用光谱技术进行精确测温

天津理工大学2015届本科毕业论文天津理工大学本科毕业设计（论文）选题审批表届：2015 学院（系）：理学院 专业：应用物理 2014年 11 月 15 日学生姓名李耀学号20113570指导教师戴长建职称教授所选题目用光谱技术进行精确测温题目来源科学技术选题理由：在温度测量领域，国际上目前常用的测温方法主要有：参考温度法、比色测温法、激光诱导荧光法和全息干涉测温法和剪切干涉测温法等。虽然它们的原理和方法各有不同，且具有一定的互补性，但却都以假设待测辐射体为黑体为基础，然后再对其测量结果进行修正。上述测温方法的局限性是明显的，如：对被测辐射体的描述不准确，所给温度是被测辐射体光学温度，而不是真实（实时）温度。显然，要解决上述问题，就必须摆脱假设待测辐射体为黑体这一束缚。本次论文旨在建立了以灰体为基础的测温方法，寻找到灰体与黑体辐射类似的辐射规律，并用具体公式表达。此次论文将用到量子力学、光电子技术、电动力学和光谱学等多科专业课程。签字： 年 月 日指导教师意见院（系）专家组意见教研室（研究所）意见签字：年 月 日签字：年 月 日签字：年 月 日注：（1）“选题理由”由拟题人填写。（2）本表一式二份，一份院系留存，一份发给学生，最后装订在毕业设计说明书（毕业论文）中。天 津 理 工 大 学 本科毕业论文任务书 题目：用光谱技术进行精确测温 学生姓名 李耀 届 2015 学院（系） 理学院 专业 应用物理 指导教师 戴长建 职称 教授 下达任务日期 2015.01.08 天津理工大学教务处制 一、 毕业论文内容及要求1、研究意义 现有的温度测量虽然方法各有不同，但却都以假设待测辐射体为黑体为基础。显然，要解决上述问题，就必须摆脱先假设待测辐射体为黑体这一束缚。从测量技术角度，将首次使用多通道图像光谱仪对待测辐射体的光谱进行高灵敏、高分辨的快速测量。然后，通过线下的数据分析和拟合过程确定燃烧的温度，期望能对测温、燃烧等领域提供有价值的信息。 2、研究内容通过对钨丝灯、蜡烛以及酒精灯的燃烧光谱的测量和研究，得到相关原子、分子的物理特性和物质结构等方面的微观信息。通过分析其燃烧的特征光谱及其随温度的变化规律，快速而准确地确定不同待测辐射体的温度。 3、对学生的要求要求学生端正思想，明确实验目的；希望学生认真刻苦，灵活运用所学过的有关量子力学、光电子技术、电动力学和光谱学等专业课程。掌握与光谱学与光谱技术相关的实验技能；自觉主动地查阅和学习相关的参考资料和文献，主动和指导教师沟通信息，及时汇报研究过程的进展或遇到的问题；写出和合格的毕业论文。二、毕业论文的进度计划及检查情况记录表 序号起止日期计划完成内容实际完成内容检查日期检查人签名12014.11.062015.02.20开题准备，查阅相关资料和文献22015.02.202015.03.05对本题目做深入调研，阅读相关文献并写出开题报告。32015.03.052015.03.25学习燃烧光谱的测量原理并作实验设备的调试和优化42015.03.252015.04.20完成多种辐射体的辐射光谱的实验采集,进行中期检查62015.04.202015.04.30通过数据处理和理论分析，对测温结果进行对比和总结72015.04.302015.05.26完成毕业论文82015.05.262015.06.10准备答辩注：（1）表中“实际完成内容”、“检查人签名”栏目要求用笔填写，其余各项均要求打印。 （2）毕业设计（论文）任务书一式二份，一份学院系留存，一份发给学生，任务完成后装订在毕业设计说明书（毕业论文）内。天津理工大学本科毕业设计开题报告届:2015 学院:理学院 专业:应用物理学 2015年 03 月 11 日毕业设计（论文）题目用光谱技术进行精确测温学生姓名李耀学号20113570指导教师戴长建职称教授一、课题意义 1. 可以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。2. 在现实中，辐射体不可能是绝对黑体，却基本上都是灰体。若能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具有很大的实际意义的。3. 可以使非接触式测温摆脱黑体辐射定律的束缚，使得测温更加准确和简捷。4. 可以更加准确的描述灰体的光谱特性，使认识物质内部的能级跃迁得到更加充分的认识。5. 对恶劣的环境和需要非接触测温等领域提供可以依赖的测温方法，使非接触测温领域完全摆脱对黑体的依赖，使灰体得到更加准确的描述。6. 可以让工业、航天器和外太空的测温有了保证更加准确的技术保证。二、 国内外发展现状 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)、相干反斯托克斯拉曼散色光谱法、激光诱导荧光法、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。