紅外熱像測溫技術綜述

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1、紅外熱像測溫技術綜述14摘要詳細介紹了紅外測溫技術的基本原理，紅外熱像儀的工作原理及主要性能參數(shù)，紅外熱像關鍵技術及研究熱點。概括分析了影響紅外熱像儀測溫精度的因素。最后介紹了紅外熱像儀的廣泛應用。關鍵詞：紅外測溫，紅外熱像儀，紅外探測器，非制冷焦平面陣14目錄引言1一、紅外測溫基本原理11.1紅外輻射11.2黑體輻射定律11.2.1普朗克輻射公式11.2.2斯蒂芬-波爾茲曼定律21.2.3維恩位移定律31.2.4朗伯余弦定律31.3實際物體的紅外輻射定律4二、紅外熱像儀結構及主要性能參數(shù)42.1紅外熱像儀結構42.2紅外熱像儀主要性能參數(shù)5三、關鍵技術及研究熱點73.

2、1紅外探測器技術73.2非制冷紅外焦平面陣列技術73.3光學讀出非制冷紅外焦平面陣列技術83.4非均勻性校正83.5紅外圖像與可見光圖像配準問題83.6盲元問題93.7校準技術9四、影響測溫精度的因素104.1探測器性能的影響104.2距離的影響104.3環(huán)境溫度的影響104.4大氣衰減的影響104.5目標發(fā)射率的影響11五、紅外熱像儀的應用125.1在電力行業(yè)上的應用125.2在森林防火上的應用125.3在醫(yī)學上的應用12結束語：1314引言紅外測溫技術具有非接觸、快速、準確等優(yōu)勢，紅外熱像儀不僅可準確地測量物體的溫度，還可以獲得與被測物表面熱分布場相對應的熱像圖。紅

3、外熱像技術在軍事、安防、產(chǎn)品質量控制和監(jiān)測、設備在線故障診斷和安全保護等領域有重要的應用，其發(fā)展和應用前景廣闊。一、紅外測溫基本原理1.1紅外輻射人眼能夠感受的可見光的波長為：0.38~0.78微米。比0.38微米短的電磁波位于可見光光譜紫色以外，稱為紫外線，比0.78微米長的電磁波位于可見光光譜紅色以外，稱為紅外線。紅外輻射，是指波長為0.78~1000微米的電磁波。1.2黑體輻射定律眾所周知，凡是溫度高于絕對零度的物體都可以發(fā)射熱輻射。黑體是在同一溫度下，熱力學平衡狀態(tài)下具有最大發(fā)射能力的物體。絕對黑體被用做輻射能量的絕對標準，廣泛地應用于紅外設備的絕對校準、各種材

4、料輻射特性測量、紅外探測器和紅外測溫計定標等方面。1.2.1普朗克輻射公式對黑體的光譜特性進行測定，所得光譜輻射出射度隨波長變化的曲線如圖1-1所示。由圖可見，對應于每一溫度，曲線都有一極大值，且隨溫度升高，輻射迅速增大，曲線極大值也逐漸移向短波側。普朗克提出了能量量子化和能量玻爾茲曼分布假設，得到著名的普朗克輻射公式（1-1），從理論上解釋圖1-1的黑體輻射實驗曲線。(1-1)14式中C1=3.741833×10-16W?m2為第一輻射常數(shù)，而C2=1.438832×10-2m?K為第二輻射常數(shù)。圖1-1黑體輻射實驗曲線對應于不同的溫度，利用普朗克定律可以繪制出一族曲

5、線。普朗克輻射定律是關于黑體輻射光譜分布規(guī)律的定律，是所有定量計算紅外輻射的基礎。1.2.2斯蒂芬-波爾茲曼定律將式(1-1)對所有波長積分，便可得到描述單位面積黑體輻射到半球空間的總輻射功率，即（1-2）式中為黑體輻射常數(shù)，=5.7×10-8W?m2/K4黑體全輻射出射度和絕對溫度的四次方成正比，因此，溫度T微小的變化就會引起輻射出射度的較大變化。如果能探測到黑體的單位表面積發(fā)射的總輻射功率，就能確定黑體的溫度。斯蒂芬-波爾茲曼定律是黑體輻射功率隨溫度的變化規(guī)律，是所有紅外測溫技術的理論基礎。141.2.3維恩位移定律對于一定的溫度T，絕對黑體的光譜輻射出射度有一極大

6、值。絕對溫度越高，值就越短。輻射的功率就越集中于短波端。黑體溫度T與之間有關系式（1-3）式中b=2.897×10-3m?K在一般可達到的溫度下，與絕對黑體光譜輻射出射度極大值相對應的波長位于紅外區(qū)。例如，T=4000K時，=0.72，輻射峰值才落到可見光的紅光部位。通常要先根據(jù)被測目標的大致溫度范圍，利用維恩位移定律，以確定紅外系統(tǒng)的工作波段。1.2.4朗伯余弦定律郎伯余弦定律描述了輻射的空間分布定律，如圖1-2示，即黑體在任意方向上的輻射強度與觀測方向相對于輻射表面法線夾角的余弦成正比，表示為。圖1-2郎伯余弦定律示意圖14此定律表明，黑體在輻射表面法線方向的輻射最

7、強。因此，實際做紅外檢測時，應盡可能選擇在被測表面法線方向進行，如果在與法線成角方向檢測，則接收到的紅外輻射信號將減弱成法線方向最大值的倍。1.3實際物體的紅外輻射定律黑體是理想化的輻射體，在自然界中理想的黑體是不存在的，大量的非黑體輻射才是自然界中的普遍現(xiàn)象。實際物體的輻射出射度除了依賴于溫度和波長外，還與構成該物體的材料性質及表面狀態(tài)等因素有關。引入一個衡量物體輻射性能好壞的參數(shù)—發(fā)射率ε來修正實際物體輻射的輻出度，得到公式（1-4）只要知道目標物體的發(fā)射率ε和全輻射出射度MT，就可以得到目標物體表面溫度，這正是紅外測溫技術的重要理論