黑體紅外波段輻射亮度響應(yīng)的通用公式

崔雙龍，孫博君，孫曉剛

哈爾濱工業(yè)大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001

引 言

溫度是一個(gè)重要的物理參數(shù)。溫度測(cè)量一直是人們研究的熱點(diǎn)。紅外測(cè)溫技術(shù)是一種常用的光學(xué)測(cè)溫手段，具有響應(yīng)速度快、不破壞被測(cè)目標(biāo)溫度場(chǎng)等優(yōu)點(diǎn)。如何將探測(cè)器測(cè)得的能量更準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)化為被測(cè)目標(biāo)的真實(shí)溫度一直是一個(gè)重要的研究方向，存在著許多未解的問題，黑體輻射在某波段探測(cè)器上引起響應(yīng)的理論計(jì)算也是其中之一。

紅外測(cè)溫中，一直使用f(T)≈CTn模型來描述黑體波段輻射亮度響應(yīng)，該模型中n值的準(zhǔn)確性直接影響測(cè)溫結(jié)果的準(zhǔn)確性。對(duì)于不同的探測(cè)器，不同的波長(zhǎng)區(qū)間，不同的溫度范圍內(nèi)，有不同的C及n[1]。n值難以準(zhǔn)確獲取[2]，多數(shù)研究者都在使用Inagaki及Okamoto在1996年提出的三個(gè)擬合結(jié)果[3]，還不能很好的擴(kuò)展到任意波段的探測(cè)器。本文通過理論推導(dǎo)，提出了一種可以替代f(T)≈CTn模型的通用公式，通用公式與原模型f(T)≈CTn相比，最大的優(yōu)勢(shì)在于可以在任意波段內(nèi)，不需考慮溫度分區(qū)，直接計(jì)算求取黑體波段輻射亮度響應(yīng)f(T)，具有通用性。黑體波段輻射亮度響應(yīng)的通用公式進(jìn)一步完善了紅外測(cè)溫技術(shù)的基礎(chǔ)理論。

1 紅外測(cè)溫原理

紅外測(cè)溫中，探測(cè)器接收到的輻射能量包括三部分： 目標(biāo)自身發(fā)出的輻射，目標(biāo)反射環(huán)境的輻射和大氣輻射。測(cè)得的物體表面光譜輻射亮度為[4]

Lλ=τaλελLλ(Ts)+τaλρλLλ(Tu)+εaλLλ(Ta)

(1)

式(1)中，Lλ表示光譜輻射亮度，τaλ為光譜大氣透過率，ελ為被測(cè)目標(biāo)的光譜發(fā)射率，Ts為被測(cè)目標(biāo)表面溫度，ρλ為被測(cè)目標(biāo)的反射率，Tu為被測(cè)目標(biāo)周圍環(huán)境溫度，εaλ為大氣的光譜發(fā)射率，Ta為大氣溫度。……