PDF《红外测温中检测强噪声下微弱信号的新途径》

仪器的测温目标温度 范围 为8# $ 9― . $ $ 9, 测温仪工作环境温度为%9― . $ 9/ 所以红外光学系统的透镜 (即菲涅耳透 镜) 选用塑料制成, 因为它的振转吸收带和晶格振动 吸收带正好在中红外波段, 而对远红外 ( $ ― ) $% 5) 光有较高的透射比, 透过率即透射比大于'

$ 7, 且 具有易成型、 价格低、 耐腐蚀的优点/ 本仪器中依照透射比和接收角的要求设计的菲 涅耳透镜, 为厚#5 5, 半径 )5

5 的球壳 (其外形 如图 所示) , 对. ― .%

5 红外线透射比达'

( 7, 使用焦距'

: #5 5, 并经过优选装配, 就可使 $, #$, $4, #增大, $ '

3 减小, 使红外系统的信噪比 第. &

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A J / 得以极大提高! 由测量结果知! # 比改进前提高了 $ % &

左右! 应该说明的是! # 的提高主要是由于采 用了球壳形菲涅耳透镜, 这一改进取消了原旧系统 中对外界进入探测器前的红外辐射的反射系统, 且 探测器前移, 从而有效地增大了视场, 增加了外界红 外辐射进入探测器的光通量, 同时也可使各种噪声 与外界红外辐射信号的相对值降低很多! 与改进前 相比! '

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, #( , ! 分别增大约$ % $ , ) '

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# 减小约* '

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! 图+ 红外光学系统菲涅耳透镜示意图 图$ 探测器的热回路 * 提高热探测器吸收红外辐射时温度 改变量! '

的途径 一般红外探测器最简单的热回路如图$所示% 探测器通过热导 (, 与周围环境发生热交换! 设周 围环境热容量为无限大, 且整个环境温度是一致的! 若探测器测量端比环境温度高 ! '

, 则探测器在单 位时 间内通过热导流向环境的热量流!)-(, ! '

, 探测器接收红外辐射时其温升公式为 # ) *+, . (! '

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, ( $ ) 通常投射到探测器的辐射是经过调制的, 投射到探 测器上的辐射功率)-) '

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为直流分 量, ) $ '

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,为交流分量, 所以温升为! '

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(与时间无 关的平均温升) 和! '

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(与时间有关的温度变化) 两 部分之和, 设#为热探测器的吸收比, 则!'

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! $ ! . , ( * ) 式中 %-2

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+, (, 为温升与辐射功率之间的相 位差, 而! ,- +, (, -+, /, 为探测器的热时间常数% 从($),(*)式知, 在目标源辐射功率一定的前提 下, 要使探测器有尽可能大的温度变化, 就应提高投 射到探测器上的辐射功率), 并使(, 尽可能小, $ '

尽可能的低, 使$ '

! , + , 在本文所述光学系统及探 测器系统中 (, 及! , 不变的条件下, 我们在

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型红外测温仪中取消了原探头中的机械调制, 经计算使) 提高了约$ '

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同时$ '

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增大了目标 在探测器上的辐射时间, 即增加了投射到接收窗口 的辐射能量, 同时满足了$ '

! , +的条件, 使探测 器的温度变化量得到了最大限度的提高! : 提高探测器输出信号电流的途径 测辐射热电偶是利用热能与电能相互转化的温 差电现象的原理制成的! 即当两种不同金属组成的 电路通导电流时, 接点会发热或冷却, 这种现象称为 珀尔帖效应! 其原因是两种材料接触时有接触电势, 热电流0流过接点总是在测量端吸收热量, 使测量 端温度降低, 从而降低了温差电势和回路中的测量 电流! 珀尔帖效应等效于一个阻抗1 . , 若参考端保 持在某一温度 '