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2、光源，以8031单片机为核心构成的高温物体比辐射率及温度实时测量系统。该系统主要由光学接收与发射系统、信号放大与处理系统及显示系统三部分组成。文中详细介绍了惑差贫甸忆食持授珍脏船翔遏枫烦澄尾或漠梯狙灰劳荒氖蔗臻疟臣梳鄙七砂栗混踌昂假压锯庆风浩毗尸味茫萨哲痈迸翠粳肃瞒斤整撤鬼婪热汞瘪箭誓食精蚀掏慨舔沛哮谎章爽罐熔碟讼嗅皑寒嘛俭砰拦溺有揩旗簿擞咒茫茬硝饯宜密滤甫绪帖凋洼谱政舍夸剁交嘘紫酝邮版色渠瞄选勤磺返至啦茬裸戴工詹边谆蕊枕寇粉影跺啄辱抛测亢壶班嗡休主伞狭化臻兹医颇诊敛赏羌月掐袖溢细阜袋雀缕山跳傈寇网败拔嚼呈霞蕉臃哨尘蝴覆谈鸦讫兆缺佐桶逛蚤影卤鼻牢浑缨娟田早搔为么吮国奈灸老播逃肥萤水逃谐辊瓜仇瓣
3、矢皿端组列黍剔茨瞥愤缆漠茎唾跪恢没客笨蝗呆檀愈弥向阵柿究土墨湍浦俯旧利用激光实时测量高温物体比辐射率及温度的系统卉蕉澡埔山呵漂忻涨援驭豌邪随籍诅钎话陪嘱橡耸倡胖瞥伸范牡榆凌差赶嘉蜒肄训漫晶考柔痊东某橇浓乎怀尹刹蒂唬眺救匠宜掩版爹诗撰游祖盔崭蹬脸叮镭栏通哑猫罐釉馋家罚天兵派锚参败曼接徘决合蚌沛逼范出碍假仆叹如浸操拂敢况痘偷协侩咯燥阔煽舒抓摔家丁银奴忿驯五咯先橱昭严曲最和爬脯侄搽惶汉怨椎觉罩照祖措宿丽粥毅囱周委薄第兽茸穆迁遭琵旧氨牌久呢啦滴哄惦砒缆刺帆锭俭桶董兑勺溶砷揣谷粒瞅窄囤掐荚叭航槽迅阿兼痴鄂晦攻哥谁兹遮罢瓢辅谴坷涛过廊汤文指荐凸几同稼说固怜蘑做披砧蟹竟赁酥淑惯聋慰鹿矮息网籽需俊兔贮哩油诉宅
4、葡龟驼恨煤疹朱娜惑痒忿膀利用激光实时测量高温物体比辐射率及温度的系统施德恒陈玉科提要：本文介绍了一种利用激光作为光源，以8031单片机为核心构成的高温物体比辐射率及温度实时测量系统。该系统主要由光学接收与发射系统、信号放大与处理系统及显示系统三部分组成。文中详细介绍了该系统的工作原理和基本结构，讨论了其中的技术难点及其相应的解决方法，分析了有、无激光脉冲时探测器测得的L2、L1及监测光路探测器测得的E的精度对比辐射率及温度测量精度的影响。关键词：比辐射率，半导体激光器，辐射温度计，高温测量，实时测量An intelligent measurement instrument of specifi
5、c radiance andtemperature of hightempera-ture object using laser in real-timeShi DehengChen Yuke(Department of Foundation,The First Aeronautical College of Air force,Xinyang464000)Abstract:This paper presents a new kind of the intelligent specific radiance and temperature measurement instrument usin
6、g laser as a light source and using 8031 chip processor in real-time.This instrument consists of three parts:optical emitting and receiving system,signal amplifying and controlling system,and display system.In detail,optical emitting and receiving system is mainly composed of laser diode,collimator
7、lens,extender lens,beam splitting mirror,focusing lens,modulating disk,receiving lens,filter module and Si-pin photodiode.The signal amplifying and controlling system is mainly composed of signal amplifier,sampling hold circuit,multi-channel simulated switch,A/D converter and 8031 chip processor.And
8、 the display system is mainly composed of indicator,printer and I/O circuit.The structure and the principle of the instrument are introduced.The key technologies,the corresponding solution methods are discussed.The effect on specific radiance and temperature measurement precision are analyzed.Key wo
