1、10.1光電比色溫度計光電比色溫度計要求要求：u理解輻射測溫和比色測溫的原理；10.1.1u比色溫度法的優點；10.1.2u單通道和雙通道光電比色溫度計的工作原理及其優缺點。10.1.210.1.3第十章 基于光波長調制的檢測系統10.1.1 輻射測溫原理1.輻射測溫原理輻射測溫原理熱輻射：物體在各種溫度下都或多或少地輻射出紅外、可見光、紫外熱輻射：物體在各種溫度下都或多或少地輻射出紅外、可見光、紫外電磁波電磁波。紅外熱像紅外熱像儀：利儀：利用紅外探測器和光學成像物鏡接受被用紅外探測器和光學成像物鏡接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形測目標的紅外輻射能量分布圖形圖圖2-52是黑體輻射的調制原理，

2、它不需要外加光源，而且簡單地由探頭是黑體輻射的調制原理，它不需要外加光源，而且簡單地由探頭尖端（即黑體腔）收集黑體的光譜輻射，然后通過光纖把這種寬頻帶的尖端（即黑體腔）收集黑體的光譜輻射，然后通過光纖把這種寬頻帶的輻射傳送到分光儀或濾光片，根據普朗克提出的輻射亮度與波長關系隨輻射傳送到分光儀或濾光片，根據普朗克提出的輻射亮度與波長關系隨溫度變化的公式，通過雙波長或單波長就能測出黑體的溫度。溫度變化的公式，通過雙波長或單波長就能測出黑體的溫度。 那么，回到基礎篇里的那么，回到基礎篇里的2.7.2（P45）光波長）光波長調制，是這么介紹利用黑體輻射進行波長調制：調制，是這么介紹利用黑體輻射進行波長

3、調制：黑體黑體(blackbody)：它：它能夠吸收外來的全能夠吸收外來的全部電磁輻射，部電磁輻射，并且不會并且不會有任何的反射有任何的反射與透射。與透射。一種理想物體，以此作為熱輻射研究的標準物體。輻射與比色測溫原理Lb與與、T的函數關系式稱為普朗克公式的函數關系式稱為普朗克公式: Lb (,T)d=(C1/)-3(eC2/T-1)-1 d當當eC2/T1時，上式可以簡化為維恩公式時，上式可以簡化為維恩公式： Lb (,T)d=(C1/)-3e-C2/T d黑體全輻射亮度黑體全輻射亮度( (斯忒藩斯忒藩- -玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律) )： Lb()=0 Lb (,T)d=(1/)T4 隨溫

4、度的升高，隨溫度的升高，Lb()曲線的曲線的峰值波長峰值波長m向短波方向移動。由向短波方向移動。由普朗克公式可以導出說明普朗克公式可以導出說明m與與T關系的維恩位移定律：關系的維恩位移定律：mT=2897.8mK上式表示為一條傾斜的直線，如上式表示為一條傾斜的直線，如圖圖10-1所示。知道了各溫度下的所示。知道了各溫度下的峰值波長，就可以根據待測溫度峰值波長，就可以根據待測溫度的范圍確定測溫儀表所選用的波的范圍確定測溫儀表所選用的波長范圍。長范圍。實際物體的吸收率總是小于實際物體的吸收率總是小于1。因。因此，定義此，定義同一波長、同一溫度下同一波長、同一溫度下，非黑體和黑體的光譜輻射亮度之非黑

5、體和黑體的光譜輻射亮度之比為非黑體的光譜發射率比為非黑體的光譜發射率(,T)：(,T)=L(,T)/Lb(,T)非黑體的全發射率非黑體的全發射率(T)定義為相定義為相同溫度下非黑體與黑體的全輻射同溫度下非黑體與黑體的全輻射亮度之比：亮度之比：(T)=L(T)/Lb(T)黑體作為實際物體的一個標準。當實際物體在同一波長的光譜發射亮度與黑體的光譜發射亮度相當實際物體在同一波長的光譜發射亮度與黑體的光譜發射亮度相等時，將此黑體的溫度定義為實際物體的亮度溫度；等時，將此黑體的溫度定義為實際物體的亮度溫度；當實際物體的全輻射亮度與黑體的全輻射亮度相等時，將此黑體當實際物體的全輻射亮度與黑體的全輻射亮度相

6、等時，將此黑體的溫度定義為此實際物體的輻射溫度。的溫度定義為此實際物體的輻射溫度。對于任何實際物體來說，對于任何實際物體來說，(,T)或或(T)總是介于總是介于01，因此，因此，Ts和和Tp總是低于實際物體的真是溫度總是低于實際物體的真是溫度T。只有知道了。只有知道了(,T)和和(T)的值，的值，才能求出才能求出T來。來。一般來說，非黑體的一般來說，非黑體的(,T)與波長有關，與波長有關，(,T)不隨波長改變的非不隨波長改變的非黑體稱為灰體，其輻射能量分布曲線與同溫度下黑體輻射能量分黑體稱為灰體，其輻射能量分布曲線與同溫度下黑體輻射能量分布曲線相似。布曲線相似。工程上，一些實際物體在某個波長區

7、段有與此相近似的輻射特工程上，一些實際物體在某個波長區段有與此相近似的輻射特性，可以當作灰體來處理，使問題簡單化。對于非黑體來說則性，可以當作灰體來處理，使問題簡單化。對于非黑體來說則有：有：L(,T)d=(,T)-5e-C2/Td亮度測溫法亮度測溫法亮度溫度亮度溫度TsL(T)=(T)(1/)T4全輻射測溫法全輻射測溫法輻射溫度輻射溫度Tp10.1.2比色測溫定義：如果某一溫度的黑體與實際物體在某兩個波長的光譜輻定義：如果某一溫度的黑體與實際物體在某兩個波長的光譜輻射亮度之比相等，則黑體的溫度稱為該物體的色溫度，又稱射亮度之比相等，則黑體的溫度稱為該物體的色溫度，又稱比比色溫度色溫度。L(1

8、,T0)d/Lb(1,T0)d=L(2,T0)d/Lb(2,T0)d=CL(1,T0)d/L(2,T0)d=Lb(1,T0)d/Lb(2,T0)dBb=A1/A2=Lb(1,T)d/Lb(2,T)d=(1/2)-5exp(C2/T1/1-1/2)從而得到： T=C2(1/ 1-1/ 2)InB-5In(1/ 2)對于黑體或灰體，比色溫度等于其真實溫度，對于黑體或灰體，比色溫度等于其真實溫度，Tc=T；對于多數金屬材料對于多數金屬材料，隨波長的增長，光譜發射率，隨波長的增長，光譜發射率減小，比色溫度高于其真實溫度，減小，比色溫度高于其真實溫度，TcT；對于多數非金屬材料來說，隨波長增長，光譜發對于多數非金屬材料來說，隨波長增長，光譜發射率增大，比色溫度低于其真實溫度，射率增大，比色溫度低于其真實溫度，TcT。比色溫法的優點與發展大多數實際物體的色溫Tc比亮溫Ts 和輻射溫度Tp更接近于物體的真溫T。比色測溫法受被測物體光譜發射率的影響較小在光路中存在有煙霧、水蒸氣、塵埃的場合，使用亮溫法或輻射發測溫，會嚴重失真。結構復雜，但廣泛應用于工業聲生產和科學研究中。根據被測物體的輻射特性，盡可能選擇光