紅外檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用[學(xué)術(shù)參考]

1、紅外檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用紅外基本概念紅外線：白色的太陽(yáng)光被分成紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七色，位于可見(jiàn)光紅光外側(cè)，人眼看不見(jiàn)的光線叫紅外線。紅外線是電磁輻射頻譜的一部分，電磁頻譜中包括無(wú)線電波、微波、可見(jiàn)光、紫外線、伽馬射線和X光。紅外線是一種電磁波，它的電磁波譜圖見(jiàn)下：l 按波長(zhǎng)紅外波段通常又分成四個(gè)較小的波段：近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外、極遠(yuǎn)紅外。l 紅外線波長(zhǎng)通常以微米來(lái)表示。紅外頻譜范圍從0.7微米至1000微米。l 實(shí)踐中，紅外溫度測(cè)量使用的波段范圍為0.7微米至14微米。l 紅外線遵循可見(jiàn)光所遵循的規(guī)律：直線傳播，反射、折射。任何大于絕對(duì)零度（-273C）的物體都會(huì)向外界輻射熱能。紅外測(cè)溫儀

2、就是通過(guò)接受物體輻射的紅外能量而計(jì)算出物體的表面溫度。l 黑體：一個(gè)吸收所有碰撞它的任何波長(zhǎng)紅外輻射的物體被定義為黑體。l 黑體輻射：實(shí)際上的黑體就是一個(gè)空腔，上面開(kāi)有一個(gè)小孔，當(dāng)空腔達(dá)到某一溫度并處于熱平衡時(shí)，從小孔射出的紅外輻射就具有穩(wěn)定的特性，稱(chēng)為黑體輻射?；緹醾鲗?dǎo)理論：傳導(dǎo)模式： 輻射 傳導(dǎo) 對(duì)流l 傳導(dǎo)：熱量傳導(dǎo)取決于： 傳導(dǎo)率（k）和厚度（L） 溫差T（從一側(cè)到另一側(cè)） 面積A傳導(dǎo)率值l 常見(jiàn)材料的k值l 數(shù)值越大，傳導(dǎo)性越強(qiáng)溫差T的變化T增加，熱傳導(dǎo)也增加T降低，熱傳導(dǎo)也降低無(wú)T，也沒(méi)有傳導(dǎo)l 對(duì)流：對(duì)流傳導(dǎo)的熱能取決于： h 值（對(duì)流系數(shù)） 溫差T（從表面到該流量的一點(diǎn)） 面

3、積A對(duì)流系數(shù)（h）取決于： 流速 流量方向 表面狀態(tài) 幾何結(jié)構(gòu) 粘度不能簡(jiǎn)單地用數(shù)量表示溫差：如傳導(dǎo)情況一樣T增加，熱傳導(dǎo)也增加T降低，熱傳導(dǎo)也降低 沒(méi)有T，也沒(méi)有傳導(dǎo)l 輻射一個(gè)表面的輻射熱能取決于： = S-B 常數(shù) 發(fā)射率（） 溫度（T）一個(gè)熱表面要比一個(gè)涼爽的表面放射更多熱輻射（如果兩個(gè)是同樣材料的話）發(fā)射率： 一種材料性質(zhì) 一種“效率系數(shù)” 校正值= 0-1.0 黑體= 1.0 實(shí)體= 1.0.高發(fā)射率表面 油漆（任何顏色），絕緣帶或者強(qiáng)氧化物質(zhì)表面 可靠的、可重復(fù)的溫度測(cè)定低發(fā)射率表面 低輻射 高熱反射 必須考慮到背景 在0.6發(fā)射率以下輻射溫度難以正確地測(cè)定發(fā)射率可以根據(jù)以下而變

4、化: 材料 表面 波長(zhǎng) 溫度紅外測(cè)溫原理：l 完全理解紅外技術(shù)及其原理是準(zhǔn)確測(cè)量溫度的基礎(chǔ)。l 使用非接觸式紅外儀器測(cè)量溫度時(shí)，從待測(cè)物體發(fā)出的紅外能量通過(guò)測(cè)溫儀或熱像儀的光學(xué)系統(tǒng)，被傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該信號(hào)再顯示為溫度讀數(shù)及（或）熱像。l 紅外熱像儀：紅外熱像儀能把物體輻射的紅外能量轉(zhuǎn)變成可見(jiàn)圖像-熱像圖。通過(guò)熱像圖的可直觀地觀察物體表面或近表面層的熱狀態(tài)。l 用于紅外測(cè)溫的波長(zhǎng)段在大氣中傳導(dǎo)時(shí)，會(huì)受到各種干擾。水汽、二氧化碳、臭氧等氣體對(duì)紅外線不可忽略可吸收，再加上大氣中懸浮微粒對(duì)紅外線的吸收及散射作用，就形成了紅外輻射在大氣中的衰減。其衰減程度如圖所示。從圖中可清楚地看到有三個(gè)可透射過(guò)

