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Mikron M330黑體爐：校準(zhǔn)不同波段探測(cè)器，確保測(cè)溫精度

在高溫非接觸測(cè)量領(lǐng)域中，如何確保紅外或多波長(zhǎng)高溫計(jì)的測(cè)量精度，是設(shè)備能否穩(wěn)定應(yīng)用于工業(yè)與科研的重要前提。Mikron M330黑體爐作為一款性能優(yōu)越的高溫輻射標(biāo)準(zhǔn)源，在新型光纖多波長(zhǎng)高溫計(jì)的校準(zhǔn)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，特別是在不同波段探測(cè)器響應(yīng)特性的修正和精度驗(yàn)證中提供了不可替代的支持。

一、校準(zhǔn)目的：建立探測(cè)器響應(yīng)與輻射強(qiáng)度的定量關(guān)系

多波長(zhǎng)高溫計(jì)通常由多個(gè)探測(cè)器組成，用以覆蓋紫外（UV）、可見(jiàn)光（VIS）和近紅外（NIR）多個(gè)波段。本文所述的測(cè)溫系統(tǒng)使用CCD（200–1050 nm）和InGaAs（1000–1700 nm）兩種探測(cè)器。在實(shí)際應(yīng)用中，不同波段的探測(cè)器對(duì)相同溫度下的輻射響應(yīng)存在差異，因此需要通過(guò)黑體輻射源建立其輻射傳遞函數(shù)（Radiation Transfer Function, RTF），以實(shí)現(xiàn)輻射強(qiáng)度到真實(shí)溫度的準(zhǔn)確反演。

二、Mikron M330黑體爐的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

Mikron M330黑體爐具備高發(fā)射率、寬溫度范圍（300°C 至 1700°C）及優(yōu)良的溫度穩(wěn)定性，非常適合用作高溫光學(xué)測(cè)量設(shè)備的校準(zhǔn)源。其可調(diào)溫黑體輻射特性使得用戶可選取多個(gè)穩(wěn)定溫度點(diǎn)，進(jìn)行系統(tǒng)性、分波段的校準(zhǔn)操作，是多波長(zhǎng)溫度測(cè)量中最理想的校準(zhǔn)工具之一。

三、校準(zhǔn)過(guò)程詳解

1. 黑體溫度設(shè)置

為了覆蓋系統(tǒng)的主要測(cè)溫范圍，實(shí)驗(yàn)選取了 800°C、900°C、1000°C、1100°C、1200°C 五個(gè)溫度點(diǎn)，對(duì)兩個(gè)探測(cè)器通道分別進(jìn)行標(biāo)定。

2. 數(shù)據(jù)采集與非線性修正

每一溫度點(diǎn)下，分別采集CCD與InGaAs的輸出信號(hào)，并進(jìn)行如下修正：

• 先減去暗電流噪聲（${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">V</span>}}_{\text{<span style="font-size: 14px;">dark</span>}}$V_{text{dark}}）；

• CCD通道還需應(yīng)用五階多項(xiàng)式校準(zhǔn)函數(shù) $\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">F</span>}<span\; style="font-size:\; 14px;">(</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">x</span>}<span\; style="font-size:\; 14px;">)</span>$F(x) 進(jìn)行非線性補(bǔ)償；

• InGaAs通道因其響應(yīng)線性良好，無(wú)需非線性校正。

3. 輻射響應(yīng)函數(shù)計(jì)算

在獲取修正后的信號(hào) ${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">V</span>}}_{\text{<span style="font-size: 14px;">correct</span>}}$V_{text{correct}} 后，結(jié)合Mikron M330在該溫度下的黑體輻射理論值 ${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">I</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">b</span>}<span\; style="font-size:\; 14px;">,</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">\lambda </span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">(</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">T</span>}<span\; style="font-size:\; 14px;">)</span>$I_{b,lambda}(T)，計(jì)算系統(tǒng)的輻射傳遞函數(shù)：

$${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">\gamma </span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">\lambda </span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">=</span>\frac{{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">V</span>}}_{\text{<span style="font-size: 14px;">correct</span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">?</span>{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">V</span>}}_{\text{<span style="font-size: 14px;">dark</span>}}}{{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">I</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">b</span>}<span\; style="font-size:\; 14px;">,</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">\lambda </span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">(</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">T</span>}<span\; style="font-size:\; 14px;">)</span>}$$gamma_lambda = frac{V_{text{correct}} - V_{text{dark}}}{I_{b,lambda}(T)}

該函數(shù)用于描述探測(cè)器在某一波長(zhǎng)下對(duì)真實(shí)輻射強(qiáng)度的響應(yīng)能力，是后續(xù)精確測(cè)溫的基礎(chǔ)。

4. 精度分析與誤差評(píng)估

通過(guò)比較各溫度下的γλ與其平均值，分析相對(duì)誤差α，結(jié)果顯示：

• 在優(yōu)化波段（CCD通道的700–1000 nm，InGaAs通道的1100–1650 nm）內(nèi)，γλ的相對(duì)誤差小于 2%；

• 不同波段的誤差分布為系統(tǒng)溫度反演提供了有效的不確定度評(píng)估依據(jù)。

5. 應(yīng)用于實(shí)際測(cè)溫

利用上述校準(zhǔn)結(jié)果，研究人員成功測(cè)量了多個(gè)黑體溫度點(diǎn)（1173 K、1273 K、1373 K、1473 K），最大測(cè)量誤差僅為 ±5 K，充分驗(yàn)證了Mikron M330在校準(zhǔn)中提供的高精度與穩(wěn)定性。

四、結(jié)語(yǔ)：校準(zhǔn)保障測(cè)量，標(biāo)準(zhǔn)支撐應(yīng)用

Mikron M330黑體爐不僅是實(shí)驗(yàn)室中的高精度參考源，更是推動(dòng)多波長(zhǎng)高溫計(jì)實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用的重要技術(shù)支撐。通過(guò)對(duì)CCD和InGaAs通道的系統(tǒng)校準(zhǔn)，該黑體爐幫助研究人員建立起測(cè)量信號(hào)與真實(shí)溫度之間的準(zhǔn)確關(guān)系，為航空航天、金屬加工、燃燒測(cè)溫等復(fù)雜環(huán)境中的非接觸式溫度測(cè)量提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。未來(lái)，隨著測(cè)溫系統(tǒng)應(yīng)用范圍的拓展，Mikron M330的角色將愈加重要，其在高溫輻射測(cè)量中的標(biāo)準(zhǔn)功能將持續(xù)發(fā)揮關(guān)鍵作用。