第二章第五节 非接触式测温仪表

1、第四节第四节 非接触测温方法和仪表非接触测温方法和仪表感受件不需要与被测介质接触，称非接触测温方感受件不需要与被测介质接触，称非接触测温方法法基本原理：黑体的辐射出射度与温度有单值函数基本原理：黑体的辐射出射度与温度有单值函数关系，通过测全辐射体的辐射出射度对应出温度关系，通过测全辐射体的辐射出射度对应出温度（辐射高温计）。（辐射高温计）。优点：优点：v仪表不破坏被测介质的温度场仪表不破坏被测介质的温度场v感温件不必和被测介质达到平衡，仪表滞后小。感温件不必和被测介质达到平衡，仪表滞后小。v理论上仪表测温上限不受限制。感受元件不必理论上仪表测温上限不受限制。感受元件不必与被测介质达到同样温度值

2、，因此测温部件不与被测介质达到同样温度值，因此测温部件不被高温破坏。被高温破坏。v输出信号大，灵敏度高，准确度高输出信号大，灵敏度高，准确度高第四章第四章 非接触测温方法和仪表非接触测温方法和仪表主要内容主要内容 v第一节第一节 辐射测温的基本原理辐射测温的基本原理v第二节第二节 单色辐射高温计单色辐射高温计v第三节第三节 辐射温度计辐射温度计v第四节第四节 比色高温计比色高温计v第五节第五节 红外温度计红外温度计第一节第一节 辐射测温基本原理辐射测温基本原理一、黑体的光谱辐射出射度一、黑体的光谱辐射出射度M0和辐射出射度和辐射出射度M01 1光谱辐射出射度光谱辐射出射度M01） 全辐射体的辐

3、射出射度全辐射体的辐射出射度M0（单位：（单位：w/m3）与波长）与波长和温度和温度T有关（普朗克定律）有关（普朗克定律） 为波长；为波长；c c1 1 ，c c2 2为普朗克第一，第二辐射常数为普朗克第一，第二辐射常数3.74133.7413* *10-16(w.m10-16(w.m2 2) 1.4388) 1.4388* *10-2(m.K)10-2(m.K)2 2）使用条件：温度低于使用条件：温度低于3000K3000K，波长较短的可见光范围，波长较短的可见光范围内，用维恩公式代替内，用维恩公式代替普朗克定律，误差不超过普朗克定律，误差不超过1%151012)e(cMTcTcecM251

4、0维恩公式维恩公式第一节第一节 辐射测温基本原理辐射测温基本原理规律：规律：1)T上升，上升， M0增大增大 。2) T高，高， M0的的峰值对应的波峰值对应的波长变短。长变短。M0的峰值处的峰值处的辐射波长的辐射波长m 与与T的关系遵的关系遵循维恩偏移定循维恩偏移定律：律： mT=2897 m.k3）光谱辐射出射度）光谱辐射出射度M0图图一、黑体的光谱辐射出射度一、黑体的光谱辐射出射度M0和辐射出射度和辐射出射度M01 1光谱辐射出射度光谱辐射出射度M0第一节第一节 辐射测温基本原理辐射测温基本原理2 2 黑体辐射出射度黑体辐射出射度M M0 01 1） M M0 0与与M M00的关系的关

5、系M M0 0是波长是波长 从从0 0 之间全部光谱辐射出射度的之间全部光谱辐射出射度的总和总和2 2 ）M M0 0的公式（斯忒潘的公式（斯忒潘玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律:):) 物体的总的辐射出射度与温度的四次方成正比物体的总的辐射出射度与温度的四次方成正比 斯忒藩波尔兹曼常数斯忒藩波尔兹曼常数,5.67032*10-8 W/(m2.K4) dMM00041051012Td)e(cMTc一、黑体的光谱辐射出射度一、黑体的光谱辐射出射度M0和辐射出射度和辐射出射度M0第一节第一节 辐射测温基本原理辐射测温基本原理二、灰体的光谱辐射出射度二、灰体的光谱辐射出射度M和辐射出射度和辐射出射度M1 ）