上述测温方法的局限性是明显的，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，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，要解决上述问就必须摆脱假设待测辐射体为黑体这一束缚。三、 研究内容 1.找到可以准确描述灰体辐射的物理模型，其最好能包含有反应辐射体材料特征的参数。2.选取尽可能多的热辐射体，利用先进的可以瞬时得到辐射光谱的CCD图像光谱仪测得多种辐射体的辐射光谱，对所选取的物理模型进行拟合得到反映辐射体材料特征的参数。3.利用所选取的物理模型进行测温实验，使其准确性得到进一步的验证。4.对测温结果进行评估，并与世界先进水平进行比较。四、 研究方法与步骤 1.依据物质的统一性原理，在普朗克黑体辐射公式的基础上类比得出灰体辐射的可能模型。2.利用先进的光谱仪测得多种辐射体的辐射光谱，用所选用的灰体辐射模型进行拟合，得到最佳的物理模型。3.从模型出发对辐射体进行定标，接下来进行测温检验。五、参考文献1 Labergue A, Delconte A, Castanet G, Lemoine F. Experiments in Fluids,2012,52(5):112111322 Lee J, Oh H, Bae C H. J.Fuel,2012,102(7):2642733 Zhang J, Jing W, Roberts W L, Fang T G. Applied Energy,2013,107(2):52564 Hsu P S, Kulatilaka W D, Gord J R, Roy S. Raman Spectroscope,2013,44:133011385 Lockett R D, Ball D, Robertson G N. Optics and Lasers in Engineering,2013,51(7):9299436 Cheng X F, Xin C Y, Wang L P. Acta Phys. Sin,2013,62:120702 7 SUN Xiao-gang, DAI Jing-min, CONG Da-cheng, ZHU Zai-xiang(孙晓刚，戴景民，丛大成，褚载祥).Journal of instead and nano wave(红外与纳米波学报),1998,17(6):2212258 Jenkins T P, Hanson R K. Combustion and Flam,2011,126(3):1669 11799 ZHANG Yu-cun, QI Yan-de, FU （张玉存，齐艳德，付献斌）. Spectroscopy and Spectral Analysis (光谱学与光谱分析),2011,31(12):3236324010 Woyed M, Bergmanm V, Stricker W. Temperature (American Institute of Physics),1991:673678 11 Lu Gang, Yan Yong. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement,2006, 55:13031308指导教师意见 签字： 年 月 日用光谱技术进行精确测温 摘 要本文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的在较宽波段内的辐射光谱，并将其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Precise Temperature Measurement with Imaged Spectral Technique* ABSTRACT A new method for temperature measurement is established based on the gray-body radiation, which can not only determine the real-time temperature of thermal source, but also conduct non-contacted temperature measurement with high precision. First, a wide-band emission spectrum of the given radiation source is measured precisely with a multi-channel CCD image spectrometer, which is served as its spectral fingerprints for establishing a gray-body radiation model; Secondly, the coefficients introduced in the gray-body radiation model are determined by fitting the measured