部分輻射溫度及輻射源-文庫(kù)吧
2025-04-28 03:46 本頁(yè)面
【正文】 亮度和黑體在某一溫度同一波長(zhǎng)下的光譜輻亮度相等時(shí) ， 黑體溫度稱為發(fā)射體的 輻亮度溫度 。 ? 如果波長(zhǎng)在可見光譜范圍內(nèi)用人眼 (或具有人眼光譜光視效率響應(yīng)的探測(cè)器 )來判斷其間亮度相等時(shí) ， 則稱為 亮度溫度 (簡(jiǎn)稱亮溫 )。 ? 在波長(zhǎng) ?處 ， 溫度為 Tb的黑體輻亮度 L0(?, Tb)與溫度為 T的輻射物體輻亮度 L(?, T)相等 ， 則 Tb就是輻射物體的輻亮度溫度 。 00( , ) ( , ) ( , ) ( , )bL T T L T L T? ? ? ? ???若 c2/?T1， 用維恩近似公式 ， 有 若己知輻射體在選定波長(zhǎng)的發(fā)射率 ， 則由測(cè)得的輻亮度溫度 Tb可求出輻射體的真實(shí)溫度 T ?? 輻射測(cè)溫基本公式 由于待測(cè)輻射體的溫度是客觀的 ， 若取不同的測(cè)量波長(zhǎng)值 , 則輻亮度溫度值可能隨著改變 。 因此 , 工業(yè)光學(xué)高溫計(jì)常用中心波長(zhǎng)為 ?m的一個(gè)窄譜段來測(cè)溫 。 21 1 1l n [ ]( , )bT T c T?????)/e x p (),( 2510 TccTM ??? ?????????? ???????? ?bTccTccT????????251251 e x pe x p),((1) 測(cè)溫靈敏度 物理意義 ： c2/?T表示輻射體單位相對(duì)溫度變化引起相對(duì)輻亮度變化的比例 ， 表征了輻射測(cè)溫的靈敏度 。 (2) 真實(shí)溫度與輻亮度溫度 由于輻射體的發(fā)射率總小于 1， 故 T Tb， 即輻射體的實(shí)際溫度高于輻亮度溫度 。 對(duì)具有確定工作波長(zhǎng)的測(cè)溫儀 ， 可通過預(yù)先標(biāo)定的溫度修正表 ， 對(duì)測(cè)得的輻亮度溫度和輻射體的發(fā)射率進(jìn)行查表 ， 得到實(shí)際溫度的修正值 。 2200 2e x p ( / )d ( , ) d( , ) e x p ( / ) 1c c TLT TL T T T c T??? ??? ?0 20d ( , ) d( , )LT c TL T T T????(3) 環(huán)境輻射的影響 在測(cè)量中 ， 由于 ?(?,T) 1， 環(huán)境溫度輻射也作為一個(gè)輻射源在待測(cè)物體表面反射而進(jìn)入測(cè)量系統(tǒng) , 因此環(huán)境溫度的影響必須考慮 。 假定輻射體為朗伯源時(shí) ， 則 當(dāng)環(huán)境溫度 Ta=T時(shí) ， Ta=T=Tb， 即測(cè)得輻亮度溫度就是輻射體的真實(shí)溫度 ， 與其發(fā)射率無關(guān)；反之 ，當(dāng) Ta?T時(shí) ， 環(huán)境溫度對(duì) T的測(cè)量產(chǎn)生影響 。 ??越小 ，環(huán)境的影響就越大 。 ( , ) ( 1 ) ( , ) ( , )abL T L T L T??? ? ? ? ?? ? ? 輻射溫度 ? 輻射溫度是 在整個(gè)光輻射的譜段范圍內(nèi) 的輻亮度與某溫度黑體輻亮度相等時(shí)黑體的溫度，即 ，解之得 式中， ? (T)是材料的平均發(fā)射率。 ? 與輻亮度溫度相同，因?yàn)?? (T)總小于 1，故 T Tb。 ? (T)越接近 1， T和 Tb在數(shù)值上越接近。 44()bT T T? ? ??4/ ( )bT T T??今天的內(nèi)容 ? 輻射體的溫度 P39 ? 輻射源 P44 輻射源 P44 人工標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源 自然輻射源 人工輻射源 標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源 色溫變換及光譜能量分布特性的改變 人工標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源 ? 