6、灰体的定义：如果物体的辐射光谱是连续的，）灰体的定义：如果物体的辐射光谱是连续的，且在所有波长下且在所有波长下 常数，则该物体称为灰体。常数，则该物体称为灰体。2）灰体的发射率）灰体的发射率 ： 灰体的辐射出射度和同一温度下全辐射体的辐射灰体的辐射出射度和同一温度下全辐射体的辐射出射度之比，出射度之比，3）灰体的）灰体的M（普朗克定律）（普朗克定律） M（斯忒潘斯忒潘玻耳兹曼定律）玻耳兹曼定律）0MM151) 1(2TcecM4TM 是小于是小于1的常数。的常数。第一节第一节 辐射测温基本原理辐射测温基本原理由于实际存在的物体，其特性并不完全像灰体，由于实际存在的物体，其特性并不完全像灰体，所

7、以需修正：所以需修正：1）光谱辐射出射光谱辐射出射度度M（普朗克定律）：（普朗克定律）： 2 2）辐射出射度辐射出射度M（斯忒潘斯忒潘玻耳兹曼定律）玻耳兹曼定律）注意：注意：光谱发射光谱发射率率和发射和发射率率，其值在，其值在0-1之之间间,都都不是常数不是常数, 用实验的方法测定用实验的方法测定。 与温度、与温度、该物体的特性和表面情况有关，该物体的特性和表面情况有关， 则按基尔则按基尔霍夫定律还与霍夫定律还与 有关有关。15112)e(cMTc4TM三、实际物体的光谱辐射出射度三、实际物体的光谱辐射出射度M和辐和辐射出射度射出射度M第一节第一节 辐射测温基本原理辐射测温基本原理四、四、单色

8、辐射高温计和辐射温度计单色辐射高温计和辐射温度计v1）应用普朗克定律制作的单色辐射高）应用普朗克定律制作的单色辐射高温计温计v2）应用辐射定律制作的辐射高温计）应用辐射定律制作的辐射高温计v3）当温度变化时，光谱辐射出射度的当温度变化时，光谱辐射出射度的增长要比辐射出射度的增长要快得多。增长要比辐射出射度的增长要快得多。单色辐射高温计的灵敏度高单色辐射高温计的灵敏度高第二节第二节 单色辐射高温计单色辐射高温计光学高温光学高温计计光电高温计光电高温计 一、光学高温计一、光学高温计 由普朗克定律知道，物体的光谱辐射出射率由普朗克定律知道，物体的光谱辐射出射率M 与温与温度有关，而度有关，而物体在高

9、温下会发光，称亮度，因亮度物体在高温下会发光，称亮度，因亮度L 与光谱辐射出射与光谱辐射出射率率M 成正比，成正比，故通过测物体亮度故通过测物体亮度L 可求物体的温度可求物体的温度。 L =cM=cM =c=c M0 c-c-比例常数。比例常数。2 2 由亮度标注温度时需解决的问题：亮度温度由亮度标注温度时需解决的问题：亮度温度1）问题提出：）问题提出：同样亮度同样亮度L ，由于物体由于物体不同，所以物不同，所以物体对应的温度是不同。因此某一亮度下仪表应对应体对应的温度是不同。因此某一亮度下仪表应对应标注何种温度？标注何种温度？2）解决办法：）解决办法：仪表标注的是黑体对应的温度仪表标注的是黑

10、体对应的温度Ts ，即，即亮度温度，实际物体的真实温度要进行修正。亮度温度，实际物体的真实温度要进行修正。第二节第二节 单色辐射高温计单色辐射高温计1 1 基本工作原理：基本工作原理：3)亮度温度亮度温度Ts ：当物体在辐射波长为当物体在辐射波长为 ，温度，温度为为T时，其光谱辐射亮度时，其光谱辐射亮度L 和黑体在辐射波长为和黑体在辐射波长为 ，温度，温度为为Ts时的光谱辐射亮度时的光谱辐射亮度L0 相等，则相等，则把把Ts称为这个物体在波长称为这个物体在波长 下的亮度温度。下的亮度温度。4)由亮度温度由亮度温度Ts如何求物体的真实温度如何求物体的真实温度T 已知物体的辐射发射已知物体的辐射发

