光学测温技术与物理原理分析

涂全一

摘 要：光学测温技术是一种非接触式样的测温技术形式，具有实时性良好、无损害的特点，在社会发展的多个领域中有着十分广泛的应用。从光学测温技术的应用情况和基本载体（光学测温计）上来看，这项技术的使用依赖物理原理。为了能够引导人们更好的应用这项技术形式，文章就光学测温技术的物理原理展开探究。

关键词：光学测温计;光学测温技术;物理原理

温度是确定物质基本状态的重要参数之一，在社会发展的多个领域中起着十分重要的作用，特别是在航空航天、材料检测、冶金、能源管理等领域发挥着十分重要的地位和作用。从传统温度测量发展实际情况来看，温度测量的动态性、时效性较差，且应用范围局限性也很大。在科技的发展支持下出现了光学测温技术，这类技术和以往的温度测量技术相比具有检测无伤害、实时性强、非接触测量的优势。为此，文章从该技术应用的物理角度来就光学测温技术的应用展开探究。

一、光学测温仪计

光学测温计在使用的时候需要是应用亮度均衡法来进行温度的测量，通过亮度均衡法来将温度成像在高温计灯泡灯丝平面上。之后光学系统在一定范围内会比较灯丝和被检测物体的表面团亮度，之后通过调节滑线电阻来调节流过灯丝的电流、亮度，实现灯丝亮度和被检测物体亮度的均衡，从而帮助相关人员更为直接、具体的了解被检测物体表面的亮度和温度。

光学测温仪的结构分为光学系统和电控系统两种。第一，光学系统。光学系统由物镜和目镜共同组成，是一个具备远观能力的系统，系统的测量距离范围在1m到无线距离之间，温度的测量控制范围在700到1350摄氏度之间，镜面之间的焦距调节范围在0/-10mm-30mm之间。第二，电控系统。电控系统主要由高温计灯泡、可变电阻、按钮开关、电阻、磁电式直流电表及干电池等零部件共同组成，通过这种组成能够有效调节变电阻使灯丝亮度与被测物体的亮度相均衡，进而可以帮助人们从高温计的刻度盘上直接读取被测物的亮度温度。

二、激光光谱测温技术

激光光谱测温技术的应用原理是和粒子数分布以及和温度相关的波尔茨曼方程，具体实践操作包含以下几个部分：第一，激光荧光光谱测温。在激光照射在实验中需要检测物品上的时候，物品上的分子会被激发到一个指定的能级上，在这个能级上会向有选择的低能级自动发射光谱。物品上的分子分布情况如果符合波尔茨曼定律要求，只要测出它的分布数就能够计算出温度。第二，喇曼光谱测温。在不同温度下能级上存在的粒子数是不同的，且不同的粒子在不同能级之间会出现喇曼散射。在这种情况下通过测量散射光度强弱和比值就能够实现对温度的测量。

三、全息干涉测温技术

全息技术的应用原理是干涉记录、影像再现， 也是当前应用最为成功的技术形式之一。这类技术的应用原理是在物体没有出现变形之前拍摄一张全息图，将这类全息图放置在原本信息记录的位置上，同时确保记录光光路中的其他元件位置不会出现较大的变化。在调整位置之后应用之前的参考光照明全息图，发现能够再现出物体的虚像。在对物体持续照射的过程中物体受热之后会出现形变现象，再现物体和实际物体的光波因为变形会出现相位差，伴随出现干涉条纹，借助这种干涉条纹能够确定物体的最终形变大小，实现对物体温度的测量。

四、基于CCD的三基测温技术

借助CCD技术获取物体表面的R、G、B三色图像，在遵循普朗克定律的情况下根据分布色的系数方程对三色图像数值进行计算。

在（1）c1是第一辐射常数;c2是第二辐射常数;r 、g 和b 是R、C、B数值的混色曲线表达式 的波长，T是温度 的单色辐射率。根据上文描述的公式可以发现，物体因为自身辐射所体现出来的色彩深受物体辐射光谱的影响，通过测量物体的颜色系数能够计算出相应的方程组，求解出辐射率和物体的温度。

五、红外辐射测温技术

（一）基本理论

从物理学角度来看，热辐射是物体以电磁波的形式来向外界发射能量的物理现象。在一般情况下，物体的温度如果超过绝对零度，那么它的温度和自身所具备的辐射能存在密切的关联，因而通过采取物理措施测量物体的辐射量就能了解物体的温度信息。红外辐射测温技术应用涉及到的理论包含以下几种：第一，普朗克黑体辐射定律。一个绝对温度是T的黑体，单位表面积在波长 周围，在单位波长间隔内可以向整个半球空间发射的辐射 功率为Mb，和波长 、温度满足的关系如（2）所示。第二，斯蒂芬波尔茨曼定律。这类定律在使用的过程中体现了黑体单位表面积向整个半球空间发射所有波长总辐射率M会随着温度T的变化规律。第三，朗伯余弦定律。普朗克定律在應用的过程中阐述了物体沿着半球方向敷设总体能量，并向人们明确了各个方向辐射能的分布情况。结合这条定律，黑体在任何方向上的辐射强度和总体观测方向相对于辐射表面的夹角来讲呈现出一种正比关系。第四，黑体辐射分布函数。黑体辐射分布函数Fb（0- ）代表了在这个波长范围内黑体发射出辐射能在总体辐射能中所占据的份额，具体的素质可以从普朗克函数表中查明。

（二）分析计算

六、结束语

综上所述，文章在阐述光学测量仪应用原理的基础上，从物理学的角度就分析了几种常见的光学测温技术，从实际应用情况来看，这种类型测温技术的应用领域不同，但是在使用的过程中都具备不直接接触、动态范围大的特点，和传统接触式的温度测量相比显示出强大的优势。为此，结合不同温度测量要求和测量条件需要相关人员选择相应的光学测温技术，从而更好的发挥出这项技术在人们实际生活中的作用。

参考文献：

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