紅外測溫系統(tǒng)原理解析

1、紅外測溫 紅外線輻射的簡稱。量子物理學(xué)知識告訴我們，自然界中任何物體每時每刻都在通過分子振動向外輻射能量，這種輻射能量是以“波”的形式出現(xiàn)的。“波”的傳播速度是一個常數(shù)，即30萬公里秒，而分子振動的頻率卻是各不相同的。紅外線輻紅外線輻根據(jù)（速度頻率波長）可知，不同振動頻率的分子發(fā)出的輻射波長是不一樣的，可見光的輻射波長范圍在0.360.72m，紫光波長最短0.36m，紅光波長最長0.72m。比紫光波長更短的輻射稱為紫外線，如光，射線等；比紅光波長更長的輻射稱為紅外線，波長一般在0.70000m之間。 射線 X 射線 紫外線 可見光 熱量 微波 無線電 .4 .7 2 6 8 15短波短波IR長

2、波長波IR波長，微米近近 IR 工業(yè)用紅外測溫儀的工作波長在工業(yè)用紅外測溫儀的工作波長在0.65至至14微米范圍內(nèi)微米范圍內(nèi)威廉赫謝爾爵士于1800年發(fā)現(xiàn)紅外線絕對零度(-273)以上的物體都輻射紅外能量William Herschel 1738 -1822123456 7 8 9 10 11 12 13 141500C 1000C542C 260C 20C 不同溫度的不同溫度的輻射輻射曲線永不會相交曲線永不會相交隨溫度增加，輻射隨溫度增加，輻射能能量增大而峰值波長減小，波長與溫度成反比量增大而峰值波長減小，波長與溫度成反比紅外能量（溫度紅外能量（溫度/熱像）熱像）波長（微米）波長（微米）10

3、2101110-110-210-310-40隨發(fā)射率變化隨發(fā)射率變化(非灰體非灰體)= 0.9 (灰體灰體)相對能量相對能量波長波長 (微米微米)= 1.0 (黑體黑體) 發(fā)射率發(fā)射率為物體的輻射度與和與該物體具有為物體的輻射度與和與該物體具有 相同溫度的黑體的輻射度之比相同溫度的黑體的輻射度之比MM“理想黑體理想黑體”“實際物體實際物體”既是完全吸收體既是完全吸收體也是完全發(fā)射體也是完全發(fā)射體部分能量被反射部分能量被反射部分能量透過部分能量透過發(fā)射率發(fā)射率 =1=1發(fā)射率發(fā)射率 11IIIIRATEEEE材料種類材料種類表面狀況表面狀況( (拋光拋光, ,粗糙粗糙, ,氧化氧化, ,噴砂噴砂

4、) )表面幾何形狀表面幾何形狀( (平面平面, ,凹凹面面, ,凸面凸面) )表面理化結(jié)構(gòu)狀態(tài)（如表面理化結(jié)構(gòu)狀態(tài)（如沉積物，氧化膜，油膜沉積物，氧化膜，油膜等）等）透過率透過率 ( ( 例 如例 如塑料薄膜塑料薄膜) )測量溫度測量溫度測量角度測量角度世界上所有的物體都會產(chǎn)生紅外線輻射。而輻射的能量則輻射的能量則與該物體的溫度成比例與該物體的溫度成比例，非接觸式溫度測量即是測量物體輻射能量的強弱，并由此得到一個與該物體溫度成比例的信號。目標(biāo)探測器信號處理和顯示453CSP1 470CEMS .85大氣窗大氣窗口口濾波片和鏡頭大氣中的水蒸氣、二氧化碳等對某些紅輻射波段不吸收大氣中的水蒸氣、二氧

5、化碳等對某些紅輻射波段不吸收或極少吸收，有利于能量進(jìn)行傳輸從而能被紅外測溫儀或極少吸收，有利于能量進(jìn)行傳輸從而能被紅外測溫儀探測到探測到. .這樣的特殊紅外波段即為所謂這樣的特殊紅外波段即為所謂“大氣窗口大氣窗口”。 紅外波段的選取要紅外波段的選取要考慮考慮 “ “大氣窗口大氣窗口”的影響的影響普郎克通過量子理論普郎克通過量子理論推導(dǎo)出的波長、溫度推導(dǎo)出的波長、溫度與黑體輻射能量的關(guān)與黑體輻射能量的關(guān)系式，它定量的確定系式，它定量的確定了不同溫度的黑體在了不同溫度的黑體在各個波段中的輻射能各個波段中的輻射能量的大小，是紅外測量的大小，是紅外測溫的理論基礎(chǔ)。溫的理論基礎(chǔ)。 普郎克定律給出了以下幾

6、點結(jié)論：普郎克定律給出了以下幾點結(jié)論：1. 物體的溫度越高，其發(fā)出的輻射能量越大。這是單色（波段）測溫儀的設(shè)計依據(jù)。2.在一定溫度下，物體在不同波長處的輻射能量不同，存在一個輻射峰值波長，即在此波長處的物體輻射能量最大。3.隨著物體溫度升高，其輻射峰值波長向短波方向移動，移動規(guī)律遵守維恩位移定律。目標(biāo)目標(biāo)探頭探頭RTE反射率反射率, , 透射率透射率, , 發(fā)射率發(fā)射率環(huán)境溫度環(huán)境溫度II = 入射能量入射能量R=反射能量反射能量T=透射能量透射能量E=發(fā)射能量發(fā)射能量要確保目標(biāo)大于儀器所測圓點的大小。目標(biāo)越小，則應(yīng)離得越近要確保目標(biāo)大于儀器所測圓點的大小。目標(biāo)越小，則應(yīng)離得越近。如果精度非常

7、重要，則要確保目標(biāo)至少是測量圓點大小的兩。如果精度非常重要，則要確保目標(biāo)至少是測量圓點大小的兩倍倍最好最好 一般一般 差差探頭探頭目標(biāo)大于測量視場目標(biāo)大于測量視場目標(biāo)等于測量視場目標(biāo)小于測量視場目標(biāo)小于測量視場實際測量時應(yīng)注意：1.1.多次測量，盡量減少誤差。多次測量，盡量減少誤差。當(dāng)測量位置不同或使用不同儀器測同一物體時，精度非常重要。當(dāng)測量位置不同或使用不同儀器測同一物體時，精度非常重要。3.3.對于運動的目標(biāo)和快速加熱的目標(biāo)響應(yīng)速度快是必需的當(dāng)溫度變化對于運動的目標(biāo)和快速加熱的目標(biāo)響應(yīng)速度快是必需的當(dāng)溫度變化 緩慢時，響應(yīng)速度快通常是不必要的緩慢時，響應(yīng)速度快通常是不必要的4.4.近可能選擇短的波長選擇將反射，