11、射率率，将维恩公式代入：将维恩公式代入：一、光学高温计一、光学高温计第二节第二节 单色辐射高温计单色辐射高温计2 2 由亮度标注温度时需解决的问题：亮度温度由亮度标注温度时需解决的问题：亮度温度TceccL251sTceccL2510两者的亮度相等，两者的亮度相等，故：故：1112lncTTs注：注：0 10，在充分受热后，在充分受热后，从管口看进去管子的底部就可近似认为从管口看进去管子的底部就可近似认为是全辐射体。是全辐射体。三三、使用光学高温计时的注意事项使用光学高温计时的注意事项第二节第二节 单色辐射高温计单色辐射高温计（2）由于中间介质的影响：光学高温计不）由于中间介质的影响：光学高温

12、计不要距离被测物体太远，一般应在要距离被测物体太远，一般应在12m之之内比较合适。内比较合适。 光学高温计和被测物体之间的灰尘、光学高温计和被测物体之间的灰尘、烟雾、二氧化碳等对辐射都有吸收作用，烟雾、二氧化碳等对辐射都有吸收作用，造成误差。造成误差。（3）光学高温计不宜测反射光很强的物体，）光学高温计不宜测反射光很强的物体，容易造成大容易造成大 误差误差（4） 光学高温计的测量准确度比热电偶、光学高温计的测量准确度比热电偶、热电阻低，并不能测物体内部温度。热电阻低，并不能测物体内部温度。三三、使用光学高温计时的注意事项使用光学高温计时的注意事项第二节第二节 单色辐射高温计单色辐射高温计四、光

13、电高温四、光电高温计计1 光学高温计的问题：测量时要手动平衡亮光学高温计的问题：测量时要手动平衡亮度；人判定平衡点，平衡点还可能因人而度；人判定平衡点，平衡点还可能因人而易；故它不是连续性测量仪表，应用受限易；故它不是连续性测量仪表，应用受限制。制。2 其工作原理：其工作原理：光电器件代替人眼，光电器件代替人眼，作为仪作为仪表的感受件感受辐射源的亮度变化，并转表的感受件感受辐射源的亮度变化，并转换成与亮度成比例的电信号。此信号经电换成与亮度成比例的电信号。此信号经电子放大器放大后被测量，其大小对应被测子放大器放大后被测量，其大小对应被测物体的温度。光电高温计是自动连续测温物体的温度。光电高温计

14、是自动连续测温仪表。仪表。第二节第二节 单色辐射高温计单色辐射高温计四、光电高温四、光电高温计计WDH-II光电高温计的调制原理光电高温计的调制原理第二节第二节 单色辐射高温计单色辐射高温计3 缺点：光学元件互换性很差，更换元件时，缺点：光学元件互换性很差，更换元件时，整个仪表要进行重新调整和分度。整个仪表要进行重新调整和分度。4 4 优点优点 （l l）无）无 700700的下限。因光电器件可感的下限。因光电器件可感受可见光，红外光波长受可见光，红外光波长 （2 2）分辨率高，光学高温计最高为）分辨率高，光学高温计最高为0.50.5，而光电高温计可达，而光电高温计可达0.010.010.05

