毕业论文-红外辐射测温仪杂散光干扰分析及校正.doc

东北大学本科毕业设计（论文） 摘要 - II - 红外辐射测温仪杂散光干扰分析及校正 作 者 姓 名： 指 导 教 师： 单 位 名 称：信息科学与工程学院 专 业 名 称：测控技术与仪器 东 北 大 学 2015 年 6 月 东北大学本科毕业设计（论文） 摘要 - III - 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 毕业设计（论文）题目：毕业设计（论文）题目： 红外辐射测温仪杂散光干扰分析及校正红外辐射测温仪杂散光干扰分析及校正 设计（论文）的基本内容：设计（论文）的基本内容： a)调研分析实际红外辐射测温仪工作原理，利用 Zemax 软件建立其基本 光路模型； b)分析确定系统中杂散光的来源及抑制方法选取； c)仿真分析红外辐射测温仪的相关结构参数（消杂光光阑孔径大小等） 对杂散光的影响； d)实验验证抑制杂散光优化建议的合理性，分析实验结果，对相关优化 建议进行分析，提出合理有效的杂散光抑制方案。 毕业设计（论文）专题部分：毕业设计（论文）专题部分： 题目：题目： 设计或论文专题的基本内容：设计或论文专题的基本内容： 学生接受毕业设计（论文）题目日期学生接受毕业设计（论文）题目日期 第第 1 周周 指导教师签字：指导教师签字： 2015 年年 3 月月 9 日日 东北大学本科毕业设计（论文） 摘要 - IV - 红外辐射测温仪杂散光干扰分析及校正 摘要 近年来，辐射测温得到广泛应用，利用其非接触测温方式，解决很多工业上测温 难题。但正是由于辐射测温是非接触式，探测器接收到的不仅仅是不同温度钢水所发 出的辐射能，也随之接收系统中的杂散辐射。随着科技的不断进步，探测器的灵敏度 也大幅度提高，杂散辐射的影响也愈加不可忽视，系统消除杂散辐射设计与优化变得 尤为重要。 本文详细介绍了杂散光分析的基本理论和步骤，给出了外界自然光和系统自身热 辐射所产生的杂散光的计算方法。使用 Zemax 光学软件，基于辐射传热基本能量传输 方程和经典黑体空腔理论，结合辐射测温探头实际几何结构和几何尺寸建立了辐射测 温探头杂散光分析模型。基于光线追迹法分析系统的杂散光，利用非序列模式进行模 型构建并仿真，实验验证组合光阑对系统杂散光消除的有效性。 本文所做工作： 1. 利用 Zemax 软件搭建红外辐射测温仪基本模型和杂散光抑制模型； 2. 仿真分析外界杂散光和系统自身热辐射对系统的影响； 3. 仿真分析消杂光阑孔径大小对杂散光的抑制影响； 4. 实验分析外界杂散光对系统影响及自身热辐射随温度变化对系统的影响； 5. 实验验证消杂光阑孔径大小对杂散光抑制的作用； 通过仿真分析及实验验证的方式可得，当消杂光孔径大小为 1mm 时，使整个系统 的相对误差减小 22%。 关键词关键词：辐射测温；杂散辐射；Zemax；消杂散光阑 东北大学本科毕业设计（论文）Abstract - III - Analysis and Correction of Infrared Radiation Thermometer Stray Light Interference Abstract In recent years, radiation thermometry is widely used, with its non-contact temperature measurement method, many of the industrial temperature measurement problems can be resolved. Because of non-contact radiation temperature, not only the temperature of probe also stray radiation will be on the detector. As technology advances, the sensitivity of the detector has also increased significantly, stray radiation should not be ignored any more, the system design and optimization of stray radiation becomes particularly essential. The basic theory and step stray