emission spectrum; Finally, a combination of spectroscopic technique and the gray-body radiation model is employed to measure any temperature of the given radiation source. Having tested on both types of radiation sources, with and without a flame, the present work has demonstrated that the imaged spectral approach mentioned above can be utilized as a real-time, high precision and non-contacted technique for temperature measurement. Key Words: Gray-body radiation model; CCD imaged spectrum; Spectral technique for temperature measurement; Energy level transition.目 录引言1第一章 测温原理及其实验方法21.1 灰体的温度模型21.2 测温原理21.3 实验装置3第二章 对两类辐射体的定标42.1 测量辐射体的指纹光谱4第三章 灰体与黑体辐射规律的对比83.1 钨灯灰体模型与黑体的比较8第四章 测温结果的检验10第五章 结论12参考文献13附录141.通过黑体类比得出灰体辐射模型的公式说明和测温细节141.1 符号说明141.2 基于黑体辐射公式对比得出非黑体辐射公式和所做分析141.3 辐射体参数（反应能级结构）的获得151.3.1 已知温度下测得辐射材料的辐射图谱与非黑体辐射公式进行对比152.利用式（2）对钨灯进行拟合和测温程序15引 言众所周知，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)1-3、相干反斯托克斯拉曼散色光谱法4、激光诱导荧光法5、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6。上述测温方法的局限性是明显的，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7-9，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 10,11 等)和航天事业(如：火箭尾翼温度等)等领域的应用。显然，要解决上述问就必须摆脱假设待测辐射体为黑体这一束缚。在现实中，辐射体不可能是绝对黑体，却基本上都是灰体。若能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就变成技术问题了。基于上述的物理思想，本文建立了以灰体为基础的测温方法，并分别在钨灯、蜡烛和酒精灯这三种辐射体上进行了实验和验证，取得了令人满意的结果。1第一章 测温原理及其实验方法温度是表征热辐射的物理量，而后者是由辐射体的能级跃迁所致。因此，若要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。其中，将辐射体等效成灰体所利用的模型的可行性将直接决定测温的准确性和可靠性。为此，本节将在黑体辐射公式的基础上建立起灰体的辐射(GBR)模型，依据黑体辐射具有可靠的理论依据，可以确定由黑体辐射模型所演化而来的灰体辐射模型也具有一定的理论依据。接下来需要在实验上验证所建立的灰体辐射模型描述灰体辐射的可行性和依据其进行测温的准确性。1.1 灰体的温度模型 若引入两个待定参数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：34, (1)其中E = hv = hc/为辐射的光子能量，A和B都是表征灰体与黑体差别的常数。显然，(1)式中只要令A=B=1，便简化为熟知的黑体辐射公式。对于任何不同的待测辐射体，只要利用光谱仪测得其辐射光谱I，便可通过拟合(1)式得到A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(1)式中的分子部分为常数，仅与辐射光谱的强度相关,所以要设法使其与测温结果无关。为此，本文通过对所测辐射光谱的归一化，将(1)式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(2)式所示：, (2)显然，(2)式只与参数B相关。于是，经过上述的实验处理，本文的GBR测温原理可以归结为如下两个步骤：(1)用多通道图像光谱仪快速获得多个温度下的待测辐射源的精密辐射光谱，通过对(2)式的拟合，确定参数B, 完成定标并建立起该辐射源的GBR温度模型。(2)利用给定的GBR温度模型，测量该辐射源的在其他任何温度下的辐射光谱，确定其对应的温度值。