一种利用激光及热电器件的实时测温系统的测温精度

　　1　引　言

　　高温的测量方法可分为接触式测温法和非接触式测温法两大类[1]。就非接触式的辐射测温法而言,又可将其分为被动式辐射测温法[2,3]及主动 式辐射测温法[4~6]两种。在主动式辐射测温法中,由于使用了激光器或红外辐射源作为测量光源,因而都能实时、准确地测出被测目标的真实温度。

　　研究表明,在作者等人设计的使用钽酸锂热释电探测器作光电转换器件、利用InGaAs/I半导体激光器作测量光源的实时测温系统中,激光器的波 长(仪器的工作波长)和发射能量、仪器工作波长的带宽、选频放大电路的带宽、探测器的灵敏元面积、光学系统的相对孔径等参数以及系统的抗干扰能力等都能影 响系统的测温不确定度。因此,必须对这些参数进行最优设计。文献[7~9]已对仪器的最佳工作波长、波长带宽、最佳光源及其它技术参数(主要包括探测器的 选择、选频放大电路的带宽及光学系统的相对孔径等)进行了研究,本文则从干扰光(反射辐射)对测温不确定度的影响出发,通过对干扰辐射引起的系统的测温不 确定度的研究,对仪器的工作波长作进一步的优化设计,确定水冷遮蔽板的H/R之值,总结影响该测温系统测温精度的5种原因,并进行一些简要的讨论。

　　2　系统结构与测温原理

　　2·1　系统结构

　　图1为本文所采用的实用化实时测温系统的原理结构方框图,图2为该系统的同步光电转换系统、检测光电转换系统、监测光电转换系统及激光器的光路 图。仪器工作时,半导体激光器产生的连续激光束,由准直镜准直、扩束镜扩束、调制盘调制成脉冲激光束,再由分束镜分束后发射出去。一方面,检测接收镜头接 收到的光信号,经调制盘调制、滤波后,再经由钽酸锂热释电探测器(检测探测器)构成的光电转换系统转换成电信号,经前置放大、选频放大、脉宽压缩、模-数 转换后送入单片机系统;另一方面,经分束镜分出的一部分激光能量,经滤光后也由钽酸锂探测器(监测探测器)转变成电信号,用于标准化激光光源的发射能量。 透过调制盘(见图3)上镶嵌的同步滤光片的光信号,由钽酸锂探测器(同步探测器)构成的光电转换系统转换成电信号,经整形放大、软件延时后用于其它电路的 触发和同步。调制盘对入射光的调制情况是:

　　(1)当激光束透过3号滤光片(中心波长为2·00μm)到达待测目标表面时,1号滤光片(中心波长为2·00μm)透过激光和红外辐射的混合 光信号P2。此时,5号滤光片(中心波长为2·00μm,带宽为100nm)透过的红外辐射经由同步光电系统进行光电转换、整形放大,并经适当延时后用于 触发和同步各个器件以对P2及此时监测光电系统的输出P3进行处理;