light analysis are described in the thesis, also, the calculation method of stray light outside and own heat radiation are shown. Using Zemax optical software, basing on the basic energy transfer radiation heat transfer equation and classical blackbody cavity theory, combing with the real construction of radiation temperature probe, the model for suppressing stray light are built successfully. The non-sequential mode is used for model building and simulation basing on ray tracing stray light analysis system. What is more, to verify the effectiveness of the combination of aperture system, so many experiments are tested and finally the effective construction of aperture is found. The missions from this thesis are following: 1. Building the model of basic construction and suppressing model for stray light; 2. Simulating stray light outside and heat radiation; 3. Simulating the size of aperture for suppressing stray light; 4. Testing experiments to verify the conclusion from the simulation; 5. Testing the size of aperture whether it is effective to suppress stray light; By simulation and experiments ,the effective size of aperture has been found successfully. Keywords：Radiation Thermometry; Stray Light; Zemax; Aperture for Suppressing Stray Light 东北大学本科毕业设计（论文） 目录 - IV - 目录 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书.I 摘要摘要.II ABSTRACT.III 第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 课题背景.1 1.2 杂散光研究的国内外现状.1 1.3 本课题研究内容.6 第二章第二章 红外辐射测温仪的工作原理红外辐射测温仪的工作原理.9 2.1 红外辐射测温的理论基础.9 2.1.1 黑体辐射.9 2.1.2 灰体辐射.11 2.2 红外辐射测温仪工作原理.12 2.2.1 辐射测温原理.12 2.2.2 辐射测温仪结构.12 2.2.3 红外辐射测温仪温度标定.13 2.3 红外辐射在大气中的传输.14 2.3.1 水蒸气、CO2透射率的计算.15 2.3.2 大气散射.15 2.4 本章小结.16 第三章第三章 杂散光理论基础杂散光理论基础.17 3.1 杂散光来源分析.17 3.2 杂散光传递影响因素.17 3.3 杂散光抑制方法.18 3.3.1 涂消杂光材料方法.19 3.3.2 组合光阑方法.20 3.3.3 挡光环方式.21 3.4 杂散光的分析模型及计算方法.22 东北大学本科毕业设计（论文） 目录 - V - 3.4.1 杂散光的分析模型.22 3.4.2 杂散光分析计算方法.22 3.5 杂散光的相关概念.23 3.5.1 双向散射分布函数（BSDF）.23 