15、0.05； （3 3）精确度高，由于采用性能良好的单）精确度高，由于采用性能良好的单色器色器 （4 4）可连续自动测量，响应快。）可连续自动测量，响应快。第二节第二节 单色辐射高温计单色辐射高温计四、光电高温四、光电高温计计第三节第三节 辐射温度计辐射温度计 根据全辐射定律制成的温度计，即全部波根据全辐射定律制成的温度计，即全部波长的辐射能长的辐射能M0 温度温度T 。被测物体的辐射被测物体的辐射能经物镜聚焦在能经物镜聚焦在铂箔上，使铂箔铂箔上，使铂箔温度升高，由热温度升高，由热电堆测其温度输电堆测其温度输出热电势信号。出热电势信号。热电堆由几支同热电堆由几支同样的热电偶同向样的热电偶同向串联

16、，其目的是串联，其目的是增加输出的热电增加输出的热电势，提高灵敏度势，提高灵敏度。一、基本工作原理一、基本工作原理二、辐射温度计的结构和原理二、辐射温度计的结构和原理热热电电堆堆的的作作用用？第三节第三节 辐射温度计辐射温度计1）问题：问题：由于物体的由于物体的 的不同，的不同，同一辐射出射度同一辐射出射度M，在不同物体对应不同温度，所以，在不同物体对应不同温度，所以显示仪表显示仪表上标注的是辐射温度上标注的是辐射温度（绝对黑体对应的温度）（绝对黑体对应的温度）2）辐射温度：被测物体真实温度为）辐射温度：被测物体真实温度为T T，其对应的，其对应的辐射出射度辐射出射度M，绝对黑体在温度，绝对黑

17、体在温度T Tp p 时的辐射出时的辐射出射度射度M 0，M=M0, 温度温度T Tp p称为称为“辐射温度辐射温度” 3)辐射温度低于被测物体的实际温度辐射温度低于被测物体的实际温度。 为被测物体发射率为被测物体发射率44pTT14pTT 三三 辐射温度辐射温度辐射温度的定义是：若温度为T的被测物体的辐射出射度M等于温度为Tp的全辐射体的辐射出射度Mo时，则温度Tp称为被测物体的辐射温度。第三节第三节 辐射温度计辐射温度计四四 辐射温度计使用时的注意事项：辐射温度计使用时的注意事项： （1） 影响。尽量创造全辐射体的辐射条件影响。尽量创造全辐射体的辐射条件（2）中间介质的影响，测量距离不可太

18、远）中间介质的影响，测量距离不可太远（3）热电偶冷端温度影响。）热电偶冷端温度影响。（4）按规定）按规定D/L（被测物体的直径，被测物体与温（被测物体的直径，被测物体与温度计之间的距离）的范围，否则会引起较大的误度计之间的距离）的范围，否则会引起较大的误差。差。vL太大，被测物体在热电堆上成像太小，不能太大，被测物体在热电堆上成像太小，不能全部覆盖住热电堆十字平面，使热电堆接受的全部覆盖住热电堆十字平面，使热电堆接受的辐射能减小，指示偏低。辐射能减小，指示偏低。vL太小，物像照到光阑边缘和接近热电堆的其太小，物像照到光阑边缘和接近热电堆的其它零件上，使冷端温度升高，造成热电势下降，它零件上，使

19、冷端温度升高，造成热电势下降，指示偏低，且中间介质影响大，也造成指示偏指示偏低，且中间介质影响大，也造成指示偏低。低。第四节第四节 比色高温计比色高温计 根据维恩定律，当温度发生变化时，被测物体根据维恩定律，当温度发生变化时，被测物体的最大辐射出射度将向波长增大或波长减小的方向移的最大辐射出射度将向波长增大或波长减小的方向移动，使在波长动，使在波长l l和和2 2下的光谱辐射出射度比值发生下的光谱辐射出射度比值发生变化。比色高温计就是根据被测物体在两个不同波长变化。比色高温计就是根据被测物体在两个不同波长下的光谱辐射出射度的比值与被测物体温度的关系，下的光谱辐射出射度的比值与被测物体温度的关系