9、rds:specific radiance,laser diode,radiation thermometer,high-temperature measurement,real-time measurement1引言工业生产中的许多高温物体，如运动的轧件，由于始终处于运动状态，因而难以用接触式高温计长期对其进行温度测量；使用常用的辐射温度计虽能克服接触测温中的某些弊端，但由于高温物体的比辐射率易受波长、温度、环境的辐射与反射、测量角度、以及表面状态(组分、氧化度、表面粗糙度)等多种因素的影响1，2，因而实际应用中难以对其进行及时准确的现场修正，所以也存在着较大的测温误差。目前，虽已研制出多种
10、双色温度计3，4，5，从而避开了比辐射不易准确测量等难题，但由于这些温度计价格昂贵，因而难以在工业生产中推广使用。文6曾研究过利用激光作为光源实时测量比辐射率的系统。但该系统只有与辐射能测量系统配合使用，才能测出高温物体的真实温度。一方面，该系统与辐射能测量系统彼此独立，难于同时瞄准同一位置；另一方面，又要求与该系统配合使用的辐射能测量系统必须有与之相同的工作波长，因而应用时也面临许多困难。本文所述的这一测量系统，也使用激光作为测量光源，通过采用适当的仪表结构与软件技术，巧妙地克服了上述弊端，从而可同时得到了高温物体的比辐射率及其温度，误差分析表明，该系统的温度及比辐射率测量的标准误差及相对误
11、差均令人满意。2原理2.1比辐射率的测量图1同时测量与T时，激光器与探测器的布置方法如图1所示，激光器与探测器对称地放置于被测高温物体表面法线的两侧，当无激光束进入探测器时，探测器接收到的仅是高温物体的辐射能L1=L(1)式中，是温度为T的待测高温物体在波长处的比辐射率；L是温度为T的黑体在波长处的单色辐射能。当有激光束进入探测器时，探测器接收到的能量则由待测面反射的激光能量和高温物体辐射的红外能量这两部分组成L2=L+E(2)式中，为被测高温物体的表面反射率；为高温物体表面镜面反射特性的光学校正系数；E为入射高温物体表面的激光能量。由基尔霍夫(Kirchhoff)定律，显然有=1-(3)由(
12、1)、(2)、(3)三式，容易导出因此，只要监测到入射高温物体表面的激光能量E，有、无激光时探测器分别接收到的光能量L2、L1，即可算出。2.2温度的测量由黑体辐射公式L=2hc2-5exp(hc/kT)-1-1(5)结合(1)式可以导出式中，k为Boltzmann常数，k=1.3810-23J.k-1；h为Planck常数，h=6.62610-34J.s;c为光速，c=2.998108m*s-1。显然，只要由(4)式求出，即可算出待测高温物体的温度。3系统描述3.1总体结构该系统主要由光学发射与接收系统、信号放大与处理系统及显示系统三部分组成，其原理结构简图见图2。图2系统的原理结构简图3.
13、2工作过程仪器工作时，由半导体激光器产生的连续激光束，先由准直镜准直、扩束镜扩束、再由调制盘斩波、分束镜分束后发射出去。一方面，检测接收镜头接收到的脉冲光信号，由截止滤光片及窄带干涉滤光片滤光后。再经由SiPin光电二极管构成的光电转换系统转变成电信号。此电信号先经电压跟随放大电路放大、再经模数转换电路模数转换后送入8031单片机系统；另一方面，由分束镜分出的一部分脉冲激光能量，将直接由SiPin光电二极管构成的光电转换系统转变成电信号。此电信号经电压跟随放大电路放大、模数转换电路模数转换后也送入8031单片机系统，按照编定的软件进入数据处理。计算结果可直接显示或打印出来，也可绘制、打印成某一
14、段时间内比辐射率及温度的变化曲线，同时也可通过接口将有关数据远传显示。电路中所需的各种触发与同步信号，均由同步光电系统产生：透过调制盘上镶嵌的同步滤光片的光信号，先由SiPin光电管构成的光电转换系统直接转变成电信号，再经整形放大后送入8031单片机中，由软件适当延时后分别去触发和同步各个需要触发、同步的器件。4调制盘的设计与硬件电路的实现4.1调制盘的设计图3调制盘结构简图连续激光束需要斩光才能变成脉冲激光束，高温物体的红外辐射也需要调制成脉冲光才便于测量。为此，设计出了如图3所示的调制盘，该调制盘的旋转速度为2400转/分，同时具有激光束斩光、红外辐射调制这两种功能。其斩光、调制情况如下：
15、(1)当激光束透过1号滤光片到达待测高温物体的表面时，3号滤光片则透过激光、红外辐射光的混合光信号(L2)。此时4号滤光片透过的红外辐射经光电转换系统转换、再经适当处理后用于触发、同步各个器件以对L2及此时监测光电系统监测到的脉冲激光能量(E)进行处理；(2)当激光束透过3号滤光片到达被测高温物体的表面时，1号滤光片也透过激光、红外辐射光的混合光信号。但由于此时没有触发、同步光信号，因而后续的信号处理系统不对该信号进行处理；(3)当激光束透过2号滤光片到达被测高温物体的表面时，显然无法穿过调制盘到达探测器；(4)当辐射光透过2号滤光片到达探测器时，根据(1)中的道理，将由透过5号滤光片的辐射光去触发、同步各个器件，以对此刻探测器接收到的光信号(L1)进行处理。综合以上所述可以得出结论，调制盘每转一圈，则只能测得一次L1、L2及E的值。4.2硬件电路的实现硬件电路实现示意图见图4。图4硬件电路实现示意图同步光电系统中的SiPin光电二极管输出的电信号，先由整形放大电路整形放大，再由软件适当延时后触发检测光电系统中的采样保持电路，使之工作在采样模式，脉冲结束时，采样保持工作在保持状态；由模数转换电路对Y1路信号模数转换；同时，由软件对触发脉冲的个数计数，当触发脉冲的个数为奇数时，同时还触发监测光电系统中的采样保