3.5.2 点源透过率（PST）.24 3.6 本章小结.25 第四章第四章 杂散光抑制模型的建立及仿真分析杂散光抑制模型的建立及仿真分析.27 4.1 ZEMAX软件模式选取.27 4.1.1 序列模式光线追踪.27 4.1.2 非序列光线追踪.28 4.2 红外辐射测温仪的基本模型建立.29 4.2.1 模型结构的建立.29 4.2.2 模型参数的选取.30 4.2.3 光线追踪数目确定.32 4.3 杂散光抑制模型的仿真.33 4.3.1 辐射光源能量的确定.33 4.3.2 模型的杂散光仿真.33 4.4 杂散光分析.34 4.4.1 外界杂散辐射影响.35 4.4.2 红外辐射测温仪自身热辐射影响.36 4.4.3 目标辐射光能量变化.38 4.4.4 系统信噪比.39 4.5 本章小结.40 第五章第五章 杂散光实验分析杂散光实验分析.41 5.1 实验分析外界杂散光影响.41 5.1.1 实验方案.41 5.1.2 数据分析.42 5.2 实验分析红外辐射测温仪自身热辐射对系统影响.42 5.2.1 实验方案.42 东北大学本科毕业设计（论文） 目录 - VI - 5.2.2 数据分析.43 5.3 实验验证杂散光抑制效果.43 5.3.1 实验方案.44 5.3.2 数据分析.44 5.4 消杂光孔径大小与温度标定误差的关系.46 5.5 本章小结.47 第六章第六章 结论与展望结论与展望.49 参考文献参考文献.51 致谢致谢.55 东北大学本科毕业设计（论文） 目录 - VII - 东北大学本科毕业设计（论文） 第一章 绪论 - 1 - 第一章 绪论 1.1 课题背景 杂散辐射，也称为杂散光或杂光，是指光学系统中除了目标（或成像）光线外， 扩散于探测器（或成像）表面上的其它非目标（或非成像）光线辐射能，以及经非正 常光路到达探测器的目标光线辐射能1。 杂散辐射的危害性在于造成像面上的辐照度不均匀，降低像面物体与背景的对比 度、调制传递函数和信噪比，造成探测距离下降，使整个相面层次减少，清晰度变坏， 能量分布混乱甚至形成杂光斑点，严重时目标信号甚至会完全被杂散辐射噪声淹没2。 红外探测系统的消杂散辐射设计有其自身的特点和难点，且在设计之初就应该进 行认真考虑，因为它直接影响系统的性能，在设计定型后改动起来代价高昂。相对于 可见光探测系统，红外探测系统的杂散辐射特性更复杂，不仅包括系统外部光源的杂 散辐射，还要考虑系统自身热辐射造成的杂散辐射。对于可见光探测系统杂散辐射的 评价常用点源透过率函数（PST）指标来评价，对于红外探测系统除了用点源透过率函 数（PST）评价外部杂散辐射外，还要用杂散辐射系数等参数来评估整个系统的杂散辐 射。 红外辐射测温仪是通过测量红外辐射能量来测定物体温度的非接触式测温仪表， 相对于接触式测温仪表，缺少一个内部温度参考源，不能像传统的测温系统中的扫描 器产生一个信号对比的作用。为弥补这一缺陷，使用前需经温度标定。但由于杂散辐 射的存在，红外测温系统自身的稳定性受到破坏，同时，严重影响到仪器的温度标定 精度，致使温度检测受到极大影响。而且红外辐射测温仪多用于对温度要求严格场合， 例如，轧钢厂的板坯温度分布情况、纸浆干燥监测、水泥旋转窑监测、玻璃制造过程 的温控。尤其化工、冶金等生产行业以及高烩风洞、油池火灾等科研领域的高温测量。 例如，地下爆炸试验监测团、云团爆炸测温，所以因为杂散辐射造成的温度检测误差 是不容忽视的。近年来，随着探测器灵敏度的大幅提高，其分辨本领已接近或达到衍 射极限，红外系统的杂散辐射问题日益突出，从而对系统的杂散辐射抑制水平提出了 更高的要求，系统的消杂散辐射设计及其优化就显得尤为重要3。 1.2 杂散光研究的国内外现状 杂散辐射分析始于上世纪 70 年代，在此之前的杂散辐射分析是基于先前经验和 东北大学本科毕业设计（论文） 第一章 绪论 - 2 - 反复实验的基础上，以直觉和手工计算的方式来进行杂散辐射的分析和抑制结构的设 计。近年来，航天技术的发展，推动了空间光学系统的研究，杂散辐射的分析和抑制 被提到重要地位；而计算机技术的长足进步，使得光学系统复杂的杂散辐射分析计算 成为可能。 近年来，国内外对红外杂散辐射的研究主要集中在以下几个方面4： （1） 杂散辐射理论及杂散辐射计算方法与软件杂散辐射理论及杂散辐射计算方法与软件 基于对杂散辐射的产生、传输与危害的大讨论，提出了多种杂散辐射分析的计算 方法。目前国际上杂散辐射分析计算的理论方法主要有蒙特卡洛法、区域法（有限元 法） 、光线踪迹法、光线密度法和近轴计算法等。