20、，通过测出两者的比值从而测量到被测温度的。通过测出两者的比值从而测量到被测温度的。 第四节第四节 比色高温比色高温计计一一 原理：原理：根据维恩偏移定律工作的温度计。根据维恩偏移定律工作的温度计。通过测物体两个不同波长下的光谱辐射出射通过测物体两个不同波长下的光谱辐射出射度的比值推得温度度的比值推得温度。1 推导过程（黑体）推导过程（黑体）通过测波长通过测波长1，2下的光谱辐射亮度下的光谱辐射亮度两式相除后取对数，整理后：两式相除后取对数，整理后：sSTcTeccL1215110sSTcTeccL2225210120012251121lnLLln)(cTSSTTS比色比色温度温度2 实际物体的

21、温度实际物体的温度第四节第四节 比色高温计比色高温计2 实际物体的温度实际物体的温度（1）比色温度：）比色温度：v实际物体（温度实际物体（温度T）在两个波长）在两个波长 1，和和2的相的相应亮度比值等于绝对黑体（应亮度比值等于绝对黑体（Ts）在两个波长）在两个波长 1，和和2的亮度比，绝对黑体的温度的亮度比，绝对黑体的温度Ts就称为就称为实际物体的比色温度。实际物体的比色温度。（2）实际物体的温度公式：）实际物体的温度公式： 根据定义，用维恩公式，可导出：根据定义，用维恩公式，可导出： 1 2为实际物体的在波长为实际物体的在波长 1，和和2时的光谱时的光谱发射率发射率)(clnTTs21221

22、1111第四节第四节 比色高温比色高温计计二二 比色高温计的特点：比色高温计的特点：1）对于绝对）对于绝对黑体黑体T=Ts，因为因为 1= 2=1 ；灰体同样灰体同样T=Ts，由于由于 1= 2 1 ； 一般物体一般物体T Ts由于由于 1 2 v 对于对于金属物体金属物体，一般是短波，一般是短波1的的 1，大于长，大于长波波2的的 2 ， 1 2则则 0， TTs比比色温度高于物体实际温度色温度高于物体实际温度。v 对于其它物体，视对于其它物体，视 1 和和 2 的大小而定。的大小而定。21ln2 ）比色高温计和单色辐射高温计、辐射温度）比色高温计和单色辐射高温计、辐射温度计相比较，计相比较

23、，测量准确度更高。测量准确度更高。因为实际物体一般因为实际物体一般 1和和 2的比值变化相对的比值变化相对要比要比 和和 的单位变化小得多，的单位变化小得多，3）比色高温计可在周围环境较恶劣下测温比色高温计可在周围环境较恶劣下测温 中间介质加水蒸汽，二氧化碳、灰尘等对波中间介质加水蒸汽，二氧化碳、灰尘等对波长长1 和和2 的单色辐射强度均有吸收，尽管的单色辐射强度均有吸收，尽管吸收律不一定相同，但对单色辐射强度比值吸收律不一定相同，但对单色辐射强度比值的影响比较小的影响比较小第四节第四节 比色高温计比色高温计二二 比色高温计的特点：比色高温计的特点：第四节第四节 比色高温比色高温计计国产国产W

24、DS-II双通道光电比色高温计双通道光电比色高温计1 1一物镜一物镜 2 2一平行平面玻璃一平行平面玻璃 3 3一回零通孔一回零通孔硅光电池硅光电池 4 4一透镜一透镜 5 5一分光镜一分光镜 6 6一红一红外滤光片外滤光片7 7一硅光电池一硅光电池E E2 2 8 8一硅光电池一硅光电池E El l 9 9一可见光滤光片一可见光滤光片 1010一反射镜一反射镜 1111一倒一倒像镜像镜 1212一目镜一目镜三、光电比色高温计的结构三、光电比色高温计的结构光路系统中设有两个光电检测元件光路系统中设有两个光电检测元件( (硅光电池硅光电池) )分别接分别接受并检测两种不同波长的光谱辐射能。被测物

