朱振一

【摘要】光學測溫技術相比其他測溫技術更具優(yōu)勢，表現(xiàn)在非接觸測溫、實時測溫、測溫無損等特性，在當今工業(yè)生產(chǎn)、軍事等領域應用十分廣泛.基于此，本文簡單概述不同光學測溫技術及其物理原理.

【關鍵詞】光學測溫技術;物理原理;紅外;輻射

為了能夠保障物質狀態(tài)檢測的精準性，必須明確物質溫度.特別是工業(yè)飛速發(fā)展的今天，溫度測量作為工業(yè)生產(chǎn)的重要一環(huán)，具有十分重要的地位.傳統(tǒng)溫度測試技術都是接觸式檢測方法，缺乏動態(tài)性、實時性，在實際應用中限制性因素較強.而光學測溫技術則能夠解決上述問題，具有非接觸性、無損檢測、實時性、迅速記錄溫度的優(yōu)勢，結合微電子、計算機、圖像處理技術等，從而衍生出了多種光學測溫技術，極大地提高了溫度測試的精準度、穩(wěn)定性、靈敏度，在多年發(fā)展中其應用也更加廣泛.

一、光學測溫技術與物理原理

（一）激光光譜測溫技術及其物理原理

該項技術的物理原理是結合粒子數(shù)分布、溫度相關的玻爾茲曼方程.其實現(xiàn)測溫功能的方法有以下幾點：（1）激光熒光光譜檢測.將激光照射在檢測物品上時，其分子會被激光發(fā)送到一個特定能級上，此能級會朝向有選擇的低能級自發(fā)輻射產(chǎn)生光束，特定能級粒子數(shù)分布要求能夠滿足玻爾茲曼定律，只要將其分部數(shù)檢測數(shù)來，即可根據(jù)定律標準得出最終溫度，這樣即可實現(xiàn)溫度測量;（2）拉曼光譜.在不同溫度基礎上，其能級分布粒子形態(tài)、數(shù)量也不盡相同.兩個能級之間的粒子躍遷會產(chǎn)生拉曼散射，測量兩組散射光的強弱程度與比值，即可實現(xiàn)溫度測量，并且比值會隨著溫度變化而變化;（3）相干反射托克斯拉曼光譜測溫.在檢測物品上照射出兩個頻率不同的激光，此時會生成四波混頻非線性光學效應.在能夠滿足檢測標準時，兩束光會產(chǎn)生新頻率的光，也就是相干反托克斯光.結合熱平衡系統(tǒng)規(guī)律，特定溫度能夠對特定強度的托克斯光做出反應，所以只要能夠明確光束強度，即可測量出溫度.

（二）全息干涉測溫技術及其物理原理

該項技術的原理在于“記錄干涉、重現(xiàn)衍射”.應用最為廣泛、成功的一項就是干涉計量層面.全息干涉測量物理原理為：在物體沒有發(fā)生形變前，給物品拍攝一張全息圖，并將圖像放在原來記錄時的位置上.確保記錄光光路中所有的元件位置不變，采用原來參考光照全息圖進行對比，此時會在物體位置產(chǎn)生物體形變虛像.在照射物體過程中，因為物體受熱會產(chǎn)生形變，再加上物體光波、實際物體光波因為形變問題就會產(chǎn)生相位差，疊加產(chǎn)生出干涉條紋.干涉條紋對比可以得出物體形變大小，之后結合形變計算出溫度，實現(xiàn)測量功能.

（三）CCD的三基色測溫技術及其物理原理

該項技術主要是應用了CCD獲取物體表面上的三色圖像.并結合普朗克定律計算出R，G，B數(shù)值，需要事先掌握第一輻射常數(shù)、第二輻射常數(shù)、混色曲線表達式、溫度、單色輻射率等.

不同物體具備不同的輻射光譜，并決定了物體自身輻射出來的色彩，通過標準色域進行對比即可得到最終測量數(shù)值.對物體測顏色系數(shù)進行測量，即可得到物體自身的輻射率以及溫度系數(shù)，這樣即可對溫度展開測量.

（四）紅外輻射測溫技術

紅外輻射測溫技術是由于物體自身溫度以電磁波形式向外發(fā)射能量的物理現(xiàn)象.在檢測中，只需要保證物體溫度在絕對零度之上，其表面就會散發(fā)出紅外輻射，而散發(fā)的輻射值大小與物體自身溫度有著直接關系，所以可以通過測量物體輻射量來確定物體溫度.

在該項技術實際應用當中，需要結合光學系統(tǒng)成像技術，用于接收物品輻射系數(shù)，采用光電探測儀把輻射光信號轉變成為電信號，此時信號會傳遞給處理電路，儀器計算之后即可在表盤上呈現(xiàn)出所測物體的實際溫度.

二、光學溫度計的物理結構

光學溫度計的物理結構主要分為光學結構和電控結構.放大鏡組成了光學系統(tǒng)，好比是一臺望遠鏡.移動目鏡可以看到光亮燈絲影響、被測對象影響，二者處于同一個平面上.這樣即可進行燈絲亮度、被測物體亮度進行對比.如果所測物體較亮，燈絲會相對的變暗;反之，則燈絲成為一條亮線.對滑線電阻進行調整、改變燈絲亮度，讓二者的亮度相同，此時燈絲影就會在平面上消失，此時的毫伏計指示溫度就等于所測對象溫度.

（一）光學系統(tǒng)

光學系統(tǒng)主要是目鏡和物鏡構成的望遠系統(tǒng)，原理上測量距離要大于等于1 m，沒有距離上限，視度調節(jié)范圍在-5～5之間，所以物鏡與目鏡焦距調節(jié)范圍分別在0～30 mm、-10～30之間，溫度測量范圍在700-1350℃之間.光學高溫燈泡的位置在物鏡成像部位，通過對目鏡進行調節(jié)可以讓貫徹著更加清晰地看到燈絲、物鏡調節(jié)位置，這樣即可讓所測物體更加清晰地呈現(xiàn).光學測溫儀器中的目鏡與觀察孔具有能夠調節(jié)的濾色片座，溫度測量過程中可以把濾色片移入視場中，利用光譜的有效波長（650 nm），觀察孔同時也能夠觀測被測物體和燈絲像，這樣即可全程清晰的觀測到燈絲隱滅過程.

（二）電控結構

電控結構內部主要包括可變電阻、高溫計燈泡、電阻、按鈕開關、磁電式直流表、干電池，并采用導線將其連接成為一個系統(tǒng)，通過可變電阻數(shù)值前后調節(jié)，讓燈絲亮度、所測土體之間的亮度向均衡，測量電表為磁電式直流電壓表，直接表示溫度指示值，這樣即可在刻度盤上直接測量物體亮度溫度.

三、結束語

綜上所述，光學測溫儀在實際應用中相比其他測量技術更具優(yōu)勢，不同的光學測溫技術具有不同的特點，所應用的領域也存在著差異.未來，隨著科學技術不斷發(fā)展，光學溫度檢測技術精度會進一步提高、減少物體發(fā)射率的負面影響、智能化測溫，從而發(fā)揮更高的效益.

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