5、大氣的紅外波段，它們分別是1-2.5um，3-5um，8-13um。這三個(gè)波段被稱(chēng)為紅外線的“大氣窗口”，紅外測(cè)溫系統(tǒng)大都是在這三個(gè)窗口內(nèi)選擇輻射波長(zhǎng)的。有幾種因素決定測(cè)量精度。最重要的因素是：輻射系數(shù)、距離大小比和視場(chǎng)。l 輻射系數(shù)（發(fā)射率）：輻射系數(shù)是衡量物體輻射紅外能量能力的一種度量。輻射的紅外能量與物體的溫度呈指數(shù)比例關(guān)系。輻射系數(shù)值的范圍為0（光亮鏡面，全反射鏡）到1.0（黑體、完全輻射體）。大多數(shù)有機(jī)、涂漆或氧化處理表面的輻射系數(shù)值接近0.95。如果需要測(cè)量實(shí)際溫度值，則按待測(cè)物體制造材料的輻射系數(shù)設(shè)置。所有物體均反射、透射和輻射能量。其中只有輻射的能量表示物體的溫度。紅外測(cè)溫儀或

6、熱像儀測(cè)量物體表面溫度時(shí)，會(huì)傳感全部三種能量，因而所有測(cè)溫儀均必須調(diào)節(jié)修正以只讀出輻射的能量。測(cè)量誤差通常由反射光源的能量造成。某些紅外測(cè)溫儀和熱像儀允許更改儀器的輻射系數(shù)。各種材料的輻射系數(shù)可在出版的輻射系數(shù)表中查得。幾種材質(zhì)表面的發(fā)射率某些紅外測(cè)溫儀有固定預(yù)設(shè)的輻射系數(shù)0.95，該輻射系數(shù)適用于大多數(shù)有機(jī)材料和油漆或氧化處理的物體表面。如果使用有固定輻射系數(shù)的測(cè)溫儀或熱像儀測(cè)量物體的表面溫度，可用遮蓋膠帶或啞光黑漆將待測(cè)表面蓋住予以補(bǔ)償。等待膠帶或油漆達(dá)到與待測(cè)材料溫度相同，測(cè)量其溫度，這才是物體的真實(shí)溫度。l 距離大小比（光學(xué)分辨率）：紅外測(cè)溫儀的光學(xué)系統(tǒng)收集來(lái)自圓形測(cè)量點(diǎn)的紅外能量并將

7、其聚焦到探測(cè)器上。光學(xué)分辨率是指儀器到目標(biāo)的距離與測(cè)量圓點(diǎn)尺寸相比的比率（D：S比）。該比值越大，則儀器的分辨率越好，且可從較遠(yuǎn)距離測(cè)量的目標(biāo)圓點(diǎn)尺寸越小。所有非接觸式紅外測(cè)溫儀和熱像儀都有特定的光學(xué)分辨率，用D：S比及光圖表示，用于說(shuō)明由儀器鏡頭所見(jiàn)的紅外輻射光路的幾何關(guān)系。光圖是光學(xué)分辨率的圖形表示。某些儀器配備的激光瞄準(zhǔn)裝置只是幫助瞄準(zhǔn)測(cè)量圓點(diǎn)。單激光尋點(diǎn)雙激光尋點(diǎn)環(huán)形激光尋點(diǎn)l 視場(chǎng)：目標(biāo)一定要大于儀器所測(cè)量圓點(diǎn)的尺寸。目標(biāo)越小，應(yīng)離的越近。如果精度至關(guān)重要，則要確保目標(biāo)至少是測(cè)量圓點(diǎn)尺寸的兩倍。使用紅外測(cè)溫儀器注意事項(xiàng)：l 只測(cè)量物體表面溫度。紅外測(cè)溫儀不能測(cè)量?jī)?nèi)部溫度。l 不要通過(guò)

8、玻璃進(jìn)行溫度測(cè)量。玻璃的反射和透射性能非常與眾不同，因而不能得出精確的紅外溫度讀數(shù)。建議不要用紅外測(cè)溫儀測(cè)量光亮或拋光金屬表面（不銹鋼、鋁等）。l 注意環(huán)境條件。蒸汽、灰塵、煙霧等遮住鏡頭，會(huì)坊礙精確測(cè)量。l 注意環(huán)境溫度。當(dāng)環(huán)境溫度高于目標(biāo)溫度時(shí)，要考慮環(huán)境溫度的影響。同時(shí)如果測(cè)溫儀遇到10度以上得突變環(huán)境溫差，讓儀器適應(yīng)新的環(huán)境至少20分鐘。非接觸式紅外測(cè)溫儀器典型應(yīng)用：l 預(yù)測(cè)性及預(yù)防性工業(yè)維修保養(yǎng)：檢查變壓器、配電盤(pán)、連接器、開(kāi)關(guān)裝置、旋轉(zhuǎn)設(shè)備、爐窯等。l 汽車(chē)：診斷缸頭及加熱或冷卻系統(tǒng)。l 采暖通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)l 飲食服務(wù)及安全：掃描儲(chǔ)藏、服務(wù)及存放溫度。l 過(guò)程控制及監(jiān)測(cè)：檢查鋼鐵、玻璃、塑料、水泥、造紙、食品及飲料生產(chǎn)工藝過(guò)程溫度。紅外點(diǎn)溫儀應(yīng)用：l 電氣系統(tǒng)故障檢測(cè)與維護(hù)：由于電流流過(guò)可使電氣設(shè)備產(chǎn)生熱量，所