25、体的辐受并检测两种不同波长的光谱辐射能。被测物体的辐射线经物镜射线经物镜1 1聚焦聚焦后，经平行平面玻璃后，经平行平面玻璃2 2、中间有通孔的回零硅光电池、中间有通孔的回零硅光电池3 3，再经透镜，再经透镜4 4到达分光镜到达分光镜5 5。分光镜能反射可见光。分光镜能反射可见光( (1 1008 8m)m)，而让，而让2 21.01.0m m的红外线通过。波的红外线通过。波长为长为1 1的可见光部分的能量经可见光滤光片的可见光部分的能量经可见光滤光片9 9，滤去，滤去其中长波的辐射能，其余部分能量被硅光电池其中长波的辐射能，其余部分能量被硅光电池8(8(即即E E1 1) )接收并转换成电信号

26、。波长为接收并转换成电信号。波长为2 2的红外线部的红外线部分的能量则通过分光镜分的能量则通过分光镜5 5，经红外滤光片滤去其中的，经红外滤光片滤去其中的可见光，其余被硅光电池可见光，其余被硅光电池7 7（即（即E E2 2）接收并转换成电）接收并转换成电信号。两个硅光电池信号。两个硅光电池E1E1和和E2E2的输出电信号经过运算，的输出电信号经过运算，求取比值，最终由显示部分指示出温度值。求取比值，最终由显示部分指示出温度值。 第五节第五节 红外探测器红外探测器2000K以下的曲线最高点所对应的波长已不是可见以下的曲线最高点所对应的波长已不是可见光，而是红外线，而人眼是看不到这种射线的，光，

27、而是红外线，而人眼是看不到这种射线的，所以较低温度的测量要采用红外测温仪表。红外所以较低温度的测量要采用红外测温仪表。红外测温仪表就工作在这个红外线波长区，因此可测测温仪表就工作在这个红外线波长区，因此可测较低的温度。它的原理和结构与辐射高温计、光较低的温度。它的原理和结构与辐射高温计、光电高温计相似。红外测温仪表是一种测温上限较电高温计相似。红外测温仪表是一种测温上限较低的仪表，可测量低的仪表，可测量O一一400范围的温度。范围的温度。 红外测红外测温仪由光学系统、红外探测器、信号处理放大部温仪由光学系统、红外探测器、信号处理放大部分及显示仪表等部分组成。其中光学系统与红外分及显示仪表等部分

28、组成。其中光学系统与红外探测器是整个仪表的关键，而且它们具有特殊的探测器是整个仪表的关键，而且它们具有特殊的性质。红外光学材料又是光学系统中的关键器件，性质。红外光学材料又是光学系统中的关键器件，它是对红外辐射透过率很高，而对其他波长辐射它是对红外辐射透过率很高，而对其他波长辐射不易透过的材料。不易透过的材料。 。红外探测器的作用是把接收到的红外辐射红外探测器的作用是把接收到的红外辐射强度转换成电信号。它有光电型和热敏型强度转换成电信号。它有光电型和热敏型两种类型。光电型探测器是利用光敏元件两种类型。光电型探测器是利用光敏元件吸收红外辐射后其电子改变运动状况而使吸收红外辐射后其电子改变运动状况

29、而使电气性质改变的原理作的，常用的光电探电气性质改变的原理作的，常用的光电探测器有光电导型和光生伏特型两种。热敏测器有光电导型和光生伏特型两种。热敏型探测器是利用了物体接收红外辐射后温型探测器是利用了物体接收红外辐射后温度升高的性质，然后测其温度工作的。根度升高的性质，然后测其温度工作的。根据测温元件的不同，又有热敏电阻型、热据测温元件的不同，又有热敏电阻型、热电偶型及热释电型等几种。在光电型和热电偶型及热释电型等几种。在光电型和热敏型探测器中，前者用得较多敏型探测器中，前者用得较多 红外测温仪是根据被测目标的红外辐射能量与温度成红外测温仪是根据被测目标的红外辐射能量与温度成一定函数关系而制成