杂散辐射分析计算时需要追迹大量光 线，计算量十分庞大，杂散辐射分析软件是有利的工具。目前主流的杂散辐射分析软 件有：基于近轴计算与区域法的 APART，基于改进蒙特卡洛算法的 GUERAP，基于 光线踪迹和蒙特卡洛算法并采用光线分裂技术的 OARDS、ASAP、LIGHTOOLS、TRACEPRO、FRED 等。对于光机结构特别复杂的 系统，常常需要追迹上千万条光线，现有计算机及计算分析软件难以满足要求。因此 研究一些改进的加速算法，以减少计算量及计算时间是当前杂散辐射计算领域一个分 支。 （2）杂散辐射测试）杂散辐射测试 空间光学系统在发射以前及在轨运行时，都必须进行系统杂散辐射测试。系统杂 散辐射系数的测试与杂散辐射分析一样，是必不可少的。目前杂散辐射的测量技术已 十分完备。点源透过率（point source transmission, PST）是杂散光测试采用的最基本的 指标，遮光能力越强的系统，PST 值越小。光学系统一般要求其 PST 值数量级在 10- 710-14之间。对于红外光学系统，Ann St. Clair Dinger 提出以有效发射率（effective emissivity）作为红外光学系统消第二类杂散辐射的指标5。 （3）杂散辐射分析物理数学模型的建立）杂散辐射分析物理数学模型的建立 系统 PST 只表征系统对第一类杂散辐射的抑制能力，对杂散辐射抑制的改进并不 能给出意见。杂散辐射的传播很大程度上依赖于杂散辐射光线与系统各个表面的相互 作用，即依赖于材料表面的散射特性。目前国际上已经建立了材料的双向反射分布函 数（BRDF）数据库。 材料表面散射特性物理数学模型（BRDF）的建立，一般先通过实测获得半球反射 东北大学本科毕业设计（论文） 第一章 绪论 - 3 - 率，再拟合出相应的表达式。目前，对不同污染、粗糙度的反射镜面以及机械组件涂 层的散射模型已建立起来。如采用修正的 Harvey 模型可以描述干净镜面的散射特性， 采用 Mie 理论可以描述表面颗粒的散射特性。红外光学系统表面物理数学模型建立时 还需考虑表面的发射率，目前的发射率模型一般采用一些经验公式，对 BRDF 数据处 理的一个趋势是采用数据拟合的方式进行建模，而不再仅仅考虑经验公式。 （4）杂散辐射抑制设计）杂散辐射抑制设计 红外光学系统杂散辐射抑制设计从系统选型时就已开始，其杂散辐射抑制与普通 光学系统杂散辐射抑制设计相比较复杂，目前常用的杂散辐射抑制措施有：光阑和挡 光板设计、吸收涂层、温度控制、污染控制，此外还要求温阑与冷阑相匹配。在加工 工艺和材料科学的推动下，出现了新型的非球面反射式挡光环6、采用蜂窝结构代替挡 光环的遮光罩和高性能的黑漆涂层。 杂散辐射的计算方法不断被提出和完善。蒙特卡罗是一种随机模拟方法，由于光 学系统中杂光的产生和传播带有一定的随机性，可以用概率分布函数来描述其物理现 象，因此适用于蒙特卡罗法7。但这一方法需要追迹大量光线才能得到可靠的统计结果， 美国 B.K.Likeness 等人改进了这一方法。1970 年加拿大学者 A.G.Noylor 首次应用光线 追迹法计算由光学表面间二次反射所产生的杂散光在像面上的分布8；1971 年英国人 G.Smith 提出的近轴近似法9，该方法也可用于计算二次反射所产生的杂散光；以及美 国学者 D.L.Shealy 在 1973 年提出并经他本人发展了的光流密度追迹法10，有效避免了 光线追迹法的计算量大的缺点，计算精度也比近轴近似法高。1981 年，高魁明研究了 红外辐射测温中的干扰因素，当时只是将杂散辐射定义为外来光干扰，并提出应采用 水或空气冷却后的遮蔽装置抑制外来光11。该方法既可以消除外来杂散辐射，又能防 止系统自身的热辐射效应。刘玉英、张欣欣、黄志伟运用实验探究的方式着重对水雾 影响红外辐射测温仪精确性12。通过该实验为以后研究水雾对杂散辐射的影响提供实 验依据。 以下详细介绍几个近年来在红外辐射系统杂散光抑制方面的研究情况： 2004 年，邓诗涛，岑兆丰，李晓彤研究了大功率红外光学系统中光学表面多重反 射而形成的杂散光及其数学模型与计算方法13，提出了将近轴近似法和有限光线追迹 法相结合的综合分析方法；同时在数据存储方式上采用二叉树这种数据结构，大大节 省了存储空间，提高了运算速度，使鬼像的高阶分析成为可能，巧妙地解决了鬼像分 东北大学本科毕业设计（论文） 第一章 绪论 - 4 - 析中海量的中间数据存储的问题。