辐射式光电传感器

基本结构与工作原理

辐射式光电传感器是光电式传感器按测量光路组成划分出的一种基本形式。其根本特征是：，即被测对象是一个辐射源，不需要另设恒定光源。被测对象发出的辐射能经光路（如透镜）汇聚后投射到光电器件上，光电器件把接收到的辐射能转换为电信号输出。辐射功率的强弱与被测参量（如温度）的高低有关，因此通过检测光电器件输出的电信号即可确定被测参量。

其信号链可概括为：被测对象（辐射源）→ 光学变换（辐射能汇聚、必要时分光与滤光）→ 光电器件（光→电转换）→ 电路处理与显示。

发射光谱与光强

任何温度高于绝对零度的物体都会向外发出热辐射，其辐射特性由发射光谱和辐射强度描述。

• 发射光谱：物体辐射能量按波长的分布。同一物体在不同温度下，辐射能量集中的波长区间不同；温度越高，辐射能量越向短波方向移动。不同材料、不同表面状态的物体，其发射光谱分布和发射能力（发射率）不同。
• 辐射强度：单位立体角内辐射功率的大小（W/sr），反映辐射能的强弱。单位面积上的辐射功率为辐照度或出射度；按波长分布描述时须用相应的光谱量（光谱辐射强度、光谱辐照度等），不能与辐射强度混称。在辐射式检测中，光电器件接收到的辐射能强弱直接对应被测参量（如温度）的高低。

光电器件接收的是某一波段范围内的辐射能，其响应还取决于器件自身的光谱响应范围，因此实际检测中常需用滤光片选择波段，使器件工作在合适的波长区间。

自辐射测温

自辐射测温直接利用被测对象自身的热辐射。被测对象温度越高，其辐射出的能量越强，光电器件接收到的辐射能也越强，输出电信号随之变化。据此可由电信号反推被测温度。辐射高温计即基于这一原理。

需要注意：光电器件输出不仅与温度有关，还与物体的发射率、被测对象与器件之间的光路传输（距离、介质吸收、透镜透过率）等因素有关。因此，单波段辐射测温在发射率未知或变化时会引入误差，适用于发射率稳定或可标定的场合。

双波段比色检测

为减小发射率变化带来的影响，可采用双波段比色检测（光电比色高温计）。其原理是：受热物体发出的辐射线中，。

实现方式：被测对象的辐射线经物镜、光阑、光导棒等光路后，由分光镜分成两路，分别经两个不同波长的滤光片照射到两个光电器件（如硅光电池）上，得到两路与各自波段辐射强度对应的电信号，再由电子电位差计等显示仪表处理。

两路信号取自同一辐射源、同一时刻，但两个波段并不自动具有相同的发射率或相同的衰减；只有在两波段发射率之比稳定、两路光路相对透射率可控且两路探测响应经过标定的条件下，比值与温度的关系才能保持，比色法对发射率变化和光路衰减的敏感度才低于单波段法，测量结果才更稳定。

典型应用与适用条件

辐射式光电变换形式不需要额外光源，典型应用包括辐射高温计、光电比色高温计、火警报警器、热成像仪等。

适用条件：被测对象自身能够发出足够强度的光辐射，且该辐射与被测参量有确定的对应关系；光电器件的光谱响应范围应覆盖被测辐射的主要波段；光路应保证辐射能被有效汇聚到器件上，并尽量减少背景辐射和介质吸收的干扰。