30、的仪器。工作时，首先把物体发一定函数关系而制成的仪器。工作时，首先把物体发射的红外辐射能量搜集起来转换成电信号。然后，对射的红外辐射能量搜集起来转换成电信号。然后，对电信号进行放大、处理，并利用物体温度与其辐射功电信号进行放大、处理，并利用物体温度与其辐射功率大小率大小( (目前都表现为信号电压高低目前都表现为信号电压高低) )的一一对应关系的一一对应关系，显示出物体温度的测量结果。，显示出物体温度的测量结果。此处以图此处以图224242所示的红外辐射温度计为例介绍其原理及所示的红外辐射温度计为例介绍其原理及结构，被测物体结构，被测物体1 1的辐射线由窗的辐射线由窗2 2进入光学系统，首先到达

31、进入光学系统，首先到达分光片分光片3 3。分光片是由能透过红外线的专门光学材料制成，。分光片是由能透过红外线的专门光学材料制成，中间沉积了某种反射材料。红外线能透过分光片，而其他中间沉积了某种反射材料。红外线能透过分光片，而其他波长的辐射能被反射出去，不能透过。透过分光片的红外波长的辐射能被反射出去，不能透过。透过分光片的红外线经过聚光镜线经过聚光镜4 4、调制盘、调制盘5 5被调制成脉冲红外光波，它投射被调制成脉冲红外光波，它投射到置于黑体腔中的红外光敏探测器到置于黑体腔中的红外光敏探测器6 6上，最终转换成交变上，最终转换成交变的电信号输出。使用黑体腔是为了提高光敏探测器的吸收的电信号输出

32、。使用黑体腔是为了提高光敏探测器的吸收能力，提高灵敏度。由于探测器输出的交变电信号与被测能力，提高灵敏度。由于探测器输出的交变电信号与被测温度及黑体腔温度均有关，所以必须恒定黑体腔的温度，温度及黑体腔温度均有关，所以必须恒定黑体腔的温度，以消除背景温度的影响。黑体腔的温度由温度控制器控制以消除背景温度的影响。黑体腔的温度由温度控制器控制在在4040。输出的电信号经运算放大器。输出的电信号经运算放大器AlAl和和A2A2整形、放大后，整形、放大后，送入相敏功率放大器送入相敏功率放大器7 7，经解调器，经解调器8 8整形后的直流电流由显整形后的直流电流由显示器指示被测温度。由分光片反射出来的其他波

33、长下的光示器指示被测温度。由分光片反射出来的其他波长下的光波反射到反光片波反射到反光片1111，经，经1212、1313透镜，透镜，1414目镜组成的目镜系目镜组成的目镜系统，可以观察到被测目标及透镜统，可以观察到被测目标及透镜1212上的十字交叉线，以瞄上的十字交叉线，以瞄准被测目标。准被测目标。红外探测器：能将红外辐射量转化为电量的红外探测器：能将红外辐射量转化为电量的装置。装置。 分类：分类：v热敏探测器；热敏探测器；v光敏探测器。光敏探测器。 热敏探测器热敏探测器v利用半导体薄膜材料在受到红外辐射时产生的利用半导体薄膜材料在受到红外辐射时产生的热效应。热效应。 v响应时间较长，约在响应

34、时间较长，约在10-3s的量级。的量级。 v对辐射的各种波长基本上有相同的响应，其光对辐射的各种波长基本上有相同的响应，其光谱响应曲线平坦，在整个测量波长范围内灵敏谱响应曲线平坦，在整个测量波长范围内灵敏度基本不变，且能在常温下工作。度基本不变，且能在常温下工作。 光电探测器光电探测器 v是一种半导体器件，它的核心是光是一种半导体器件，它的核心是光敏元件。敏元件。 v当光子投射到光敏元件上时，促使当光子投射到光敏元件上时，促使电子电子空穴对分离，产生电信号。空穴对分离，产生电信号。 v光电效应产生很快，光电探测器对光电效应产生很快，光电探测器对红外辐射的响应时间要比热敏探测红外辐射的响应时间要

