一种多光谱测温仪的研制及原位发射率模型的建立

无论是在冶金、建材、机械、化工、能源等领域，还是在强化学浸蚀和强热震性的各种恶劣高温环境中，瞬态温度的准确测量对提高产品的优质率和劳动生产效率及降低能耗等方面都有重要意义。.本项目包括四方面的研究内容：一是采用一种特别设计的调制盘对待测目标的红外辐射进行窄波段滤光、使用三只宽光谱响应的光电探测器研制出一台工作波长为0.8-5.0μm、能准确测量400K以上待测目标的温度和发射率的实验装置；二是研究工业环境对其稳定性、灵敏度及温度测量精度的影响，选择适合于工业现场的抗干扰方法，研制出一台测温范围在400-5000K、测温精度优于0.2%的工业样机；三是使用该样机原位测量多种波长下钢、铁等工业材料的发射率，研究这些材料的发射率随温度、波长变化的规律，并拟合出相应的解析关系；四是研究钢、铁、铝等材料表面氧化层对测温精度的影响，探究待测目标的红外辐射特性及发射率随波长、温度变化的物理本源。

采用一种特别设计的调制盘对待测目标的红外辐射进行窄波段滤光、使用三只宽光谱响应的光电探测器研制出了一台工作波长为0.8-5.0μm、能准确测量400K 以上待测目标的温度和发射率的实验装置。利用这一实验装置，研究了工业环境对其稳定性、灵敏度及温度测量精度的影响，选择了适合于工业现场的抗干扰方法，研制出了一台测温范围在400K以上、测温精度优于0.2%的工业样机；使用该样机测量了钢、铁等工业材料的发射率，研究了这些材料的发射率随温度、波长变化的规律，并拟合出了相应的解析关系；同时还研究了钢、铁、铝等材料的表面氧化层对测温精度的影响，探究了待测目标的红外辐射特性及发射率随波长、温度变化的物理本源。项目组开展了一系列的实验研究，得到了一些有价值的结果，主要包括以下四个方面的内容：.(1)以基尔霍夫定律为基础，采用一种特别设计的调制盘对来自待测目标的红外辐射进行窄波段滤光、使用三只宽光谱响应的光电探测器作光接收器件以实现宽光谱接收，研制出了一台工作波长在0.8-5.0μm 内、能准确测量400K 以上待测目标的温度和发射率的实验装置；.(2) 研究了工业环境对实验装置的稳定性、灵敏度及测量精度的影响，选择了适合于工业现场的抗干扰方法，研制出了一台重复性高、稳定性好、工作于0.8-5.0μm波长范围内、测温精度优于0.2%、能够准确测量400 K 以上待测目标的温度和发射率的工业样机；.(3) 利用工业样机测量了钢、铁、铝等几种常见工业材料在各种温度及波长点处的发射率。研究了某一温度下发射率随波长变化的关系，弄清了钢、铁、铝等几种工业材料的发射率随波长变化的规律；探究了某一确定波长点处这几种材料的发射率随温度变化的特性，总结出了发射率随温度变化的特点；通过建立数学模型，还拟合出了发射率随温度、波长变化的解析函数；.(4)利用建立起的真空测量系统和本项目研制出的发射率实验装置，通过控制氧化速度，在实验室中模拟了工业测量过程，研究了在各种温度及波长点处钢、铁等材料表面氧化层的厚度对温度测量精度的影响；探究了发射率随温度、波长变化的物理本源，弄清了钢、铁等几种常见工业材料的红外辐射特性。.另外，利用本项目的资助经费，还开展了在应用光学和光电子学领域有重要应用价值的双原子分子电子光谱的研究工作。. 执行本项目期间，在SCI源期刊上共发表了16篇论文。