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红外温度测量技术以其非接触、快速、测量范围宽、测量准确度高等特点,已经得到越来越广泛应用。其应用领域从冶金工业中在线检测、机加工业中的产品热处理、电力系统电网安全运行状态监测、电力机车轴温测量到海关及医疗行业的疫情监测。近几年随着新器件新技术的应用,红外测温技术得到进一步发展,测量精度进一步提高,测量范围和应用领域也不断扩大。根据红外测温仪测温范围可分为两类:中低温辐射温度计和高温辐射温度计。高温辐射温度计用于测量温度高于900℃的被测物。中低温测温仪主要针对测量温度在低于200℃以下的被测物温度测量。前者由于目标辐射的能量较大,仪器温度分辨率高,其测量原理多采用多波长辐射测温理论,并通过数据处理,最大限度地消除被测目标辐射率、周围环境和测温距离对测温精度的影响。目前我国研制的三十五波长高温计,其测温范围为700——5000k;测温精度优于0.5%;灵敏度优于0.1k°。对于中低温红外测温领域,如西安北方光电公司、中国科学院上海技术物理研制的红外测温仪器HWL1-1型航空红外测温仪和LCH1-1型机载红外辐射计,其测温范围为-2-35℃和-5-35℃,测量精度为0.5℃。红外测温的基本原理为PLANK黑体辐射定律,通过对黑体辐射理论分析可知,以检测红外辐射能量为主的红外温度测量,必须解决高精度测量被测物在某一谱段内的光谱辐射能量。受背景干扰的影响,经常出现的测量值偏低的问题,导致测量结果的重复性差。测量结果受工作环境、操作方式、操作人员等众多因素的影响,使测量结果的不确定性增大,为实际使用带来诸多不便。
本研究借助大气传输的相关理论,对红外测温系统中光谱辐照度的测量进行了探讨,并由此引入红外测温中的非线形校正问题。分析了目标靶的辐射角对温度测量的影响,以M340(MIKRON公司)黑体为温度基准,标定用于模型验证的可控温度灰体,灰体辐射率为0.95。借助点温仪测量了灰体在不同辐射角下的辐亮度值,实验结果表明导致红外测温系统非线性的原因之一主要来自于背景辐射,而非一般认为的是大气穿透率的影响。借助该模型进一步探讨了距离,背景和目标的形状对测温的影响,并进行了相关的实验。结果表明,通过补偿函数及非线性校正,可以提高红外测温仪的测量精度。