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紅外探測(cè)器的測(cè)溫原理

2013年09月22日 15:21:48人氣:1075來(lái)源:上海蘇海電氣有限公司

  hbzhan內(nèi)容導(dǎo)讀:自二十世紀(jì)九十年代以來(lái),我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展迅速,電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大。電力設(shè)備是電網(wǎng)和變電站的核心設(shè)備,它的運(yùn)行狀況直接關(guān)系到系統(tǒng)的安全運(yùn)行。隨著電壓等級(jí)的提高,電力設(shè)備的負(fù)荷也越來(lái)越大,由于電力設(shè)備自身的造價(jià)都比較昂貴,因電力設(shè)備故障所帶來(lái)的事故,造成的損失往往也是巨大的。
  
  而設(shè)備運(yùn)行時(shí)所發(fā)出的紅外光譜的波長(zhǎng)范圍是5~14um,屬于遠(yuǎn)紅外光譜,這個(gè)波段內(nèi)的光所對(duì)應(yīng)的物體的溫度是介于0~500℃之間。溫度不是特別高,對(duì)儀器的損壞也不是特別大,因此,設(shè)計(jì)一種測(cè)量更準(zhǔn)確,采樣波長(zhǎng)介于此區(qū)間內(nèi)的非接觸式遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀來(lái)監(jiān)測(cè)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障,有著充分的必要性。
  
  紅外探測(cè)器一般由光學(xué)系統(tǒng)、敏感元件、前置放大器和信號(hào)調(diào)制器組成。光學(xué)系統(tǒng)是遠(yuǎn)紅外探測(cè)器的重要組成部分。根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為反射式光學(xué)系統(tǒng)的遠(yuǎn)紅外探測(cè)器和透射式光學(xué)系統(tǒng)的遠(yuǎn)紅外探測(cè)器兩種。
  
  對(duì)于反射式光學(xué)系統(tǒng)的紅外探測(cè)器的結(jié)構(gòu),它由凹面玻璃反射鏡組成,其表面鍍金、鋁和鎳鉻等紅外波段反射率很高的材料構(gòu)成反射式光學(xué)系統(tǒng)。為了減小像差或使用上的方便,常另加一片次鏡,使目標(biāo)輻射經(jīng)兩次反射聚集到敏感元件上,敏感元件與透鏡組合在一起,前置放大器接收熱電轉(zhuǎn)換后的電信號(hào),并對(duì)其進(jìn)行放大。
  
  紅外測(cè)溫的理論原理
  
  在自然界中,當(dāng)物體的溫度高于零度時(shí),由于它內(nèi)部熱運(yùn)動(dòng)的存在,就會(huì)不斷的向四周輻射電磁波,其中就包含了波段位于0.75μm~100μm的紅外線。他zui大的特點(diǎn)是在給定的溫度和波長(zhǎng)下,物體發(fā)射的輻射能有一個(gè)zui大值,這種物質(zhì)稱為黑體,并設(shè)定他的反射系數(shù)為1,其他的物質(zhì)反射系數(shù)小于1,稱為灰體,由于黑體的光譜輻射功率P(λT)與溫度T之間滿足普朗克定。說(shuō)明在溫度T下,波長(zhǎng)λ處單位面積上黑體的輻射功率為P(λT)。根據(jù)這個(gè)關(guān)系可以得到圖1的關(guān)系曲線,從圖中可以看出:
  
  1隨著溫度的升高,物體的輻射能量越強(qiáng)。這是紅外輻射理論的出發(fā)點(diǎn),也是單波段紅外測(cè)溫儀的設(shè)計(jì)依據(jù)。
  
  2隨著溫度升高,輻射峰值向短波方向移動(dòng)(向左),并且滿足維恩位移定理,峰值處的波長(zhǎng)與溫度T成反比,虛線為處峰值連線。這個(gè)公式告訴我們?yōu)槭裁锤邷販y(cè)溫儀多工作在短波處,低溫測(cè)溫儀多工作在長(zhǎng)波處。
  
  3輻射能量隨溫度的變化率,短波處比長(zhǎng)波處大,即短波處工作的測(cè)溫儀相對(duì)信噪比高(靈敏度高),抗干擾性強(qiáng),測(cè)溫儀應(yīng)盡量選擇工作在峰值波長(zhǎng)處,特別是低溫小目標(biāo)的情況下,這一點(diǎn)顯得尤為重要.
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