并编制了红外光学系统杂散光分析软件，添加了强 大的统计功能，可以按照能量密度大小，距离某一光学表面位置，发散角等多个参数 对形成的鬼光束进行排序。可以非常直观的先运用近轴分析的方法，找到对系统影响 比较大的几个鬼像点，再针对这些点进行细致的实际光线追迹运算，既对系统有个全 面的把握，又能精确的分析某个光学表面附近的鬼像情况，为设计阶段的结构调整提 供可靠的参考数据。 2009 年，姚秀文，肖静等以典型的 R-C（Ritchey-Chretien）系统为主要结构的红 外光学系统为例开展杂散辐射分析研究2。利用基于蒙特卡罗法的 ASAP 光学分析软 件，建立了红外系统的三维仿真模型，并对系统各重要元件自身热辐射产生的杂散辐 射进行了定量分析。在红外系统分析模型建立时，在系统出瞳处设计有冷阑，即实现 冷光阑的 100%匹配。作用是将像方视场外的背景辐射遮挡掉，例如，靠近探测器像面 较近的镜座、镜筒等在像方视场之外的机械件的杂散辐射均可得到有效抑制。 各光学元件和机械结构表面特性和散射模型参数选取的合理与否是影响仿真结果 精确性的重要因素，为了对系统杂散辐射特性进行定量分析，指定了系统中相应的特 性参数，并且在系统设计中，为了增强非光路结构元件对杂散辐射的吸收，将机械件 进行发黑处理。在 8 mm 12 mm 波段下，设定机械件的表面吸收率=0.98，其表面 散射模型采用朗伯模型，该模型可以很好地模拟具有漫反射特性表面的散射特性14。 对于光学元件，假设反射镜反射率 R=0.985，透镜透过率 T=0.97。由于反射镜面和透 镜表面的粗糙度远小于入射波长，因此，采用了修正的哈维模型表征光滑光学元件表 面的散射特性。此外，为了解决杂光分析软件计算效率与计算准确性的问题，在仿真 计算时，采取了重点区域采样的方法。该方法将重点区域定义为从每个被照明和关键 目标可以看到的探测器像面，使原本在 2 空间内散射的光线只朝着我们感兴趣的方向 追迹，进一步提高追迹效率，减少追迹时间。 东北大学本科毕业设计（论文） 第一章 绪论 - 5 - 图 1.1 杂散辐射分析步骤示意图 根据以上分析步骤，找到系统中杂散辐射贡献较大的重要元件，即确定系统自身 杂散辐射的主要辐射源，并将系统的各关键面作为辐射源，通过定量计算，开展系统 杂散辐射分析。引入有效发射率的概念来对红外系统自身杂散辐射性能进行评价，红 外系统的有效发射率可定义为探测器像面接收的各元件自身杂散辐射的总辐射通量 eff 除以将红外系统的最后一个光学元件作为黑体辐射源时，探测器所接收的辐射通量， 即： sum eff r 100% P P （1.1） 式中，为探测器像面接收的各元件自身杂散辐射的总辐射通量，为探测器接 sum P r P 收的由参考黑体辐射源热辐射产生的辐射通量。 2010 年，牛金星，周仁魁等设计双反射型红外探测系统及其遮光罩，运用软件 TracePro 建立了结构模型，通过光线追迹分析了系统的几个关键内表面自身热辐射杂 散光15。计算了天空背景的杂散光，同时给出了单像元接收到的杂散光光子数增加的 速率随温度变化的关系。 为了抑制视场外的杂散光，为红外系统设计了外遮光罩和内遮光罩。外遮光罩用 于视场外杂散光（如太阳光）能量的衰减，其长度应根据杂散光源的入射角设计，外 遮光罩和镜筒的锥角都等于系统的视场角。内遮光罩设计时遵循以下的原则16-18： （1） 边缘视场光线刚好不被次镜上的内遮光罩遮挡； （2） 边缘视场光线刚好不被主镜上的内遮光罩遮挡； （3） 次镜边缘的光线刚好不被主镜上的内遮光罩遮挡； （4） 不能产生一级杂散光，即光线不能直接到达探测器表面； （5） 系统的遮拦比越小越好。 东北大学本科毕业设计（论文） 第一章 绪论 - 6 - 图 1.2 建立的红外探测系统模型 使用 TracePro 软件建立了红外探测系统的光机模型，把系统内表面设置成灰体朗 伯辐射光源，通过光线追迹，可以得到到达探测器表面的辐照度。分别设置主、次镜 表面，主镜筒，主次镜内罩内表面的发射率，通过光线追迹，可以得到系统的几个关 键表面（被探测器直接看到的表面）的热辐射到达探测器表面的杂散光能量。 同时对探测系统的噪声进行了分析，其噪声可分为两部分，即探测器本身的噪声 和入射光子的散粒噪声，也称光子噪声。为了提高红外探测系统的探测能力，就要使 整个系统的输出噪声最小。探测器的噪声由探测器的性能指标给出，选用了 Sofradir 的 Mars MW 焦平面探测器的性能指标进行分析，得到了各部分杂散光光子数的相对关 系，找到了主要的杂散光产生部件。