前言

在自然界中，任何物理、化學(xué)的過程都與溫度密切相關(guān)，溫度是確定物質(zhì)狀態(tài)的重要參數(shù)之一。因此溫度的測量與控制在國防、軍事、科學(xué)實驗及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中都顯得尤為重要。隨著科技的迅速發(fā)展，高溫、超高溫、低溫、超低溫等非常態(tài)實驗及工程應(yīng)用越來越多，技術(shù)越來越復(fù)雜。另外，武器型號、重大裝備及精密制造技術(shù)的發(fā)展也對溫度測量的要求越來越高，特別是高溫測量在航天、材料、能源、冶金等領(lǐng)域中的應(yīng)用更加重要。

隨著技術(shù)發(fā)展的日新月異、行業(yè)需求的不斷提高，輻射測溫技術(shù)在一定程度上解決了被測物體的真實溫度與輻射溫度之間的關(guān)系問題。本書是在我的博士學(xué)位論文《基于紅外熱像儀的溫度測量技術(shù)及其應(yīng)用研究》的基礎(chǔ)上，融入了近年來課題組在輻射測溫領(lǐng)域的最新研究成果編寫而成的。感謝哈爾濱工業(yè)大學(xué)戴景民教授和孫曉剛教授的支持與幫助。本書取得了國家自然科學(xué)基金（60377037）、陜西省科技廳自然科學(xué)基礎(chǔ)研究重點項目（2022JZ-35）、陜西省教育廳自然科學(xué)基礎(chǔ)研究專項（10JK571）經(jīng)費的資助與支持。

本書根據(jù)輻射測溫及比色測溫原理，建立了紅外輻射測溫及寬波段比色測溫的理論模型，消除目標(biāo)輻射源對真實溫度測量的影響。本書針對較低溫度的目標(biāo)輻射源提出采用寬波段比色測量方法，降低發(fā)射率的影響，搭建了寬波段比色測溫實驗平臺并進(jìn)行應(yīng)用研究。本書所涉及的具體研究工作如下。

（1）研究紅外輻射原理及基本輻射定律，包括普朗克定律、維恩位移定律、斯特藩-玻爾茲曼定律；分析輻射測溫方法，如全輻射測溫法、亮度測溫法、比色測溫法和多光譜測溫法，比較它們的特點和優(yōu)缺點，為寬波段比色測溫的研究提供理論基礎(chǔ)。

（2）建立紅外輻射測溫物理模型。根據(jù)熱輻射理論和紅外輻射的測溫原理，系統(tǒng)分析了各種因素對輻射測溫的影響，得到被測物體表面發(fā)射率、表面吸收率、大氣透過率、環(huán)境溫度和大氣溫度對測溫誤差的影響。結(jié)合物體表面對紅外線的發(fā)射和反射作用，以及紅外線在大氣中傳輸?shù)奈锢磉^程，得到在不同精度及測量條件下的校準(zhǔn)曲線，應(yīng)用了 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，用于溫度標(biāo)定實驗中的灰度與溫度的特性曲線擬合，建立了紅外輻射測溫物理模型，為紅外熱像儀的精確測溫提供了保證。

（3）大氣透過率的二次標(biāo)定。通過研究被測物體表面的發(fā)射率、反射率和透射率，并結(jié)合紅外物理中的三大輻射定律得到被測物體表面的有效輻射。建立了輻射測溫方程及目標(biāo)溫度場和等效溫度場的轉(zhuǎn)換模型。提出了紅外熱像儀外場精確測溫方法，進(jìn)行了大氣透過率的二次標(biāo)定，利用二次修正系數(shù)對未知輻射源測量值進(jìn)行修正，準(zhǔn)確測量出未知輻射源目標(biāo)的輻射溫度。

（4）建立寬波段比色測溫物理模型。寬波段比色測溫理論是建立在材料輻射特性、測溫系統(tǒng)現(xiàn)有設(shè)計及制造水平、各種元器件（包括濾光片的帶通透過率、探測器響應(yīng)率）計量測試水平基礎(chǔ)之上的。比色測溫物理模型的建立是寬波段比色測溫系統(tǒng)研制、系統(tǒng)溫度測量范圍及測溫精度評價的關(guān)鍵。

（5）搭建寬波段比色測溫系統(tǒng)平臺。綜合考慮寬波段比色測溫技術(shù)研究設(shè)計的影響因素，如探測波長、探測器類型、光路帶寬等，系統(tǒng)選擇合適的器件以確保數(shù)據(jù)測量的精確度，理論模型實驗數(shù)據(jù)的仿真及分析，為寬波段比色測溫系統(tǒng)的成果搭建提供了依據(jù)。

（6）寬波段比色測溫系統(tǒng)的應(yīng)用。使用面源黑體對寬波段比色測溫系統(tǒng)進(jìn)行了標(biāo)定及校準(zhǔn)，利用校準(zhǔn)后的實驗系統(tǒng)進(jìn)行實物的溫度測量。通過該測溫系統(tǒng)實測了水、燃燒的蠟燭、可控溫電熱爐等的溫度，驗證了寬波段比色測溫系統(tǒng)測溫的準(zhǔn)確性和有效性。

（7）AI疫情防控監(jiān)測系統(tǒng)。提出利用改進(jìn)的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行紅外溫度檢測，通過局部接受域來執(zhí)行函數(shù)映射，利用 Arduino Nano開發(fā)板驅(qū)動MLX90614紅外溫度傳感器，依據(jù)測試環(huán)境確定RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱層基函數(shù)的個數(shù)、中心向量及寬度，同時采用 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法實現(xiàn)溫度補(bǔ)償，提升了模型泛化能力及紅外溫度傳感器的溫度檢測精度。通過該系統(tǒng)可以快速、準(zhǔn)確地實現(xiàn)行人面部口罩識別、紅外溫度檢測、物體追蹤檢測、人臉識別及身份驗證等，同時具有自動語音播報、報警等功能。

本書在寫作過程中，朱永燦、烏江參與了校對工作，王瑞華、段姣姣、張蕾濤、李嘉鵬、朱景坤、謝蓉蓉、劉杏瑞、拜曉樺參與了圖形繪制及信息收集等工作，在此表示感謝！另外，本書還參考了大量的國內(nèi)外文獻(xiàn)資料，在此對相關(guān)作者表示真誠的感謝。本書得到了西安工程大學(xué)的大力支持，在此對西安工程大學(xué)的相關(guān)人員表示衷心的感謝。

由于作者水平有限，書中難免有疏漏和不足之處，懇請讀者批評指正。

李云紅

2022年6月