红外热像测温技术综述

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1、红外热像测温技术综述14摘要详细介绍了红外测温技术的基本原理，红外热像仪的工作原理及主要性能参数，红外热像关键技术及研究热点。概括分析了影响红外热像仪测温精度的因素。最后介绍了红外热像仪的广泛应用。关键词：红外测温，红外热像仪，红外探测器，非制冷焦平面阵14目录引言1一、红外测温基本原理11.1红外辐射11.2黑体辐射定律11.2.1普朗克辐射公式11.2.2斯蒂芬-波尔兹曼定律21.2.3维恩位移定律31.2.4朗伯余弦定律31.3实际物体的红外辐射定律4二、红外热像仪结构及主要性能参数42.1红外热像仪结构42.2红外热像仪主要性能参数5三、关键技术及研究热点73.

2、1红外探测器技术73.2非制冷红外焦平面阵列技术73.3光学读出非制冷红外焦平面阵列技术83.4非均匀性校正83.5红外图像与可见光图像配准问题83.6盲元问题93.7校准技术9四、影响测温精度的因素104.1探测器性能的影响104.2距离的影响104.3环境温度的影响104.4大气衰减的影响104.5目标发射率的影响11五、红外热像仪的应用125.1在电力行业上的应用125.2在森林防火上的应用125.3在医学上的应用12结束语：1314引言红外测温技术具有非接触、快速、准确等优势，红外热像仪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

3、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。一、红外测温基本原理1.1红外辐射人眼能够感受的可见光的波长为：0.38~0.78微米。比0.38微米短的电磁波位于可见光光谱紫色以外，称为紫外线，比0.78微米长的电磁波位于可见光光谱红色以外，称为红外线。红外辐射，是指波长为0.78~1000微米的电磁波。1.2黑体辐射定律众所周知，凡是温度高于绝对零度的物体都可以发射热辐射。黑体是在同一温度下，热力学平衡状态下具有最大发射能力的物体。绝对黑体被用做辐射能量的绝对标准，广泛地应用于红外设备的绝对校准、各种材

4、料辐射特性测量、红外探测器和红外测温计定标等方面。1.2.1普朗克辐射公式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图1-1所示。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），从理论上解释图1-1的黑体辐射实验曲线。(1-1)14式中C1=3.741833×10-16W•m2为第一辐射常数，而C2=1.438832×10-2m•K为第二辐射常数。图1-1黑体辐射实验曲线对应于不同的温度，利用普朗克定律可以绘制出一族曲

5、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。1.2.2斯蒂芬-波尔兹曼定律将式(1-1)对所有波长积分，便可得到描述单位面积黑体辐射到半球空间的总辐射功率，即（1-2）式中为黑体辐射常数，=5.7×10-8W•m2/K4黑体全辐射出射度和绝对温度的四次方成正比，因此，温度T微小的变化就会引起辐射出射度的较大变化。如果能探测到黑体的单位表面积发射的总辐射功率，就能确定黑体的温度。斯蒂芬-波尔兹曼定律是黑体辐射功率随温度的变化规律，是所有红外测温技术的理论基础。141.2.3维恩位移定律对于一定的温度T，绝对黑体的光谱辐射出射度有一极大

6、值。绝对温度越高，值就越短。辐射的功率就越集中于短波端。黑体温度T与之间有关系式（1-3）式中b=2.897×10-3m•K在一般可达到的温度下，与绝对黑体光谱辐射出射度极大值相对应的波长位于红外区。例如，T=4000K时，=0.72，辐射峰值才落到可见光的红光部位。通常要先根据被测目标的大致温度范围，利用维恩位移定律，以确定红外系统的工作波段。1.2.4朗伯余弦定律郎伯余弦定律描述了辐射的空间分布定律，如图1-2示，即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，表示为。图1-2郎伯余弦定律示意图14此定律表明，黑体在辐射表面法线方向的辐射最

7、强。因此，实际做红外检测时，应尽可能选择在被测表面法线方向进行，如果在与法线成角方向检测，则接收到的红外辐射信号将减弱成法线方向最大值的倍。1.3实际物体的红外辐射定律黑体是理想化的辐射体，在自然界中理想的黑体是不存在的，大量的非黑体辐射才是自然界中的普遍现象。实际物体的辐射出射度除了依赖于温度和波长外，还与构成该物体的材料性质及表面状态等因素有关。引入一个衡量物体辐射性能好坏的参数—发射率ε来修正实际物体辐射的辐出度，得到公式（1-4）只要知道目标物体的发射率ε和全辐射出射度MT，就可以得到目标物体表面温度，这正是红外测温技术的重要理论