35、比热敏探测器的响应时间快得多，可达毫微秒。器的响应时间快得多，可达毫微秒。v其对波长的响应率有个峰值其对波长的响应率有个峰值p，超，超过过p时响应曲线迅速截止时响应曲线迅速截止(图图3.108)。其原因是，在大于一定波长的范围其原因是，在大于一定波长的范围内，光子储量不足于激发电子的释内，光子储量不足于激发电子的释出，电活性消失。出，电活性消失。 v光电探测器必须在低温下才能工作。光电探测器必须在低温下才能工作。 图3.108 红外探测器光谱响应曲线 对红外探测器性能的要求：对红外探测器性能的要求：v灵敏度高；灵敏度高；v在工作波长范围内有较高的探测率；在工作波长范围内有较高的探测率；v时间常

36、数小。时间常数小。 红外热成像红外热成像 红外光是人的肉眼所不能看到的，因此不能红外光是人的肉眼所不能看到的，因此不能采用普通照相机原理来摄取红外图象。采用普通照相机原理来摄取红外图象。 红外热成像（红外热成像（Infrared thermal imaging）技）技术：将红外辐射转换成可见光进行显示的技术：将红外辐射转换成可见光进行显示的技术。术。 分类：分类：q 主动式；主动式；q 被动式。被动式。主动式红外热成像：采用一红外辐射源照射被主动式红外热成像：采用一红外辐射源照射被测物，然后接收被物体反射的红外辐射图象。测物，然后接收被物体反射的红外辐射图象。 图3.111 主动式红外成像原理

37、1红外光源；2摄象机；3监视器 被动式红外热成像：利用物体自身的红外辐射来被动式红外热成像：利用物体自身的红外辐射来摄取物体的热辐射图像，这种成像我们一般称为摄取物体的热辐射图像，这种成像我们一般称为热像（热像（thermal image），获取热像的装置称热像），获取热像的装置称热像仪。仪。 图3.112 红外热像仪光学系统结构1. 被测对象 2.扫描镜 3.透镜 4.反射镜 5.红外探测器 6.杜瓦瓶7.测温元件 8.参考黑体 9.调制器 10.凹面反射镜 红外热像仪的应用：红外热像仪的应用：不同环境条件下的温度检测。不同环境条件下的温度检测。 图3.113 车床轴承面的等温度场分布图 热

38、像技术广泛用于无损缺陷的探查。热像技术广泛用于无损缺陷的探查。在电力工业中，热像仪被用来检查电力设备在电力工业中，热像仪被用来检查电力设备尤其是开关、电缆线等的温升现象，从而可尤其是开关、电缆线等的温升现象，从而可及时发现故障进行报警。及时发现故障进行报警。在石油、化工、冶金工业生产中，热像仪也在石油、化工、冶金工业生产中，热像仪也被用来进行安全监控。被用来进行安全监控。 用于公安和消防，对火灾现场的建筑物，采用于公安和消防，对火灾现场的建筑物，采用热象仪可以探知建筑物中被烧毁的情况以用热象仪可以探知建筑物中被烧毁的情况以及人员的情况。及人员的情况。 用作海岸线监视，以监视各类过往船只，尤用作海岸线监视，以监视各类过往船只，尤其是用作夜间监视，确保海岸线的安全。其是用作夜间监视，确保海岸线的安全。 热像仪用于临床医学诊断。热像仪用于临床医学诊断。 图3.115 医用红外热象仪获取的病例（脂肪瘤）热图小结小结一、热辐射测温的理论基础一、热辐射测温的理论基础 它是利用物体的辐射能随其温度而变化的原它是利用物体的辐射能随其温度而变化的原理制成的。基于的基本定律有普朗克定律、斯理制成的。基于的基本定律有普朗克定律、斯成藩一玻尔兹曼定律。成藩一玻尔兹曼定律。 二、分类二、分类 这类温度计大致分成两类，一类是通常所说这类温度计