1.3 实验装置本实验采用AVANTES公司生产的四通道CCD瞬态成像AvaSpec-2048TEC-USB2光纤光谱仪测量待测辐射体的辐射光谱。这不仅无需扫描即可获得辐射光谱，然后通过该仪器自带的软件便可将该图像转换为对应的辐射光谱数据，并导入到计算机中进行后续的数据处理和分析。通过用Matlab软件对所测辐射光谱数据进行拟合，便可得到(2)式中的参数。其光谱，还可在300至900nm的波段内取得0.072nm的高分辨率。在实验过程中，只需将张角为15度的光纤探头对准高温辐射体便可得到其辐射光谱的图像，实验装置如图1.0所示。图1.0 辐照度测量装置Fig 1.0 Irradiance measurement Device第二章 对两类辐射体的定标为了检验本测温方法的有效性和普适性，本文分别对无火焰和有火焰的这两类不同辐射体进行了实验，下面将分别介绍其实验结果。2.1 测量辐射体的指纹光谱 为了对无火焰的辐射体展开测量，需要先通过测量其辐射光谱，进而完成对其的定标。为此，本文先对已知温度的钨灯在0.6-1m波段内的热辐射光谱进行了测量，其结果见图1。然后，按照(2)式对其进行了拟合，不但获得了钨原子的能级结构参数B，也建立起钨灯丝材料的灰体辐射模型，拟合结果如图1所示。图1 钨灯的辐射光谱(粗线)和拟合结果(细线).Fig 1 The emission spectra of tungsten lamp (thick line) with the best fit (thin line).图1分别展示了钨灯在0.55、0.65和0.75A这3个电流下的辐射光谱及其拟合结果.需要指出的是：在本文中，辐射光谱的强度都采用了任意单位。由上述光谱可知：灰体辐射随温度的变化规律类似于黑体辐射的特性。其主要表现为：(1)温度越高，对应的辐射强度越高，而且辐射强度近似与灯丝电流(或温度)成正比关系；(2)峰值处的波长 m 随灯丝电流(或温度)的增大而减小。显然，m随温度的升高而发生蓝移的结果也与黑体辐射的维恩定律相一致。为了便于对图1中的定性结果给出定量的分析，表1列出了相关的参数值。表1 钨灯的定标结果Table 1 The calibration results for tungsten lamp钨灯电流/A标称温度T/KBmTmT /mK0.5518000.818881.319223760.6519600.814571.205223620.7521200.827101.13132398由表1可知：不但 mT近似为一定值，说明灰体拥有对应于自身的维恩定律，而且由不同温度的光谱拟合所得到的结构参数B基本相同。这不但确认了参数 B的确是表征灰体材料结构的参数，而且可以据此建立起灯丝材料热辐射的温度模型。为了提高测温结果的精度，实验需对同一热辐射体的发射光谱进行多次测量，并通过拟合而获得多个对应的参数B和m值。通过对上述实验结果进行平均，便可得到钨灯丝材料的典型值为：B = 0.82018 和mT = 2378.7mK. 如前所述，为了检验本测温技术的普适性，本文不仅用无火焰的辐射体(钨灯)对其进行了验证，而且还用有火焰的辐射体对其进行了检验。图2展示了对应于多个温度下的蜡烛火焰的热辐射光谱及其拟合结果。 (a) (b) (c) (d)图2 蜡烛火焰的辐射光谱(粗线)及其拟合结果(细线).(a)、(b)、(c)和(d)分别对应于热电偶显示为734K、756K、746K和786K的情况.Fig 2 The emission spectra of candle flame(thick line) with the best fits (thin line)，where(a),(b),(c)and(d) are corresponding to those at 734K,756K，746K and 786K，respectively， read from a thermocouple.通过成熟而通用的热电偶，对上述多个测温结果进行比对，便可获得蜡烛火焰的GBR温度模型的特征参数，如表2所示。表2 蜡烛火焰的定标结果Table 2 The calibration results for candle flame热电偶温度/KBm/mmT/mK7340.342701.34449877560.348531.327510047460.381671.473210997860.359881.31841000 由表2可知：多次测量所得到的结构参数B存在微小的差别。这是由于蜡烛为混合物，其燃烧过程不很稳定所致。若对多次测量的结果取平均，则可以忽略其影响。由此，所得到的蜡烛火焰的典型值为：B = 0.35820和mT = 1023mK. 同理，本文也对酒精灯的火焰进行了类似的测量, 其热辐射光谱及拟合结果如图3所示。 (a) (b)图3 酒精灯火焰的辐射光谱(粗线)和拟合结果(细线).