热红外技术的温度测量综述

题目：红外技术的温度测量综述

学院：材料与冶金学院＿专业：新能源科学与工程

班级：能源121班＿

学号：1208020198＿

学生姓名：严子良＿

2016年1月1日

红外技术的温度测量综述

摘要：本文主要是介绍红外技术用于温度测量的应用，包括红外技术的基本原理以及红外热像仪的工作原理和性能参数。红外热像仪属于非接触式温度计，在生活中或其它工作中都有广泛的应用。

关键字：红外技术温度原理

1前言

随着科学技术的发展，传统的接触式测温方式以不能满足现代一些领域的测温需求，对非接触、远距离测温技术的需求越来越大。，普通温度测量技术经过相当长时间的发展已近于成熟。目前，随着经济的发展日益需要的是在特殊条件(如高温、强腐蚀、强电磁场条件下或较远距离)下的温度测量技术。红外测温技术具有非接触、快速、准确等有点，正好符合了对非接触式测温技术的发展需求。

红外热像仪是红外测温技术的应用，它不仅可准确地测量物体的温度，还可以获得与被测物表面热分布场相对应的热像图。红外热像技术在军事、安防、产品质量控制和监测、设备在线故障诊断和安全保护等领域有重要的应用，其发展和应用前景广阔。

2红外测温基本原理

任何物体的温度高于热力学温度零度时就有能量释放，其中以热能方式向外发射的那一部分称为热辐射。红外测温技术就是根据这部分热辐射来计算物体的温度。从而测出物体的温度的高低。

根据普朗克定律，绝对黑体的单色辐射出射度M0λ[W/(m2•m]为：

M0λ=c1λ-5(e c2/λT-1)（1-1）

式中，c1=3.74x10-16W•m2为普朗克第一辐射常量；c2=1.438x10-2m•K为普朗克第二辐射常量；

对黑体的光谱特性进行测定，所得光谱辐射出射度随波长变化的曲线如下图1，由图可见，对应于每一温度，曲线都有一极大值，且随温度升高，辐射迅速增大，曲线极大值也逐渐移向

短波侧。

普朗克提出了能量量子化

和能量玻尔兹曼分布假设，得

到著名的普朗克辐射公式

（1-1）。

对应于不同的温度，利用

普朗克定律可以绘制出一簇曲

线。普朗克辐射定律是关于黑

体辐射光谱分布规律的定律，

是所有定量计算红外辐射的基

础。

3红外热像仪

红外热像仪是能够实现热像测温的精密仪器，属于窄带光谱辐射测温系统。其结构如下图所示。

其中红外焦平面阵列是红外热像仪的红外辐射敏感元件和光电转换元件。热像仪利用光学成像物镜接收被测目标的红外辐射能量分布，“成像”到红外焦平面阵列上集成的众多红外探测器像元上，热辐射能量被转换为电信号，经焦平面阵列输出，经过信号调理、A/D转换后成为数字信号，然后经过非均匀性校正及其他一些数字图像处理手段，获得灰度图像。

利用伪彩色变换技术对灰度图像进行了增强,输出彩色图像到显示屏，提高了人眼的分辨力。这种热像图与物体表面的温度分布场相对应，再现了目标各部分的辐射起伏，包含着目标的特型。通俗地讲红外热像仪就是将物体表面不同区域发出的不可见红外能量转变为可见的相对应的热图像。原始灰度图像中的每一个点的灰度值与被测物体上相应点发出并到达焦平面阵列上相对应像元的辐射能量相对应。经过相应公式计算和修正，就可以从红外热像仪的图像上读出被测物体表面的每一个点的辐射温度值。

4红外热像仪主要性能参数

(1)探测器类型：指使用哪种红外器件。民用领域使用的非制冷型红外探测器有热电偶型、热释电型、微热辐射型等种类。

(2)探测器像素：焦平面阵列上像元的集成度，集成度越高，分辨率就越高，成本也越高。目前民用产品中广泛使用640x480像素。

（3）工作波段：指红外热像仪中所选择的红外探测器的响应波长区域。一般是3~5μm或8~13μm，这两个范围也是大气透过窗口。

（4）视场：使物体能在热像仪焦平面上成像的物空间的最大张角。

（5）最小聚焦距离：清晰地拍摄目标的最近距离。这是由红外热像仪镜头镜头焦距，反映了可识别的距离。

（6）空间分辨率：表征热像仪对目标空间形状的分辨能力，通常以mrad(毫弧度)来表示。mrad的值越小，表明其分辨率越高。弧度值乘以半径等于弦长，即目标的直径。

（7）温度量程：指在一定精度要求下，能够测量被测物温度的范围。

（8）温度分辨率：可以简单定义为仪器或使观察者能从背景中精确地分辨出目标辐射的最小温度差。

（9）帧频：热像仪每秒钟产生完整图像的画面数，单位为Hz。

（10）显示方式:指屏幕显示是黑白显示还是伪彩显示。

（11）探测距离、识别距离和辨认距离。

5总结

红外热像仪是利用红外扫描原理测量物体的表面温度分布，是根据红外测温技术而生产的测温计。红外热像仪的应用非常广泛，最早且最重要的应用是在军事领域。随着经济的稳定发展，还在不断有新的行业、新的应用产生。其中最传统的应用是电力行业、工业预维护行业。所有的工厂里都有电机、控制柜、管道等，这些都会不可避免发生故障，而用红外热像仪检验发热来判断是最有效的安全防范方法。安防、消防、石化、钢铁行业、科研机构、高等学府等的应用也在不断加强中。

参考文献：

【1】李刚.红外热像测温技术综述.2011

【2】严兆大.热能与动力工程测试技术，机械工业出版社.2005