红外测温培训ppt课件
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21
5、大气衰减的影响
• 大气对红外辐射有吸收、散射、折射等物理过程， 对物体的红外辐射强度会有衰减作用，我们称之为 消光。
• 大气的消光作用与波长相关，有明显的选择性。红 外在大气中有三个波段区间能基本完全透过，我们 称红之外为（3大~气5u窗m口），，分远为红近外红（外8 （~ 104.7u6m~）1.。1um），中
红外测温技术讲解
1
一、红外技术原理
2
什么是红外线?
红外线是1800年英国物理学家赫胥尔发 现的，任何温度高于绝对零度（-273ºC） 的物体都会发出红外线,又称红外辐射.
红外线是从物质内部发射出来的；反映 物体表面的温度场。
3
红外光谱在电磁波中的位置
4
大气传输
大多数红外成像系统采用的响应光谱范围为大气吸收较 小的波长。大气传输率的光谱范围称为“大气窗口”。
3.电阻改变以电信号的形式被探测。
4.不需要冷却，因为采用直接加热 的效应。
9
2、非制冷焦平面探测器
• 采用微型辐射热量探测器 • 工作原理：类似热敏电阻，即探测
器吸收入射的红外辐射，致使自身 的温度升高，从而导致探测器阻值 发生变化，在外加电流的作用下可 以产生电压信号输出。
10
3、红外镜头
• 能够将红外辐射能量聚焦到探测 器上的特殊镜头。
• 材料是锗单晶，表面镀金钢石。 • Ge是红外长波仪器镜头最好的材
料，但价格昂贵。
11
4、红外热像仪的基本参数
• 帧频：反映探测器变化快慢的量。如 HY6800帧频是50Hz,即1/50秒。
12
空间分辨率
• 空间分辨率 ：红外热像仪分辨物体的能力，单位 mrad。可理解为测量距离和目标大小的关系。
四、红外检测专业术语
• 3.4、环境温度参照体 ： 用来采集环境温度的 物体。它不一定具有当时的真实环境温度， 但具有与被检测设备相似的物理属性，并与 被测检测设备处于相似的环境之中。
13
瞬时视场和分辨率的关系
单元数量
空间分辨率有以下公式计算
空间分辨率 FOV （ｒａｄ）
FOV
=
单元数量
X
180
FOV 角 θ
14
空间分辨率
• 24°标准镜头的视场角为24° ×18°，空间分辨 率为1.3mrad。
计算方式如下：
空间分辨率(FOV ) =
• •
×
24° 320（像素数）
wenku.baidu.com
=0.0013 rad
20
4、物体之间的辐射传递的影响
• 物体对于给定的入射辐射必然存在着吸收、 反射，而当达到热平衡后，其吸收的辐射 能必然转化为向外发射的辐射能。因此， 当我们在一个变电站中，检测任意一个目 标时，所检测出来的温度，必然还存在着 附近其它物体的影响。
• 因此，我们在检测时，要注意检测的方向 和时间，使其它物体的影响降到最小。
8
二、红外热像仪器成像理论
采用由红外电磁能产生的热效
应引起的材料性能改变原理。
红外辐射E
温度升高
加热 传感器
电阻降低
V = R•I
V: 电压变化 R: 由于红外吸收引起的电阻变化 I:通过辐射测热仪的恒定电流
1.红外辐射以电磁波的形式进入传 感器，传感器吸收红外辐射，传感 器温度升高。
2.传感器电阻改变。
23
四、红外检测专业术语
• 3.3、相对温差：两个对应测点之间的温 差与其中较热点的温升之比的百分数。 相对温差δt可用下式求出：
t
1 2 1
100 %
T1 T1
T2 T0
100 %
式中：τ1和T1——发热点的温升和温度；
τ2和T2——正常相对应点的温升和温 度；
T0——环境参照体的温度。 24
16
NETD • NETD又称温度分辨率 • 是评价热成像系统探测灵敏度
的一个客观参数.