(a)和(b)对应热电偶所测温度分别为928K和932K.Fig 3 The emission spectra of alcohol burner flame(thick line) with the best fits (thin line)，where(a) and (b) are corresponding to those at 928K and 932K，respectively， read from a thermocouple.在图3所示的酒精灯火焰的辐射光谱中出现了个别尖峰，来自酒精燃烧中所产生的原子谱线，但并不会影响热辐射光谱的拟合结果。由于酒精灯的火焰的温度基本恒定，所以图3展示了在928K和932K时酒精灯火焰的热辐射光谱及其拟合结果。表3列出了两个温度下的定标结果。表3 酒精灯火焰定标结果Table 3 The calibration results for flame of alcohol burner热电偶温度/KBm/mmT/mK9280.369291.145910639320.351901.08731013由表3可以得到酒精灯火焰的GBR模型的参数为：B = 0.36060和mT = 1038mK. 将其与表1和2进行比较可知，在上述三种GBR辐射体中，钨的两个参数值为最高，酒精次之，而蜡烛为最低。至此，本文分别建立了属于两类辐射体的三种材料的GBR辐射模型，并通过定标分别确定了其中的参数值。显然，上述信息将会对后续的测温过程发挥指导作用。天津理工大学2015届本科毕业论文第三章 灰体与黑体辐射规律的对比3.1 钨灯灰体模型与黑体的比较 在第二章中已经确定了钨灯、蜡烛火焰和酒精灯火焰的结构参数B，接下来以钨灯的灰体辐射模型（3）为例与普朗克黑体辐射公式（4）进行对比。 (3) (4) 图4分别展示了温度为1800K，1880K，1960K，2040K，2120K和2200K时利用钨灯的灰体辐射模型拟合和普朗克黑体辐射公式得到的光谱图，其中辐射强度均采用任意单位（利用2120K时的强度进行归一化处理）。 (a) (b)图4 钨灯与黑体在特定温度下辐射光谱的比较(a)和(b)分别为五个温度下钨灯辐射光谱和黑体辐射光谱Fig 4 Tungsten lamp radiation spectrum compared with the blackbody radiation spectrum under certain temperature (a) and (b) respectively five temperature tungsten lamp radiation spectrum and blackbody radiation spectrum类比图4中的两幅图可以看出，灰体的辐射规律与黑体有很多相似之处，如：随着温度的升高，辐射强度最大值对应的波长均发生了蓝移；随着温度的升高其辐射强度也均有相对增强。但其区别也是明显的，在相同温度下，钨灯的最大辐射强度对应的波长要比黑体的要小，且钨灯的辐射光谱曲线的增减也较黑体的剧烈。第四章 测温结果的检验本节将检验上述GBR模型的正确性并确定本测温技术的测温精度。对于无火焰的钨灯检验结果由表4给出. 其中。通过GBR的测温结果与钨灯的标称温度进行对比，确定了GBR的测温误差。表4 钨灯的GBR测温结果和误差Table 4 The results and deviation from the GBR for tungsten lamp钨灯电流/AT/K标称温度/K相对误差0.60190318801.2%0.70204820400.39%0.80212522003.4%表4的结果表明，该测温的误差很小。因为钨丝的结构参数稳定，只要其加热电流一定，在不同时间不同方向上测得的钨灯温度都会保持一定。其中钨灯电流为0.80A时所测误差与其它电流下的误差要大，从图5也可以看出当温度为2200K时的辐射光谱线有很大的偏差，这是因为标准钨灯在生产时带入的偏差，导致其电流是0.80A时温度并非2200K，也可以看出气温应该低于2200K。这说明该测温技术在实际测温中的优势：只要给定被测辐射体的物质属性，则其测温结果不仅精确，而且不随时空的改变而改变，并可以实现非接触。 如前所述，为了验证采用图像光谱法测温的普适性，本文也分别对蜡烛和酒精这类具有火焰的辐射体进行了测温和检验。其中，表5列出了对不同品种的蜡烛的火焰的测温结果。表5 蜡烛火焰的GBR测温结果和误差Table 5 The results and deviation from the GBR for candle flame不同种类的蜡烛T/K热电偶温度/K相对误差蜡烛18037783.2%蜡烛27747532.8%蜡烛38027743.6%表5给出了图像光谱法与热电偶法这两种测温结果的比较。其中，三种蜡烛都为红色，但具有不同的密度（蜡烛1和2的直径都为1.5cm，但密度不同）或不同的直径（蜡烛1和 3的密度相同，但直径分别为1.5和3.0cm，）。由表5可见：蜡烛的密度会影响其燃烧的温度，但其尺寸却几乎不影响其燃烧的温度，即：蜡烛2的密度较低，两种测温方法都给出了较低的温度。另一方面，由于蜡烛1和 3的密度相同，且高于蜡烛2，两种测温方法都给出了较高的燃烧温度，而且基本相同。