红外测温技术在表面温升快速检测中的应用

　　0　引言

　　电器行业在我国进出口贸易中占有重要地位。近年来,国内外媒体多次报道了因家用电器质量问题而引发的恶性安全事故,给电器产品的检验监管工作敲响了警钟。

　　引发电器产品安全事故的原因有多种,其中异常温升是最重要的诱因之一。电器产品在正常或故障条件下工作时,如何直观地监控全场温度变化、有效地检测异常温升部位、正确地判断产品质量好坏,预防潜在安全隐患,已经成为电器安全问题的焦点[1]。目前,有关电器产品安全性能的大多数检测项目限定在实验室内完成[2],对工作人员及检测环境要求较高,电器产品的检验监管工作正日益繁忙。因此,急需开发一套快速、准确、便捷的测温系统。

　　红外测温技术具有全场性、实时性、便捷性和非破坏性等优点。这种测温技术反应速度快、温度测量范围宽、检测效率高,已经引起各方面的普遍重视[3-8]。本文将红外测温技术应用于电器产品表面温升快速检测中,为检验监管工作提供有力支持。

　　1　红外测温技术简介

　　1. 1　红外测温技术原理

　　1800年,英国天文学家F.W.赫胥尔首先发现了红外辐射。经过几代科学家100多年的探索,总结出了正确的辐射定律,为成功研制红外辐射热像仪奠定了理论基础。红外辐射能够直观反映被测物体的温度分布,原因在于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,其辐射能包括各种波长。红外光具有很强的温度效应,这正是辐射测温技术所关注的。红外测温技术的理论基础是普朗克分布定律。该定律揭示了黑体辐射能量在不同温度下按波长的分布规律,其数学表达式为:

　　Ebλ=c1λ-5ec2/λT-1(1)

　　式中:Ebλ为黑体的光谱辐射出射度,W·cm-2·μm-1;c1=3.741 5×10-12W·cm2,为第一辐射常数;c2=1.438 79 cm·K,为第二辐射常数;λ为光谱辐射的波长,μm;T为黑体的绝对温度, K[9]。

　　由式(1)可知,黑体的辐射强度只与温度、辐射波长密切相关。式(1)是热辐射领域中重要的定律,为光学测温学奠定了坚实的理论基础。

　　1. 2　红外辐射的检测

　　由红外测温原理可知,测定被测物体的温度分布被转化为测量其红外辐射能量的分布。目前,红外辐射最常用的检测仪器为红外热像仪。

　　红外热像仪由红外光学系统探测器、信号处理电路及显示输出等组成,其原理是根据物体的红外辐射特性,依靠其内部光学系统将物体的红外辐射能量汇聚到探测器,并转换成电信号,再通过放大电路、补偿电路及线性处理后,在显示终端显示被测物体温度。当被测物体被引入测试系统中时,红外光学系统对目标物进行扫描,将其辐射出的热量记录下来,并在短时间内将这些信息转化为图像送入红外探测器中。红外探测器对图像进行光电转化,将光学信号转化为电信号,并送入信号处理电路进行处理,再送入显示器显示,形成红外热像图。这种热像图与物体表面的热分布场相对应。