ｒ复杂环境外来辐 射和物体状态 变化 的干扰 ， 高 了系统信 提
噪 比， 减小测温误差 ， 更精确 的得 到物体温度 。
收 稿 日期 ： ０ １０—０ ２ １ －３３ 。修订 日期 ：２ １ —７１ ０ １０ —０
基金项目 ：国家科技重大专项（０ １ Ｘ ４０ —０ ） ２ １Ｚ ０ ０ ２１ １ 资助
作者简介 ： 张玉存 ， ９ ９ １ ６ 年生 ， 燕山大学 电气工程学院副教授
＊通 讯 联 系 人 ｅｍａｌ ｉａ ｄ ｈｏ １ ６ ｃｒ － ｉ ｙ ｎ ｅ ａ＠ ２ ．ｏ ：ｑ ｎ
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第 １ 期 ２
基 于 近红 外 光谱 的 高精 度测 温 系统
张玉存 ，６ ０ ６０ ４
摘
要 日前红外测温方法难以消除复杂环境下外来 辐射 的干扰 ，导致测 温精度低 ，设计 了一种 高精 度 的
红外测温系统 。 系统提 出了由宽带滤光 片和三级干涉滤 光器结合 的滤光 方法 ，根据该方 法对高 温物体发 该
而元黑体来消除环境反射 辐射 和大气辐射 等辐射 量的影 响， 降低 了系统 的测温误差 。 德恒 等对仪 器工作波 长与波长 施 带宽进行 了优化设计 ， 而获得两个最优 的光谱 信息 ，使其 从
测温精度 和灵敏度满足实际需要［ 。以上方法都取 得了一定 ７ ｊ 的成果 ，但是在一些环境极其恶劣 的工作条件 下 ，比如在高
光片一部分透过分 光片进入 三级 干涉滤光 器 Ａ， 到中心波 得
长为 ，的窄带光 ，再经过 牛顿 双反射镜 和场 镜将 透射 光收 集到红外探测 器 １ 。另一部 分宽带光 由分光 片反射经 ｌ 级干 一
涉滤光器 Ｂ得 到中心波 长为 Ａ 窄带光 ，最后 收集 到红外 ｚ的
探测器 ２ 。然后将两个红外探测器探 测到 的不同波长 的单色
的近红外 光谱进行 滤光 。该系统能够充分 的抑 制高温物体周 围背景光和环境光源辐 射 ，同时保证 所需光谱 的通 过 ，降低
Ｈ ｇ １ Ｔｈ ｒ ｉ ｇ ｓ ｈ ｍａ ｉ ｉｇ ａ ｏ ． ｅ ｗｏ ｋ ｎ ｃ ｅ ｔ ｄ ａ ｒ ｍ ｆ ｃ
ｉ ｒ ｅ ｔｍ ｐｅ ａ ｕｒ ｅ ｓ ｅ ｎｔ ｎｆａｒｄ ｅ ｒ ｔ ｅｍ ａ ｕｒ ｍｅ
光信号转变成电信号 ，由数据采集 卡采集输入 到计算 机 ， 最 终计算并显示被测物体温度 。
温锻造过程 中，大型锻件表 面状态 （ 氧化 、剥离 、生锈等 ） 如
不断变化 ，高温锻件周围环境温度升 高，厂房 温度高 等都直 接影 响双色信号 的比值 ， 从而影响系统的测温精度ｌ１ｌ ８０。 ＿ 本文提 出了一种高精度 的红外测温 系统 。系统 采用双通 道结构通 过宽带滤 光片和三级 干涉滤光 器结合 ， 物体发 出 对
１２ 三 级 干 涉 滤 光 器 ．
经宽带滤光片可透过包括预测波长 的宽带 光 ， 宽带 光到达分
的影响并且抗干扰性强［ ］ 别适用 于测量 局部被 遮挡 或 ＝ ，特 ３ “ 无法充满测量视场的 目标温度ｌ 。 ５ 但是在一 些复杂环境 下测 ］
温精度还不能满足要求 。张 忠恒等 采用避 开“ 辐射 率修 正困 难” 的方法 ，弥补 了红 外测 温仪准 确度 不高 的缺 陷 ，可 以精 确测 出被测对象的温度 。 孙志远等在 目标 附近放置一个 超大
第３ 卷 ， １ 期 １ 第 ２
２０ｌ１ １２月 年
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｖ １ １Ｎ ．２ｐ３３— ４ ｏ ３ ， ｏ１ ，ｐ２６３ ０ ． ２
Ｄｅ ｅ ｂ ｒ ０ １ ｃ ｍ ｅ ，２ １
Ｓ ｅ ｔ ｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａ ｙ ｉ
１ １ 宽 带滤 光片 ．
光谱学与光谱分析
３ ３ ２７
滤光系统得到两个单色光谱 ，由红外探测器接受 转换成 电信 号得到两单色光谱的辐射功率 比， 将其代入测温 公式 即可求 出物体温度 。 单级干涉滤光片滤波 原理如 图 ２所示 ，当一束
宽带滤光片采用常用带通滤光 片 ， 带通滤光 片是让特 定
引 言
目前 双 波 长 红 外 测 温 技 术 广 泛 应 用 于 现 代 工 业 领 域Ｌ ］ 它受被测物体 比辐 射率 的影 响小 ，能排 除 中性介 质 １ ，
１ 红外双色测温 系统
该红外测温系统结构如 图 １ 所示 ，高温锻件辐射 发出的 红外 光谱 由聚光镜 收集 ，再经过 散光镜 将光 束变成 平行 光 ，
波长的光通过而让其他波 段的光反 射 （ 或衰 减） 的光学 元件 。 根据测温要求选用近红外光谱段 的工作 区域 ， 件材料一般 元 为 Ｋ９ 玻璃 、石英 玻 璃 等 ，中 心 波 长 为 ２１ ５ｎ ｌ ６ ｎ，带宽 为
（ ６ ±１ ０ ｉ 透过率＞９ 。 ２１ ５ ０ ）ｒ ｍ， Ｏ
出的近红外光谱进行滤光 ， 高温背 景光 和环境 干扰光滤掉 ，得到两个单 色光谱 ， 将 经红外探测器接收获得其
辐射功率 比， 通过计算得 出物体 温度 。该系统透过的单 色光谱带 宽仅有 ｌａ 将 透射光谱 以外 的背景光辐 ｍ， 射和环境光源辐射抑制达 ８ 数量级 ， 个 降低 了因被测对象 周 围环境 升温 引起 的测温 误差 ，提高测 温系统 的
精度 。 后通 过实验验证 了该测 温系统的可行性 ， 最 精度达 ０ ２ 。 ．
关键词 近红外光谱 ；红外探测器 ； 宽带滤光片 ；三级干涉滤 光器
中图分 类号 ： Ｎ２ ５ Ｔ １ 文献标识码 ：Ａ Ｄ ：１． ９ ４ｊｉ ｎ １０ —５ ３ ２ １ ）２３３ —５ ＯＩ ０ ３ ６／．ｓ ． ０ ００ ９ （０ １ １—２ ６０ ｓ