影响实用化实时测温系统测温精度的几个因素

引言

研究表明,在作者等人设计的测温系统[1]中,仪器的工作波长与波长带宽、放大器的带宽与光学系统的相对孔径、反射辐射以及探测器本身的辐射等都能影响系统的测温精度.文[1~4]虽已对上述各量分别进行了讨论,但未系统地研究该仪器的测温精度.本文拟从待测面的红外辐射特性、待测面周围的其它辐射体、大气的透射特性以及测温系统本身出发,对影响该系统测温精度的因素进行较为详尽的研究,并提出提高其测温精度的相应措施.

1　测温原理

系统的原理结构简图、调制盘的结构简图以及仪器的工作过程和标定方法等在作者们以前的工作[1,2]中已有详尽的描述,本文不再重复.当无激光束进入检测探测器时,检测探测器接收到的仅是待测目标的辐射能P1

　　当有激光束进入检测探测器时,检测探测器接收到的能量P2则由待测目标表面反射的激光能量及待测目标表面辐射的红外能量这两部分组成

2　影响实时测温系统测温精度的几个因素

影响该系统测温精度的因素很多,但归纳起来,可以将其分为以下4个方面:

2.1　待测目标的红外辐射特性

2.1.1　相对温度灵敏度及测温范围对测温精度的影响

当无激光束入射待测目标表面时,热释电探测器输出的电信号的强度V(T)可以写成[5]

式(11)中,R(λ)为钽酸锂探测器的光谱响应度[5].

为分析上的方便,取R(λ)=1.于是,式(11)可简化为

文献[2]已详细讨论了探头的温度分辨力.但仪器的测温精度不仅受探头的温度分辨力的制约,而且还受二次仪表的测温灵敏度的约束.对本仪器而言,二次仪表的测温灵敏度又由V(T)~T曲线的温度灵敏度(相对温度灵敏度)、电路的放大倍率及A/D转换器件的分辨率所决定[6].由于V(T)~T曲线是进行温度测量的基础,因此为保证2次仪表的测温灵敏度,必须优化V(T)~T曲线以使其具有最佳的温度灵敏度(相对温度灵敏度).V(T)~T曲线的温度灵敏度S定义为当待测温度每变化1℃时,探测器输出的信号电平的变化量[5,6],即

测量是在极窄的波段内进行的.在这样窄的波段内,可以认为ελ及τλ均与波长无关;又由于本仪器的测量对象的ελ≈0.52~0.56,作为近似分析,也可以认为ελ与温度T无关,因此有.进而可将上式简化成:

如果将待测面的温度每变化1℃时,V(T)~T曲线的相对变化量定义为V(T)~T曲线的相对温度灵敏度S[6]r