單色測溫儀和比色測溫儀。全輻射測溫儀是通過測量波長從零到無窮大的整個光譜范圍內(nèi)的輻射功率來確定物體的輻射溫度。單色測溫儀是通過測量目標(biāo)發(fā)射的某一波長范圍內(nèi)的輻射