多光谱辐射测温理论综述

　　1　引言

　　80年代以来,欧美等国竞相研究多光谱辐射测温技术,主要用以解决高温及超高温目标真实温度及热物性的动态测量。多光谱辐射测温法是利用多个光谱下的物体辐射亮度测量信息,经过数据处理得到物体的真实温度及光谱发射率,其研究内容主要包括多波长辐射温度计研制和多光谱辐射测温理论研究两大方面。关于多波长辐射温度计的研制近况此前已有文献论述[1],本文仅就多光谱辐射测温理论的研究近况做一综述,其中包括3种多光谱辐射测温法的数学模型的建立方法以及8种多波长辐射温度计的数据处理方法。

　　2　多光谱辐射测温法的数学模型

　　2·1　基于检定常数的数学模型[2]

　　如果多波长温度计有n个通道,用维恩公式来代替普朗克定律,则第i个通道的输出信号Vi可表示为

式中:Aλi是只与波长有关而与温度无关的检定常数,ε(λi,T)是温度T的目标光谱发射率。此种方法需要事先标定好各测量通道的检定常数,检定常数只与波长有关而与温度无关,并与该波长下探测器的光谱响应率、光学元件透过率、几何尺寸等因素有关。标定检定常数的过程较复杂,且检定常数的准确与否会直接影响目标真温和光谱发射率的计算结果。

　　2·2　基于亮度温度的数学模型[3]

　　如果多波长温度计有n个通道,则第i个通道测得的亮温Ti与目标真温T的关系为

　　此种方法需要事先标定好各测量通道的亮温方程,而亮温方程的标定过程不仅很费时间,而且又等于增加了一次误差积累过程,所以各测量通道亮温方程标定的准确与否也会直接影响目标真温和光谱发射率的计算结果。

　　2·3　基于参考温度的数学模型[4]

　　多波长温度计第i个通道的输出信号Vi如式(1)所示,在定点黑体参考温度T′下,第i个通道的输出信号V′i为

　　此种方法只需测得任一参考温度下各测量通道的输出即可,只要在测量过程中参考温度保持稳定,则不论其选为何值,都不会影响目标真温及光谱发射率的计算结果。由于此种建模方法简单,精度又高,所以是一种较实用的多光谱辐射测温法的数学模型建立方法。

　　3　多波长辐射温度计的数据处理方法

　　自多光谱辐射测温法诞生之日起,许多学者倾向于用最小二乘法对多波长辐射温度计的测量数据进行数据处理,这必须要假设发射率与波长之间的函数关系,其中常用的假设模型有:

　　当假设模型与实际情况相符时,通过计算得到的物体真实温度及光谱发射率与实际情况符合得很好;当二者不一致时,通过计算得到的物体真实温度及光谱发射率则与实际情况差别甚大。问题的关键在于对某种未知材料进行测量之前,并不知道此种材料的发射率与波长符合哪种函数关系,因此在对测量数据进行数据处理时,任何发射率与波长假设模型的选取都是盲目的,迄今为止还无法找到一种适合于所有材料的发射率与波长的假设模型,所以人们一直在探求一种能取消发射率与波长假设模型的新方法。