第36卷，第1期 2016年1月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
图像光谱技术实现精确测温
李耀，戴长建
天津理工大学理学院，天津300384
Vol.36,No.1-pp38-41
January,2016
摘要建立了一种以灰体辐射为基础测量温度的新方法，它不仅可以测定辐射体的实时温度，而且可以实现无接触和高精度测量。首先，利用多通道CCD图像光谱仪精确测量辐射体在较宽波段内的辐射光谱作为该辐射体的指纹光谱，将其定义为一个等效的灰体：其次，通过对所测光谱的拟合确定该辐射体的灰体辐射模型的系数，从而确定待测辐射体的灰体辐射模型：最后，通过光谱技术与灰体辐射模型的结合确定给定辐射体的任意温度。通过对无火焰和有火焰这两类热辐射体的实验检验，表明该测温方法具有实时、准确和无接触等优点。
关键词灰体辐射模型；CCD图像光谱；光谱测温技术：能级跃迁
中图分类号：0433.5
引言
文献标识码：A
DOI : 10, 3964 /j. issn. 1000-0593 (2016 )01-0038-04
致。因此，准确测量任意待测辐射体的温度，不仅需要首先获得其辐射光谱，还要进一步将其等效为灰体。为此，本节将先建立起灰体的辐射（GBR）模型，再描述如何从实验上确
众所周知，在温度测量领域，国际上采用的测温方法主
要有：参考温度法（单色测温法）、比色测温法（双色测温法)-3]、相干反斯托克斯拉曼散射光谱法[}]、激光诱导荧光法可、全息干涉测温法和剪切干涉测温法这六类。虽然它们的原理和方法各有不同，也具有一定的互补性，但都以假设待测辐射体是黑体为基础，然后再对其测量结果进行修正5」，其局限性是明显的，如：对被测辐射体的描述不一定准确，所测温度也只是测辐射体的光学温度3，而不是真实温度。这些缺陷不利于它们在现代工业（如：电站或炼钢锅炉3，101等)和航天事业(如：火箭尾翼温度等)等领域的应用。显然，要解决上述回就必须摆脱假设待测辐射体为黑体这一束缚。现实中，辐射体不可能是绝对黑体，基本上都是灰体。从原理上彻底还原辐射体的光谱属性，将其认定为灰体，直接获得其真实温度是一个重要技术间题
基于上述的物理思想，建立了以灰体为基础的测温方法，并分别对钨灯、蜡烛和酒精灯这三种辐射体上进行了实
验验证，取得了令人满意的结果 1实验部分
温度是表征热辐射的物理量，是由辐射体的能级跃迁所收稿日期：2014-11-11，修订日期：2015-02-25
基金项目：国家自然科学基金项目(11174218)资助
作者简介：李耀，1993年生，天津理工大学理学院本科生
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定待测辐射体的温度 1.1灰体的温度模型
若引人两个待定参数A和B，则可将黑体辐射公式扩展为适用于灰体的辐射公式，即
个
(1)
其中E三hhc/入为辐射的光子的能量，A和B都是表征灰体与黑体差别的常数。显然，式(1)中只要令A=B=1，便是熟知的黑体辐射公式。对于任何不同的得测辐射体，只要利用光谱仪测得其辐射光谱I～入，便可通过拟合式(1)得到4 与B的值，从而把辐射体等效成了灰体。由于不同的辐射体对应于不同的A和B，即具有不同的光谱特征，因此通过定
标确定其系数A和B就完全确定了其GBR温度模型。 1.2测温原理
由于式(1)中的分子部分为常数，仅与辐射光谱的强度
相关。为此，通过对所测辐射光谱的归一化，将式（1)中所有涉及强度定标的参数（如：光谱仪的灵敏度、辐射体的相对位置等)设为常数1，如式（2)所示
11 x，"等1
(2)
经过上述处理，GBR测温原理可以归结为如下两个步
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