红外热像测温技术及其应用研究

　　0　引　言

　　自然界一切温度高于绝对零度的物体都在以电磁波的形式向外辐射能量,其中包括0·7~1 000μm的红外光波。红外光具有很高的温度效应,这是红外热像测温技术的基础。

　　红外热像测温技术是当今迅速发展的高新技术之一,已广泛地应用于军事、准军事和民用等领域,并发挥着其他产品难以替代的重要作用。美国、德国、英国、法国等发达国家非常重视红外热像测温技术的研究与应用,掌握热像测温技术的发展进程、应用领域和发展趋势,有利于启发科学、合理的发展思路,为热像仪的优化发展提供方向性的支持。

　　1　红外热像测温原理及影响测温的因素

　　红外热像仪是能够实现热像测温的精密仪器,是红外热像测温的核心设备。它利用实时的扫描热成像技术进行温度分析,图1所示为目前民用市场上应用的主流热像仪,其结构简单、功能强大、测温快。

　　红外热像测温技术就是通过红外探测器接收被测物体的红外辐射,再由信号处理系统转变为目标的视频热图像的一种技术。它将物体的热分布转变为可视图像,并在监视器上以灰度或伪彩显示出来,从而得到被测物体的温度分布场信息。红外热像测温原理如图2所示。

　　由于红外热像仪属于窄带光谱辐射测温系统,使用其进行温度测量时所测得的物体表面温度,不是直接测量得到的,而是以测到的辐射能计算出来的。因此,实际测量时,测量精度受被测表面的发射率和反射率、背景辐射、大气衰减、测量距离、环境温度等因素的影响[1-4]。

　　仪器接收到的被测物体表面的辐射包括目标辐射、环境反射和大气辐射三部分,即:

　　其中,Eλ为仪器接收到的辐射;Ebλ为黑体辐射;To为被测物体表面温度;Tu为环境温度;Ta为大气温度;ελ为表面发射率;aλ为表面吸收率;τaλ为大气的光谱透射率;εaλ为大气发射率。

　　1.1　发射率的影响

　　由式(1)等号右边第一项可知,使用红外热像仪进行温度测量,其最大的不确定因素是被测物体的发射率,该发射率是由操作者自行找出再输入红外热像仪的。确定物体发射率的难度在于影响发射率的因素很多,主要取决于材料的种类、材料表面状况和物体的表面温度等。

　　1.2　背景的影响

　　式(1)等号右边第二项为背景投向被测物体并被反射的辐射能。由该式可知,被测物体的发射率越高,背景影响越小;背景温度越高,背景影响越大;当被测物体温度与背景温度相近时,背景影响引起的误差较大。