光学测温技术与物理原理分析

朱振一

【摘要】光学测温技术相比其他测温技术更具优势，表现在非接触测温、实时测温、測温无损等特性，在当今工业生产、军事等领域应用十分广泛.基于此，本文简单概述不同光学测温技术及其物理原理.

【关键词】光学测温技术;物理原理;红外;辐射

为了能够保障物质状态检测的精准性，必须明确物质温度.特别是工业飞速发展的今天，温度测量作为工业生产的重要一环，具有十分重要的地位.传统温度测试技术都是接触式检测方法，缺乏动态性、实时性，在实际应用中限制性因素较强.而光学测温技术则能够解决上述问题，具有非接触性、无损检测、实时性、迅速记录温度的优势，结合微电子、计算机、图像处理技术等，从而衍生出了多种光学测温技术，极大地提高了温度测试的精准度、稳定性、灵敏度，在多年发展中其应用也更加广泛.

一、光学测温技术与物理原理

（一）激光光谱测温技术及其物理原理

该项技术的物理原理是结合粒子数分布、温度相关的玻尔兹曼方程.其实现测温功能的方法有以下几点：（1）激光荧光光谱检测.将激光照射在检测物品上时，其分子会被激光发送到一个特定能级上，此能级会朝向有选择的低能级自发辐射产生光束，特定能级粒子数分布要求能够满足玻尔兹曼定律，只要将其分部数检测数来，即可根据定律标准得出最终温度，这样即可实现温度测量;（2）拉曼光谱.在不同温度基础上，其能级分布粒子形态、数量也不尽相同.两个能级之间的粒子跃迁会产生拉曼散射，测量两组散射光的强弱程度与比值，即可实现温度测量，并且比值会随着温度变化而变化;（3）相干反射托克斯拉曼光谱测温.在检测物品上照射出两个频率不同的激光，此时会生成四波混频非线性光学效应.在能够满足检测标准时，两束光会产生新频率的光，也就是相干反托克斯光.结合热平衡系统规律，特定温度能够对特定强度的托克斯光做出反应，所以只要能够明确光束强度，即可测量出温度.

（二）全息干涉测温技术及其物理原理

该项技术的原理在于“记录干涉、重现衍射”.应用最为广泛、成功的一项就是干涉计量层面.全息干涉测量物理原理为：在物体没有发生形变前，给物品拍摄一张全息图，并将图像放在原来记录时的位置上.确保记录光光路中所有的元件位置不变，采用原来参考光照全息图进行对比，此时会在物体位置产生物体形变虚像.在照射物体过程中，因为物体受热会产生形变，再加上物体光波、实际物体光波因为形变问题就会产生相位差，叠加产生出干涉条纹.干涉条纹对比可以得出物体形变大小，之后结合形变计算出温度，实现测量功能.

（三）CCD的三基色测温技术及其物理原理

该项技术主要是应用了CCD获取物体表面上的三色图像.并结合普朗克定律计算出R，G，B数值，需要事先掌握第一辐射常数、第二辐射常数、混色曲线表达式、温度、单色辐射率等.

不同物体具备不同的辐射光谱，并决定了物体自身辐射出来的色彩，通过标准色域进行对比即可得到最终测量数值.对物体测颜色系数进行测量，即可得到物体自身的辐射率以及温度系数，这样即可对温度展开测量.

（四）红外辐射测温技术

红外辐射测温技术是由于物体自身温度以电磁波形式向外发射能量的物理现象.在检测中，只需要保证物体温度在绝对零度之上，其表面就会散发出红外辐射，而散发的辐射值大小与物体自身温度有着直接关系，所以可以通过测量物体辐射量来确定物体温度.

在该项技术实际应用当中，需要结合光学系统成像技术，用于接收物品辐射系数，采用光电探测仪把辐射光信号转变成为电信号，此时信号会传递给处理电路，仪器计算之后即可在表盘上呈现出所测物体的实际温度.

二、光学温度计的物理结构

光学温度计的物理结构主要分为光学结构和电控结构.放大镜组成了光学系统，好比是一台望远镜.移动目镜可以看到光亮灯丝影响、被测对象影响，二者处于同一个平面上.这样即可进行灯丝亮度、被测物体亮度进行对比.如果所测物体较亮，灯丝会相对的变暗;反之，则灯丝成为一条亮线.对滑线电阻进行调整、改变灯丝亮度，让二者的亮度相同，此时灯丝影就会在平面上消失，此时的毫伏计指示温度就等于所测对象温度.

（一）光学系统

光学系统主要是目镜和物镜构成的望远系统，原理上测量距离要大于等于1 m，没有距离上限，视度调节范围在-5～5之间，所以物镜与目镜焦距调节范围分别在0～30 mm、-10～30之间，温度测量范围在700-1350℃之间.光学高温灯泡的位置在物镜成像部位，通过对目镜进行调节可以让贯彻着更加清晰地看到灯丝、物镜调节位置，这样即可让所测物体更加清晰地呈现.光学测温仪器中的目镜与观察孔具有能够调节的滤色片座，温度测量过程中可以把滤色片移入视场中，利用光谱的有效波长（650 nm），观察孔同时也能够观测被测物体和灯丝像，这样即可全程清晰的观测到灯丝隐灭过程.

（二）电控结构

电控结构内部主要包括可变电阻、高温计灯泡、电阻、按钮开关、磁电式直流表、干电池，并采用导线将其连接成为一个系统，通过可变电阻数值前后调节，让灯丝亮度、所测土体之间的亮度向均衡，测量电表为磁电式直流电压表，直接表示温度指示值，这样即可在刻度盘上直接测量物体亮度温度.

三、结束语

综上所述，光学测温仪在实际应用中相比其他测量技术更具优势，不同的光学测温技术具有不同的特点，所应用的领域也存在着差异.未来，随着科学技术不断发展，光学温度检测技术精度会进一步提高、减少物体发射率的负面影响、智能化测温，从而发挥更高的效益.

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