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2 儀器結構與測溫原理
2·1 測量原理
如圖1所示,反射鏡與探測器對稱地置于待測表面法線的兩側。當反射鏡不起作用時,探測器接收到的輻射能P1為
式中:D為光瞳口徑,f′為光學接收系統(tǒng)的焦距,τ0為大氣的傳播系數(shù),A為探測器的靈敏元面積,η為調制盤的調制系數(shù),ελ為溫度為T的待測目標在波長λ處的發(fā)射率,Lλ為溫度為T的黑體在波長λ處的輻射出射度,τλ為光學系統(tǒng)對波長為λ的光的總透過率。
當反射鏡起作用時,反射鏡將紅外輻射反射回待測區(qū)域的單色輻射能為
并結合式(1)或式(2),即可求出待測表面的溫度。式(6)中,h為Planck常數(shù),k為Boltzmann常數(shù),c為光速。
2·2 儀器結構
該儀器主要由光學接收系統(tǒng)、號放大與處理系統(tǒng)及顯示系統(tǒng)三部分組成。工作時,接收鏡頭接收到的光號(P1、P2),經(jīng)窄帶干涉濾光片濾光后,再經(jīng)由PIN硅光電二極管構成的光電轉換系統(tǒng)轉換成電號。該號經(jīng)前置放大、選頻放大、脈寬壓縮、模-數(shù)轉換后送入8031單片機系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理,計算出待測表面的發(fā)射率及溫度。
電路中所需的各種觸發(fā)與同步號,均由同步光電系統(tǒng)產(chǎn)生:透過調制盤上鑲嵌的同步濾光片的光號,先經(jīng)光電轉換系統(tǒng)轉變成電號,再經(jīng)整形放大后送入8031單片機,適當延時后分別去觸發(fā)、同步各個需要觸發(fā)和同步的號。
調制盤的結構簡圖見圖2。其中1、2、4號窗口貼的是波長為0·80μm的窄帶干涉濾光片(帶寬20nm)。3號窗口貼的是波長為1·00μm的濾光片,帶寬約0·1μm(無嚴格要求)。5、6號窗口貼的是波長為1·00μm的濾光片(帶寬也無嚴格要求)。調制盤的轉速為1 200 r/min。
調制盤的具體調制情況如下:(1)當待測表面的光輻射透過3號窗口到達反射鏡、并由反射鏡反射后再次穿過3號濾光片回到待測區(qū)域時,1號窗口正對探測器。對于這種情況,反射鏡不起作用。這是因為透過3號濾光片后又回到待測區(qū)域的光的中心波長為1·00μm,帶寬約0·1μm。而1號窗口只能通過中心波長為0·80μm、帶寬僅20 nm的光,因此探測器接收到的僅是“直射”能(P1);此時,由5號窗口透過的光輻射形成觸發(fā)、同步號;(2)當待測表面的光輻射透過4號窗口到達反射鏡、并由反射鏡反射后再次穿過4號窗口回到待測區(qū)域時,2號窗口正對探測器。對于這種情況,反射鏡起作用。探測器接收到的是“直射”能與“反射”能之和(P2);此時,由6號窗口透過的光輻射形成觸發(fā)、同步號;(3)當待測表面的光輻射透過1號窗口到達反射鏡時,3號窗口正對探測器。情況與(1)類似,不同的只是探測器接收到的是波長為1·00μm的光輻射。后續(xù)電路雖對該號進行放大處理,但因模-數(shù)轉換電路沒有觸發(fā)號和同步號,因此不對其進行模-數(shù)轉換;(4)當待測表面的光輻射透過2號窗口到達反射鏡時,4號窗口正對探測器。情況與(3)類似,不同的只是探測器接收到的是波長為0·80μm的光輻射。后續(xù)電路雖對該號進行放大處理,但同樣因模-數(shù)轉換電路沒有觸發(fā)號和同步號,故不對其進行模-數(shù)轉換。
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