17
三、影响红外测温的因素
• 1.观测角度的影响 • 朗伯余弦定律所谓朗伯余弦定律,就是黑体在任意
方向上的辐射强度与观测方向相对于辐射表面法 线夹角的余弦成正比。
• 此定律表明，黑体在辐射表面法线方向的辐射最 强。因此，实际做红外检测时，应尽可能选择在 被测目标表面法线方向进行。
18
2、不同材料的影响
• 不同性质的材料因对辐射的吸收或反 射性能各异，因此它们的发射性能也 应不同。一般当温度低于300k时，金 属氧化物的发射率一般大于0.8。
19
3、表面状态的影响
• 任何实际物体表面都不是绝对光滑的，总 会表现为不同的表面粗糙度。因此，这种 不同的表面形态，将对反射率造成影响， 从而影响发射率的数值。这种影响的大小 同时取决于材料的种类。例如，对于非金 属电介质材料，发射率受表面粗糙度影响 较小或无关。但是，对于金属材料而言， 表面粗糙度将对发射率产生较大影响。另 外，应该强调，除了表面粗糙度以外，一 些人为因素，如施加润滑油及其他沉积物 (如涂料等)，都会明显地影响物体的发射率。
• 空间分辨率为1.3mrad的热像仪,：如果被测目标与 热像仪之间距离为100m，那么0.13M大小的物体 在热像仪的镜头聚焦,并投影到探测器上,正好充满 1个探测器单元像数. 0.26M大小的物体在热像仪的 镜头聚焦,并投影到探测器上,正好充满四个探测器 单元像数,并能确保必然充满其中一个像数.
18=01.3 mrad
15
空间分辨率
• 为了保障红外图片细节的清晰和测温准确性， 对不同类型电气设备拍摄需要采用不同的镜头。
• 变电站内设备拍摄时一般采用24°标准镜头 （高压套管、避雷器，独立CT等）。
• 近距离线路设备拍摄采用12°镜头（如35kV户 外线路电缆头等）
• 远距离线路设备拍摄采用7°三倍镜头（如 500kV线路耐张线夹等）。
• 不过，请注意，即使工作在大气窗口内，大气对红 外辐射还是有消光作用。尤其，水蒸气对红外辐射 的影响最大。因此，在检测时，最好在湿度小于 85%以下，距离则越近越好。
22
四、红外检测专业术语
• 3.1、温升 ：被测设备表面温度和环境 温度参照体表面温度之差。
• 3.2、温差 ：不同被测设备或同一被测 设备不同部位之间的温度差。
5
黑体和发射率
• 黑体是指吸收所有入射光线而不反射或透 射的物体即黑体所吸收的红外线能量与发 射红外线能量相等。
• 辐射率又称发射率：是实际物体与同温度 的黑体，在相同条件下辐出度的比值。
• 影响辐射率的因素：材料、粗糙度、温度 等。
6
二、红外热像仪器成像理论
7
1、红外热像仪成像原理
• 它的探测目标物体自身发射的 “热辐射”，将红外能量转换成 电信号，通过电子处理，最终转 化为人眼可见的红外图象。
5、大气衰减的影响
• 大气对红外辐射有吸收、散射、折射等物理过程， 对物体的红外辐射强度会有衰减作用，我们称之为 消光。
• 大气的消光作用与波长相关，有明显的选择性。红 外在大气中有三个波段区间能基本完全透过，我们 称红之外为（3大~气5u窗m口），，分远为红近外红（外8 （~ 104.7u6m~）1.。1um），中
红外测温技术讲解
1
一、红外技术原理
2
什么是红外线?
红外线是1800年英国物理学家赫胥尔发 现的，任何温度高于绝对零度（-273ºC） 的物体都会发出红外线,又称红外辐射.
红外线是从物质内部发射出来的；反映 物体表面的温度场。
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红外光谱在电磁波中的位置
4
大气传输
大多数红外成像系统采用的响应光谱范围为大气吸收较 小的波长。大气传输率的光谱范围称为“大气窗口”。
3.电阻改变以电信号的形式被探测。
4.不需要冷却，因为采用直接加热 的效应。
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2、非制冷焦平面探测器
• 采用微型辐射热量探测器 • 工作原理：类似热敏电阻，即探测
器吸收入射的红外辐射，致使自身 的温度升高，从而导致探测器阻值 发生变化，在外加电流的作用下可 以产生电压信号输出。
10
3、红外镜头
• 能够将红外辐射能量聚焦到探测 器上的特殊镜头。
• 材料是锗单晶，表面镀金钢石。 • Ge是红外长波仪器镜头最好的材
料，但价格昂贵。
11
4、红外热像仪的基本参数
• 帧频：反映探测器变化快慢的量。如 HY6800帧频是50Hz,即1/50秒。
12
空间分辨率
• 空间分辨率 ：红外热像仪分辨物体的能力，单位 mrad。可理解为测量距离和目标大小的关系。
四、红外检测专业术语
• 3.4、环境温度参照体 ： 用来采集环境温度的 物体。它不一定具有当时的真实环境温度， 但具有与被检测设备相似的物理属性，并与 被测检测设备处于相似的环境之中。
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瞬时视场和分辨率的关系
单元数量
空间分辨率有以下公式计算
空间分辨率 FOV （ｒａｄ）
FOV
=
单元数量
X
180
FOV 角 θ
