紅外熱像測(cè)溫技術(shù)的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用研究

引 言

自然界一切溫度高于絕對(duì)零度的物體都在以電磁波的形式向外輻射能量，其中包括O．7～1 000μm的紅外光波。紅外光具有很高的溫度效應(yīng)，這是紅外熱像測(cè)溫技術(shù)的基礎(chǔ)。

紅外熱像測(cè)溫技術(shù)是當(dāng)今迅速發(fā)展的高新技術(shù)之一，已廣泛地應(yīng)用于軍事、準(zhǔn)軍事和民用等領(lǐng)域，并發(fā)揮著其他產(chǎn)品難以替代的重要作用。美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家非常重視紅外熱像測(cè)溫技術(shù)的研究與應(yīng)用，掌握熱像測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程、應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì)，有利于啟發(fā)科學(xué)、合理的發(fā)展思路，為熱像儀的優(yōu)化發(fā)展提供方向性的支持。

1、紅外熱像測(cè)溫原理及影響測(cè)溫的因素

紅外熱像儀是能夠?qū)崿F(xiàn)熱像測(cè)溫的精密儀器，是紅外熱像測(cè)溫的核心設(shè)備。它利用實(shí)時(shí)的掃描熱成像技術(shù)進(jìn)行溫度分析，圖1所示為目前民用市場(chǎng)上應(yīng)用的主流熱像儀，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、測(cè)溫快。

紅外熱像測(cè)溫技術(shù)就是通過紅外探測(cè)器接收被測(cè)物體的紅外輻射，再由信號(hào)處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕?biāo)的視頻熱圖像的一種技術(shù)。它將物體的熱分布轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢晥D像，并在監(jiān)視器上以灰度或偽彩顯示出來，從而得到被測(cè)物體的溫度分布場(chǎng)信息。紅外熱像測(cè)溫原理如圖2所示。

由于紅外熱像儀屬于窄帶光譜輻射測(cè)溫系統(tǒng)，使用其進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)所測(cè)得的物體表面溫度，不是直接測(cè)量得到的，而是以測(cè)到的輻射能計(jì)算出來的。因此，實(shí)際測(cè)量時(shí)，測(cè)量精度受被測(cè)表面的發(fā)射率和反射率、背景輻射、大氣衰減、測(cè)量距離、環(huán)境溫度等因素的影響。

儀器接收到的被測(cè)物體表面的輻射包括目標(biāo)輻射、環(huán)境反射和大氣輻射三部分，即：

2．3 科學(xué)研究

在科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方面，紅外熱像技術(shù)顯示出其在測(cè)試物體溫度場(chǎng)方面的優(yōu)勢(shì)。王喜世等利用紅外熱像儀測(cè)量火焰溫度，侯成剛等利用其精確測(cè)試物體的發(fā)射率，都取得了較好的效果。許永華等針對(duì)高爐爐內(nèi)溫度場(chǎng)的分布及高爐布料的情況提出了一種基于紅外圖像處理的高爐溫度場(chǎng)檢測(cè)方法，通過紅外圖像處理來建立溫度場(chǎng)分布模型，結(jié)合十字測(cè)溫進(jìn)行溫度定標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了高爐溫度場(chǎng)分布在線監(jiān)視。高爐紅外熱成像儀通過高靈敏度紅外探測(cè)器，實(shí)時(shí)測(cè)溫，測(cè)量數(shù)達(dá)到十萬(wàn)個(gè)溫度點(diǎn)，溫度分辨率可達(dá)到《O．5℃（200℃目標(biāo)）。實(shí)時(shí)顯示的測(cè)試數(shù)據(jù)反應(yīng)了高爐內(nèi)物料溫度或高或低的變化，能精確測(cè)出爐頂物料的溫度，直觀地反應(yīng)出爐內(nèi)煤氣流上升的高度。這樣，高爐內(nèi)部燃燒情況的細(xì)微變化（特別對(duì)于物料的燃燒程度）可及時(shí)反應(yīng)出來，熱圖如圖5所示。

3 結(jié) 語(yǔ)

發(fā)展到目前的熱成像系統(tǒng)已是現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)、精密光學(xué)機(jī)械、微電子學(xué)、特殊紅外工藝、新型紅外光學(xué)材料與系統(tǒng)工程的產(chǎn)物。近年來，紅外熱像儀的生產(chǎn)已經(jīng)形成了較大的產(chǎn)業(yè)群，應(yīng)用也涵蓋了幾乎所有的領(lǐng)域。作為一種全新的檢測(cè)和科研手段，紅外熱成像技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣泛，也期待能在實(shí)際運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)更多的用途。

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