并给出了几个关键表面热辐射杂散光的大小和温 度的关系曲线，可为系统温度和温度稳定性的分析提供参考。 国内外对红外系统中杂散辐射的研究不断进行，在杂散光计算分析方式的研究上 取得了丰硕成果的同时，仍存在诸多不足之处。例如在材料表面散射属性的数学物理 模型建模，红外辐射系统内部元件自身热辐射分析模型的建立，消杂光材料的研究， 以及杂散辐射抑制方案的设计等方面仍然需要继续深入研究，不断改进和完善。 1.3 本课题研究内容 本课题介绍杂散辐射的概念及其对光学系统成像质量和对红外辐射测温系统的危 害。针对红外辐射测温系统，对红外辐射测温仪的光机结构合理简化，建立模型。分 析红外辐射测温中的杂散光来源，利用杂散辐射分析软件 Zemax 和光线追迹的分析方 法，对建立的模型进行光线追迹分析，得出系统杂散光强度分布结果。针对分析结果， 采用组合光阑及涂抹消杂光材料的方式抑制杂散辐射，优化系统参数，提出合理抑制 杂散光的建议，为后续设计提供参考。现在将各章的内容简单介绍如下： 第一章为绪论部分，主要对课题的研究背景做了详细的介绍，分析了杂散辐射的 东北大学本科毕业设计（论文） 第一章 绪论 - 7 - 危害，以及对红外辐射杂散光研究的发展现状进行了简要说明，包括目前的研究方向 等。 第二章是对红外辐射测温仪工作原理的介绍。主要介绍了辐射测温的基本定律和 基本原理，对本课题研究的对象，在线黑体空腔理论的钢水连续测温传感器进行了结 构分析，阐述了该测温仪的温度标定装置，并对红外辐射在大气中的传输规律进行了 介绍。 第三章是对杂散光理论基础的介绍。主要对杂散光来源，传递影响因素，抑制方 法，分析模型进行了详细介绍。并阐述了两个与杂散光分析有关的概念：双向散射分 布函数（BSDF）和点源透过率（PST） ，为后续的杂散辐射仿真分析和实验验证提供了 理论依据和方案指导。 第四章是对杂散光抑制模型的建立及仿真分析的介绍。包括对 Zemax 仿真软件序 列与非序列模式的介绍，阐述了红外辐射测温仪模型的建立和相关参数（散射特性， 光源类型，杂散光源能量和光线追迹数目）的选取原则。并分别从内部杂散热辐射， 外部杂散辐射和目标光源辐射随组合光阑孔径变化规律角度，计算合理的消杂光光阑 孔径值。 第五章是对研究的红外辐射系统杂散光的实验分析部分。介绍了实验方案的制定， 以及对外部杂散辐射，内部杂散热辐射随组合光阑中消杂光光阑孔径值的变化情况进 行了实验研究，并与仿真值进行对比。 第六章对所做工作进行了总结，指出不足之处和改进措施展望。 东北大学本科毕业设计（论文） 第一章 绪论 - 8 - 东北大学本科毕业设计（论文） 第二章 红外辐射测温仪的工作原理 - 9 - 第二章 红外辐射测温仪的工作原理 温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。热辐射投射 到物体上会产生吸收、反射和透射现象。能全部吸收辐射能的物体称为“黑体” ；能全 部透射辐射能的物体称为“透明体” ；能全部反射辐射能的物体，当呈现镜面反射时称 为“镜体” ，呈现漫反射时称为“白体” 。吸收能力越强的物体，反射能力就越差。显 然，黑体、透明体、镜体、白体都是理想物体。物体的红外辐射能量的大小及其按波 长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能 量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础19。 2.1 红外辐射测温的理论基础 2.1.1 黑体辐射 黑体是指在任何温度下能完全吸收来自外界的任何波长辐射的物体，即理论上黑 体反射率和透射率均为零，吸收率为 1。实际上，任何实际物体对不同波长的入射光的 吸收率不完全为 1。黑体热辐射的基本定律是我们研究和探讨红外物理方面等以及应用 的基础，它揭露黑体表面发射的红外波段的热辐射随温度及波长而变化的定量关系20-22。 运用于黑体辐射的相关定律与公式主要有： （1）黑体辐射定律）黑体辐射定律 绝对温度为的单位面积的黑体，那么此黑体向半球空间任意方向发出的在波T 长附近处单位波长间隔内的辐射功率（又称光谱辐射出射度）与黑体温度、 b( ) MTT 辐射波长满足以下关系： (2.1) -51 b12 ( )Cexp(C /) 1MTT 式中为第一辐射常数： 1 C 28-24 1 C23.7415 10 W mmhc 为第二辐射常数： 2 C 4 2 C/1.438 10 m khc k 也称光谱辐射出射度，单位为 b( ) MT 2 W/mm 图 2.1 给出