14
空间分辨率
• 24°标准镜头的视场角为24° ×18°，空间分辨 率为1.3mrad。
计算方式如下：
空间分辨率(FOV ) =
• •
×
24° 320（像素数）
wenku.baidu.com
=0.0013 rad
20
4、物体之间的辐射传递的影响
• 物体对于给定的入射辐射必然存在着吸收、 反射，而当达到热平衡后，其吸收的辐射 能必然转化为向外发射的辐射能。因此， 当我们在一个变电站中，检测任意一个目 标时，所检测出来的温度，必然还存在着 附近其它物体的影响。
• 因此，我们在检测时，要注意检测的方向 和时间，使其它物体的影响降到最小。
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二、红外热像仪器成像理论
采用由红外电磁能产生的热效
应引起的材料性能改变原理。
红外辐射E
温度升高
加热 传感器
电阻降低
V = R•I
V: 电压变化 R: 由于红外吸收引起的电阻变化 I:通过辐射测热仪的恒定电流
1.红外辐射以电磁波的形式进入传 感器，传感器吸收红外辐射，传感 器温度升高。
2.传感器电阻改变。
23
四、红外检测专业术语
• 3.3、相对温差：两个对应测点之间的温 差与其中较热点的温升之比的百分数。 相对温差δt可用下式求出：
t
1 2 1
100 %
T1 T1
T2 T0
100 %
式中：τ1和T1——发热点的温升和温度；
τ2和T2——正常相对应点的温升和温 度；
T0——环境参照体的温度。 24
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NETD • NETD又称温度分辨率 • 是评价热成像系统探测灵敏度
的一个客观参数.
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三、影响红外测温的因素
• 1.观测角度的影响 • 朗伯余弦定律所谓朗伯余弦定律,就是黑体在任意
方向上的辐射强度与观测方向相对于辐射表面法 线夹角的余弦成正比。
• 此定律表明，黑体在辐射表面法线方向的辐射最 强。因此，实际做红外检测时，应尽可能选择在 被测目标表面法线方向进行。
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2、不同材料的影响
• 不同性质的材料因对辐射的吸收或反 射性能各异，因此它们的发射性能也 应不同。一般当温度低于300k时，金 属氧化物的发射率一般大于0.8。
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3、表面状态的影响
• 任何实际物体表面都不是绝对光滑的，总 会表现为不同的表面粗糙度。因此，这种 不同的表面形态，将对反射率造成影响， 从而影响发射率的数值。这种影响的大小 同时取决于材料的种类。例如，对于非金 属电介质材料，发射率受表面粗糙度影响 较小或无关。但是，对于金属材料而言， 表面粗糙度将对发射率产生较大影响。另 外，应该强调，除了表面粗糙度以外，一 些人为因素，如施加润滑油及其他沉积物 (如涂料等)，都会明显地影响物体的发射率。
• 空间分辨率为1.3mrad的热像仪,：如果被测目标与 热像仪之间距离为100m，那么0.13M大小的物体 在热像仪的镜头聚焦,并投影到探测器上,正好充满 1个探测器单元像数. 0.26M大小的物体在热像仪的 镜头聚焦,并投影到探测器上,正好充满四个探测器 单元像数,并能确保必然充满其中一个像数.
18=01.3 mrad
15
空间分辨率
• 为了保障红外图片细节的清晰和测温准确性， 对不同类型电气设备拍摄需要采用不同的镜头。
• 变电站内设备拍摄时一般采用24°标准镜头 （高压套管、避雷器，独立CT等）。
• 近距离线路设备拍摄采用12°镜头（如35kV户 外线路电缆头等）
• 远距离线路设备拍摄采用7°三倍镜头（如 500kV线路耐张线夹等）。
• 不过，请注意，即使工作在大气窗口内，大气对红 外辐射还是有消光作用。尤其，水蒸气对红外辐射 的影响最大。因此，在检测时，最好在湿度小于 85%以下，距离则越近越好。
22
四、红外检测专业术语
• 3.1、温升 ：被测设备表面温度和环境 温度参照体表面温度之差。
• 3.2、温差 ：不同被测设备或同一被测 设备不同部位之间的温度差。
5
黑体和发射率
• 黑体是指吸收所有入射光线而不反射或透 射的物体即黑体所吸收的红外线能量与发 射红外线能量相等。
• 辐射率又称发射率：是实际物体与同温度 的黑体，在相同条件下辐出度的比值。
• 影响辐射率的因素：材料、粗糙度、温度 等。
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二、红外热像仪器成像理论
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1、红外热像仪成像原理
• 它的探测目标物体自身发射的 “热辐射”，将红外能量转换成 电信号，通过电子处理，最终转 化为人眼可见的红外图象。