自然界中并不存在能夠在任何溫度下全部吸收所有波長(zhǎng)輻射的絕對(duì)黑體 ， 但用人工方法可制成盡可能接近絕對(duì)黑 體 的 輻 射 源 ， 也 稱 為 黑 體 模 型 器 (Blackbody simulator)。 ? 黑體按工作溫度大致分為三類： ? 高溫黑體 (溫度高于 1000K) ? 中溫黑體 (500?1000K) ? 低溫黑體 (10?500K) ? 腔型黑體輻射源 腔型黑體輻射源的輻射發(fā)射率非常接近 1。 ? 典型的腔型黑體輻射源結(jié)構(gòu)： ? 芯子材料： 1400K以上的黑體腔，選用石墨或陶瓷；1400K以下選用鉻鎳不銹鋼；低于 600K選用銅。 ? 加熱繞組常用鎳鉻絲線圈 ? 鉑電阻溫度計(jì)插入腔體測(cè)量腔體溫度，另一個(gè)溫度計(jì)插入芯子并接溫度控制器，來控制芯子的溫度。溫度控制的穩(wěn)定性決定了黑體的精度。 ? 主要包括： 黑體芯子、加熱繞組、測(cè)量腔體溫度的溫度計(jì)、測(cè)量芯子溫度的溫度計(jì)、溫度控制器 典型腔式結(jié)構(gòu)斷面示意圖 000[ 1 ( 1 ) ( / / )( 1 / ) /SSS S S S? ? ???? ? ? ? ? ??? ? ? ?L 2R L L L 2R 2R 2R 錐形腔 其中 , ?0和 S分別為腔內(nèi)壁的材料發(fā)射率和面積 (包括開孔面積 )；?S為開孔面積； ? ?為黑體開孔面積所對(duì)應(yīng)腔底的立體角。 柱形腔 球形腔 倒轉(zhuǎn)錐形腔 空腔的有效發(fā)射率 ?為 表征黑體性能參數(shù)的主要指標(biāo) 1) 發(fā)射率 2) 黑體輻射面的溫度均勻性 3) 輻射孔面積 4) 溫度范圍 5) 溫度控制精度 面型黑體源 extended source plate type black body ? 熱成像系統(tǒng)的校準(zhǔn)和紅外輻射計(jì)量需要采用大面積的面型黑體輻射源 。 ? 面型黑體源主要用于均勻性和系統(tǒng)響應(yīng)等的測(cè)量或標(biāo)定 ? 常采用面型差分黑體源 (Differential Blackbody) 作為熱成像系統(tǒng)信號(hào)響應(yīng)和性能測(cè)量的輻射源 。 面型差分黑體源 ? 黑體源采用高導(dǎo)熱性的材料制作面型黑體，并在其表面涂高輻射率的涂料 , 采用半導(dǎo)體帕爾帖效應(yīng)實(shí)現(xiàn)黑體溫度的控制； ? 靶標(biāo)采用高導(dǎo)熱性的金屬制作， 上面掏出靶標(biāo)形狀； 靶標(biāo) 靶標(biāo)支撐架 黑體源 靶標(biāo)溫度傳感器 ? 靶標(biāo)處于環(huán)境溫度中，通過靶標(biāo)溫度器測(cè)量靶標(biāo)溫度； ? 根據(jù)需要的溫差設(shè)置黑體溫度 . 靶標(biāo) 面型溫差黑體源 ? 測(cè)量靶標(biāo)可以有多種形狀或熱對(duì)比度等參量 ? 實(shí)際應(yīng)用中常將靶標(biāo)安置在靶標(biāo)輪上，實(shí)現(xiàn)多種靶標(biāo)的快速調(diào)整或選擇。 離軸 拋物面 黑體源及靶標(biāo)輪 折反鏡 紅外平行光管 離軸 拋物面 黑體源及 靶標(biāo)輪 折反鏡 黑體源 ? 在黑體源的實(shí)際應(yīng)用中，往往需要通過紅外平行光管將黑體目標(biāo) (即靶標(biāo)形狀的黑體輻射 )投射到無窮遠(yuǎn)。 ? 紅外平行光管一般采用離軸拋物面反射鏡。 ? 由于靶標(biāo)與環(huán)境溫度一致，所以環(huán)境溫度的波動(dòng)將
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