《近红外光谱的高精度测温系统》.pdf

第31卷，第12期 光谱学与光谱分析 2O1 1年12月 and December，2011 SpectmscopySpectralAnalysis 基于近红外光谱的高精度测温系统 张玉存，齐艳德。，付献斌 燕山大学电气工程学院，河北秦皇岛066004 摘要 目前红外测温方法难以消除复杂环境下外来辐射的干扰，导致测温精度低，设计了一种高精度的 红外测温系统。该系统提出了由宽带滤光片和三级干涉滤光器结合的滤光方法，根据该方法对高温物体发 出的近红外光谱进行滤光，将高温背景光和环境干扰光滤掉，得到两个单色光谱，经红外探测器接收获得其 辐射功率比，通过计算得出物体温度。该系统透过的单色光谱带宽仅有1m。将透射光谱以外的背景光辐 射和环境光源辐射抑制达8个数虽级，降低了因被测对象周围环境升温引起的测温误差，提高测温系统的 精度。最后通过实验验证了该测温系统的可行性，精度达o．2％。 关键词 近红外光谱；红外探测器；宽带滤光片；三级干涉滤光器 文献标识码：A 中图分类号：TN215 DOI：10．3964／j．issn1000—0593(2011)12—3236一05 引 言 1红外双色测温系统 目前双波长红外测温技术广泛应用于现代工业领 该红外测温系统结构如图1所示，高温锻件辐射发出的 域[1。]，它受被测物体比辐射率的影响小，能排除中性介质 红外光谱由聚光镜收集，再经过散光镜将光束变成平行光， 的影响并且抗干扰性强[3“]，特别适用于测量局部被遮捎或 经宽带滤光片可透过包括预测波长的宽带光，宽带光到达分 无法充满测冒视场的目标温度【5]。但是在一些复杂环境下测 光片一部分透过分光片进入三级干涉滤光器A，得到中心波 温精度还不能满足要求。张忠恒等采用避开“辐射率修正困 长为A，的窄带光，再经过牛顿双反射镜和场镜将透射光收 难”的方法，弥补了红外测温仪准确度不高的缺陷，可以精 集到红外探测器l。另一部分宽带光由分光片反射经三级干 确测出被测对象的温度。孙志远等在目标附近放置一个超大 涉滤光器B得到中心波长为Az的窄带光，最后收集到红外 面元黑体来消除环境反射辐射和大气辐射等辐射量的影响， 探测器2。然后将两个红外探测器探测到的不同波长的单色 降低了系统的测温误差[6]。施德恒等对仪器工作波长与波长 光信号转变成电信号，由数据采集号采集输入到计算机，最 带宽进行了优化设计，从而获得两个最优的光谱信息，使其 终计算并显示被测物体箍盂度。 测温精度和灵敏度满足实际需要L7]。以上方法都取得了一定 的成果，但是在一砦环境极其恶劣的工作条件下，比如在高 温锻造过程中，大型锻件表面状态(如氧化、剥离、生锈等) 不断变化，高温锻件周围环境温度升高，厂房温度高等都直 接影响双色信号的比值，从而影响系统的测温精度峥10J。 本文提出了一种高精度的红外测温系统。系统采用双通 道结构通过宽带滤光片和j级干涉滤光器结合，对物体发出 的近红外光谱进行滤光。该系统能够充分的抑制高温物体周 围背景光和环境光源辐射，同时保证所需光谱的通过，降低 0f №l’11静训她sc|llel咖慨dia舯nl 了复杂环境外来辐射和物体状态变化的干扰，提高了系统信 jnfr嗣Ired temp盯稍u弛嘲m嘲删 噪比，减小测温误差，更精确的得到物体温度。 收稿日期：20