同时，结果还表明：相对于传统的接触型测温技术热电偶法，图像光谱法都给出了一个系统的相对误差，在2.8-3.6%之间。其中，误差的上限对应于其燃烧的外部环境剧烈改变时的测温结果。 最后，本文还对无灯芯的酒精喷灯的火焰进行了测温，并与热电偶的测温结果进行了对比。其中，图像光谱法和热电偶的测温结果分别为1024K和993K，相对误差为2.9%。综合对于上述两类共三种辐射体的测温结果和与传统测温结果的对比和检验，可以总结出如下结论：只要通过多次定标，从被测物质的辐射光谱获得能反映其微观结构的GBR模型的参数B，则该技术就可以很准确的测温，误差均优于5%。显然，无论热辐射体有无火焰，其辐射光谱都代表了构成该物质的微观粒子(分子或原子)的量子跃迁行为。由于表征被测辐射物质的GBR模型是唯一的，所以特征参数B是它区别于黑体唯一参数。因此，无论是被测辐射物质的光谱，还是其GBR模型的B参数都具有指纹性质，从而确保了本文所报道的测温技术的精确性和稳定性。第五章 结论 本文建立了辐射体的灰体辐射(GBR)模型，并采用唯一的B参数来表征其温度特性，然后通过图像光谱技术，实现对其准确测温。本文分别针对有火焰和无火焰这两类辐射体，对该测温技术进行了检验，并与常规的测温方式的结果进行了对比分析。确认了图像光谱测温技术是一种可靠而准确的非接触型测温技术，测温精度优于5% 。 本文所建立的光谱测温技术，不仅无需假设辐射体为绝对黑体，也避免了现有测温技术的繁琐修正，从而使其操作性和准确性都有了显著的改善。本文首次采用具有光纤探头的多通道图像光谱仪，避免了传统光谱仪的波长扫描，实现了对任意辐射体的实时而准确的非接触式的测温。参考文献1 Labergue A, Delconte A, Castanet G, Lemoine F. Experiments in Fluids,2012,52(5):112111322 Lee J, Oh H, Bae C H. J.Fuel,2012,102(7):2642733 Zhang J, Jing W, Roberts W L, Fang T G. Applied Energy,2013,107(2):52564 Hsu P S, Kulatilaka W D, Gord J R, Roy S. Raman Spectroscope,2013,44:133011385 Lockett R D, Ball D, Robertson G N. Optics and Lasers in Engineering,2013,51(7):9299436 Cheng X F, Xin C Y, Wang L P. Acta Phys. Sin,2013,62:120702 7 SUN Xiao-gang, DAI Jing-min, CONG Da-cheng, ZHU Zai-xiang(孙晓刚，戴景民，丛大成，褚载祥).Journal of instead and nano wave(红外与纳米波学报),1998,17(6):2212258 Jenkins T P, Hanson R K. Combustion and Flam,2011,126(3):1669 11799 ZHANG Yu-cun, QI Yan-de, FU （张玉存，齐艳德，付献斌）. Spectroscopy and Spectral Analysis (光谱学与光谱分析),2011,31(12):3236324010 Woyed M, Bergmanm V, Stricker W. Temperature (American Institute of Physics),1991:673678 11 Lu Gang, Yan Yong. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement,2006, 55:13031308附录 1.通过黑体类比得出灰体辐射模型的公式说明和测温细节 1.1 符号说明符号物理意义单位黑体的谱能量密度非黑体的谱能量密度波长波尔兹曼常量普朗克常量光速与辐射谱放大倍数相关的参数无量纲与物质能及结构相关的参数无量纲相对辐射照度与辐射出射度最大值对应的波长圆周率无量纲各类辐射体的平均值无量纲 1.2 基于黑体辐射公式对比得出非黑体辐射公式和所做分析普朗克黑体辐射公式 类比得出的灰体体辐射公式 （为非黑体相对于黑体有差异的系数） 对公式进行分析我们可以得出：与光谱测量时的放大倍数和光谱测量环境相关。 与物质的能级结构相关。1.3 辐射体参数（反应能级结构）的获得1.3.1 已知温度下测得辐射材料的辐射图谱与非黑体辐射公式进行对比 (1)*不同波长处出测得的相对辐射照度，其单位为。光谱仪所设积分时间为（s）。光谱仪固有积分波长为（）。 为了方便拟合可将上式简化为 (2) 整理可知： 2.