提高红外测温系统测温精度的研究

　　1　引　　言

　　传统的目标跟踪测量系统得到的目标的脱靶量信息比较单一,无法得到目标的更准确信息。随着科学技术的发展和国防建设的需要,对目标的辐射特性测量也将成为目标跟踪测量系统的一个重要组成部分。

　　由辐射测温原理公式可以看出,目标的辐射特性测量的重点是目标温度的测量,目标的其它辐射特性可以由目标温度计算。由于全辐射测温和单色辐射测温方法需要知道被测物体的光谱发射率,而物体的发射率受物体本身的材料和温度等因素影响,不易测量,所以本系统采用比色测温法。比色测温法受被测物体的光谱发射率的影响小,针对被测物体的辐射特性,合理地选择两个工作波段可以大大减小因被测物体发射率变化而引起的比色温度误差。根据比色法得到标定曲线,同时利用超大面元黑体补偿测温系统的误差以达到提高系统精度的目的。

　　2　比色测温原理

　　黑体是在任何情况下对一切波长的入射辐射吸收率都等于1的物体。在自然界中实际存在的任何物体对不同波长的入射辐射都有一定的反射(吸收率不等于1),所以,黑体只是人们抽象出来的一种理想化的物体模型。

　　黑体的光谱辐射出射度为:

　　式(1)即为描述黑体辐射光谱分布的普朗克公式,也叫做普朗克辐射定律。式中:M(λ,T)h为黑体的光谱辐射出射度

　　λ是波长(μm),T是绝对温度(K),c是光速(m/s),c1是第一辐射常数,c2是第二辐射常数。其中,

　　当温度为T的非黑体和温度为TC的黑体在两个波长λ1和λ2下的光谱辐射亮度之比相等时,则定义黑体的温度TC为非黑体的比色温度。

　　所以有:

　　式(5)表明了实际物体的真实温度与其比色温度之间的关系,所以说实际物体的比色温度可以等于、大于或小于它的真实温度,这主要取决于实际物体的光谱发射率随波长变化的情况。

　　3　系统组成和工作原理

　　3.1　系统的组成

　　如图1所示,红外系统由光学系统、红外光谱滤光片、红外探测器(本系统采用红外热像仪)、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。

　　3.1.1　对光学系统的要求

　　比色温度计的光学系统包括物镜、聚光元件,目镜以及其他光学元件(如反射镜、分光镜、棱镜、分化板、保护窗等)。

　　(1)物镜相对孔径要大,使检测元件输出尽可能大的电信号,同时保证一定的成像质量,使各种像差限制在一定范围内.

　　(2)结构力求简单,适合批量生产,降低成本,而且应能在规定的环境下长期使用。由于工作环境的温度变化较大,所以红外主镜筒采用铸铝材料,其膨胀系数与光学材料近似,以保证系统在温度变化过程中,始终保持好的成像质量。同时,既保证了刚度,又减轻了重量。