摘 要 随着社会及科技的不断发展，红外辐射温度测量技术的更新速度在加快，各类辐射测温计层出不穷，其在社会各领域中的应用也日益广泛。文章以红外辐射温度测量技术为中心，分别介绍其工作原理和几种常见的红外辐射测量仪器，进而简要分析其应用现状，以供参考。

　　关键词 红外辐射；温度测量仪；应用

　　中图分类号：TK311 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）15-0131-01

　　人类的眼睛被认为是早期的一种辐射测温计，它们能根据物体加热后的颜色或者是亮度，来估测其当时的温度。首个温度计是由M.Sweeny设计的（1828年），其构造可分为两部分，一部分是凹面镜，另一部分则为水银温度计。上世纪初期，在Kelvin、Wein等人根据热辐射规律，率先研发出了光电高温计。1931年，世界首批全辐射测温仪投入商业化使用中。1960年代末，红外探测器件、集成电路等快步发展起来，双色测温仪、扫描测温仪等得以出现。该时期，工农业生产中已正式应用红外辐射温度计。

　　1 测量原理

　　1.1 一般概念

　　通常而言，所有温度比绝对零度更高的物体，都会向外界辐射出能量（电磁波），物体的辐射能同时还涉及各种波长（波长为0.76-1000 μm，被称为红外光波）。红外光对温度较为敏感，很容易产生温度效应，这也是辐射测温技术所重视的地方。

　　1.2 基尔霍夫定律

　　根据该条定律：不管在哪种温度或波长状态下，每个腔体（热量均衡，不透明物质）的发射率（用ε表示）与它的吸收率（用α表示）完全相等，也就是ε=α。而能量守恒定律却提出α+r+t=1，这其中，α代表吸收率，r代表反射率，t则代表投射率，三者相加等于1。针对那种不透明材料，t=0，也就是α+r=1，以及ε=l-r，ε=α，根据上式可看出，物体表面的反射越高，则必定为弱发射体。

　　1.3 普朗克分布定律

　　根据普朗克分布定律，在多种温度环境下，黑体辐射能量有其相应的分布规律，其公式为：

　　上式中，Ebλ用来表示黑体的辐射出度；C1、C2分别表示第一和第二辐射常数，C1和C2的表达式分别如下：C1=3.7415×108W·cm-2·μm4；C2=1.43879×104μm4·K；λ代表波长（单位μm）；T则表示黑体的绝对温度（单位，K）。

　　如果温度上升，黑体辐射出度也会随之增高，其峰值波长则会顺着短波的方向迁移。普朗克分布定律充分说明了黑体温度、能量及其辐射波长三者间存在的关系，同时也被认为是单色辐射测温仪的工作原理。

　　1.4 斯蒂芬-玻尔兹曼定律

　　Eb=σT4

　　上式中，Eb代表黑体全辐射度，W/m2；σ代表斯蒂芬-玻尔兹曼常数，W/（m2·K）。该条定律提出，Eb和绝对温度的四次方成正相关，这也正是全辐射测温仪设计和测量的基础。

　　2 红外辐射测温技术及相关仪器

　　2.1 红外辐射测温仪的分类

　　从设计原理来看，红外测温仪主要包含亮度、全辐射和比色测温仪这三类。首先，全辐射测温主要是以总辐射功率为中心来测量其温度。如果目标尺寸要比视场更小，背景辐射能量则可能会影响测温仪的测量，降低其灵敏度，甚至出现误差；而物体的表面发射率对测温影响较大，精度偏低，测温范围通常也比较窄。其次，亮度测温仪，主要是将通滤光片运用到全辐射测温仪中，并根据辐射亮度（波长）来测量目标的温度。亮度测温仪无需通过环境温度进行补偿，几乎不受发射率的限制，其测量准确度较高，一般可用于高温测量。再者，比色测温仪，也就是根据2个波段的比值来测量其目标温度。如果被测目标相对较小，或者测量过程中有尘埃、烟雾现象，此时可选用双色测温仪。该种测量方法，对波段提出了较高的要求，且波动间的辐射吸收率不存在明显差距。

　　2.2 结构原理

　　红外探测器，属于红外测温仪的一种。它大体可分为热探测器和光子探测器这两个类别。红外光子探测器是根据硫化铅、碲镉汞等半导体材料入光后形成的光子效应，来改变材料的电学性质，而后根据电学性质的变化来确定红外辐射强度。光纤的日益普及，为红外技术在多种温度环境下测量创造了条件与可能。光纤红外温度计的结构与其他红外温度计基本相同，光纤只是一种传光媒介，传感器仍发挥着相应的调制作用。我们上述提到的2种红外测温技术，在少数点温度探测中较为适用。如要测量那些面积较大的温度场，则必须通过光机扫描、非扫描等成像系统予以实现。从性能方面看，后者要略胜于前者。非扫描成像系统的核心技术在于，探测器主要由单片集成电路组合而成，被测目标都被扫描在系统上，探测器把红外辐射能直接转变为电信号，并将其放大为标准的视频信号，然后通过监测器来呈现出与物体热分布场相匹配的红外热像图。

　　3 红外辐射温度测量技术的应用

　　红外辐射温度测量技术可用于测量运动物体和微量物体的温度，属于非接触式测温，其反应较为敏捷且一般不会对被测对象及其温度场造成破坏。从理论角度上看，该项技术并不存在任何测温上限，因而在工业部门及其他领域中得到了普遍应用。在国外，辐射温度计的使用比率高达2/3，热电偶与热电阻则占比1/3左右。以日本为例，根据该国钢铁协会所给出的调查数据，辐射温度计在日本在钢铁工业领域中的使用比率高达65%。相比之下，我国大多都在使用接触式测温仪，国外先进的辐射测温技术值得我们学习和借鉴。现阶段，我国测温仪市场中，大多是Raytek（美国）、Land（英国）等产品为主，自主研发的辐射测温仪少之又少。由此表明，我国自主研发仪器仪表的道路还很长。

　　4 结束语

　　从18世纪的水银温度计，到19世纪的光电高温计，再到20世纪出现的双色测温仪、扫描测温仪，红外辐射温度测量技术在数百年间取得了可观的进展，其在现代工农业生产各部门间的应用也越来越广泛。未来，我们应坚持走自主研发路线，在借鉴国外先进经验的同时，掌握核心期刊辐射测温仪的核心技术，使之适应国民经济的发展需求。

　　参考文献

　　[1]吴斌.热辐射温度测量技术研究[D].哈尔滨工程大学，2013.

　　[2]胡馨月.多谱辐射测温的温度分布反演技术研究[D].长春理工大学，2013.

　　[3]田裕鹏.红外辐射成像无损检测关键技术研究[D].南京航空航天大学，2013.

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