利用式（2）对钨灯进行拟合和测温程序load b550.txtload u550.txtT550=1800;kb=1.3806503*10(-23);h=6.62606876*10(-34);c=3*108;y=3.5;w=118001;s=60*1.131300000000000*10-6;k=1;i=1;bo1550=ones(586,1);while k=586 bo1550(i,1)=b550(i,1)*(10-9); i=i+1; k=k+1;endk=1;i=1;u0550=ones(586,1);while k=586 u0550(i,1)=(u550(i,1)*y*(10-5); i=i+1; k=k+1;endti=bo1550;yi=u0550;x0=0.1;0.1;x,resnorm,residual,exitflag,output,lambda,J=lsqcurvefit(qiuxishu0_550,x0,ti,yi);o=x(1,1);k=1;i=1;bo01550=ones(586,1);while k=586 bo01550(i,1)=b550(i,1)*(10-9); i=i+1; k=k+1;endk=1;i=1;u00550=ones(586,1);while k=586 u00550(i,1)=(u550(i,1)*y*(10-5)/(x(1,1)*s); i=i+1; k=k+1;endk=1;i=1;g550=ones(2,1);while k=2 g550(i,1)=x(i,1); i=i+1; k=k+1;endbochang550=100*10-9:0.05*10-9:6000*10-9;k=1;i=1;fusheqiangdu550=ones(1,w);while k=w fusheqiangdu550(1,i)=(x(1,1)*8*3.141592653*h)/(bochang550(1,i)5)*(1/(exp(x(2,1)*h*c)/(kb*T550*bochang550(1,i)-1)/(x(1,1); i=i+1; k=k+1;end%plot(bo1,u0,bochang,fusheqiangdu)load b600.txtload u600.txtT600=1880;kb=1.3806503*10(-23);h=6.62606876*10(-34);c=3*108;y=3.5;w=118001;s=60*1.131300000000000*10-6;k=1;i=1;bo1600=ones(586,1);while k=586 bo1600(i,1)=b600(i,1)*(10-9); i=i+1; k=k+1;endk=1;i=1;u0600=ones(586,1);while k=586 u0600(i,1)=(u600(i,1)*y*(10-5); i=i+1; k=k+1;endti=bo1600;yi=u0600;x0=0.1;0.1;x,resnorm,residual,exitflag,output,lambda,J=lsqcurvefit(qiuxishu0_600,x0,ti,yi);o1=x(1,1);k=1;i=1;bo01600=ones(586,1);while k=586 bo01600(i,1)=b600(i,1)*(10-9); i=i+1; k=k+1;endk=1;i=1;u00600=ones(586,1);while k=586 u00600(i,1)=(u600(i,1)*y*(10-5)/(x(1,1)*s); i=i+1; k=k+1;endk=1;i=1;g600=ones(2,1);while k=2 g600(i,1)=x(i,1); i=i+1; k=k+1;endbochang600=100*10-9:0.05*10-9:6000*10-9;k=1;i=1;fusheqiangdu600=ones(1,w);while k=w fusheqiangdu600(1,i)=(x(1,1)*8*3.141592653*h)/(bochang600(1,i)5)*(1/(exp(x(2,1)*h*c)/(kb*T600*bochang600(1,i)-1)/(x(1,1); i=i+1; k=k+1;endload b650.txtload u650.txtT650=1960;kb=1.3806503*10(-23);h=6.62606876*10(-34);c=3*108;y=3.5;k=1;i=1;bo1650=ones(586,1);while k=586 bo1650(i,1)=b650(i,1)*(10-9); i=i+1; k=k+1;endk=1;i=1;u0650=ones(586,1);while k=586 u0650(i,1)=(u650(i,1)*y*(10-5); i=i+1; k=k+1;endti=bo1650;yi=u0650;x0=0.1;0.1;x,resnorm,residual,exitflag,output,lambda,J=lsqcurvefit(qiuxishu0_650,x0,ti,yi);ol=x(1,1);k=1;i=1;bo01650=ones(58