紅外輻射測溫技術(shù)概述

紅外輻射測溫技術(shù)1.原理所有的物體都是由不斷震動的原子構(gòu)成，原子的能量越高，振動的頻率越大。所有微粒的震動，包括這些原子，生成電磁波譜。物體的溫度越高，微粒的震動就越快，因此光譜的輻射能量就越高。結(jié)果，所有物體都不停的以自身的波長頻率向外輻射。一切高于絕對零度的物體都存在紅外輻射現(xiàn)象，物體紅外輻射能量的大小及其按波長的分布情況，都與物體的表面溫度有關(guān)。通過對物體表面輻射能量的測定，并通過一定的信號轉(zhuǎn)換，最終確定物體的表面溫度，這就是紅外輻射測溫技術(shù)的基本原理。2．特點紅外線測溫儀可以測量所有目標物體釋放的紅外能量，具有響應快的特點。通常被用于測量移動和間歇性目標，真空狀態(tài)下的目標，由于惡劣環(huán)境空間限制以及安全威脅無法由人接觸的目標。盡管在有些情況下使用其它設備也可以完成，但成本相對較高。3.輻射測溫的基本方法紅外測溫(全輻射式測溫)由斯蒂芬-玻爾茲曼定律知全輻射出射度式中：a為黑體輻射常數(shù)，a=5.7X10-8Wm2K-4。當絕對黑體與黑體的總輻射亮度相等時，絕對黑體的溫度叫做非黑體的輻射溫度。實際上，真正的黑體是不存在的，對于實際情況，輻射力和光譜輻射力可分別表示為E=￡E (3.15)bE=sE (3.16)入 入入eYTYE=用 (3.18)由式(3.15)和(3.18)可知，只要測出全波長總輻射出度，則被測物體的溫度就可以確定。測量的溫度T與實際溫度T之間的關(guān)系式為：r(3.19)式中：E——物體的發(fā)射率；E——物體光譜發(fā)射率；入T——實際物體真實溫度(K)；T——黑體溫度，即實際物體的輻射溫度(K)；rE(T) 所有波長的實際物體的總發(fā)射率。不同的物體，其全輻射率差異很大。在已知條件下，根據(jù)式(3.18)可以通過測量實際物體的輻射溫度計算出實際溫度。亮度測溫(單色輻射測溫)當實際物體(非黑體)在某一波段下的單色輻射出射度同絕對黑體在同一波長下的單色幅射度相等時，則該該黑體的溫度稱為實際物體的亮度溫度，表達式為：(3.20)在常用的溫度與波長范圍內(nèi)，式(3.18)可以用維恩公式表示為(3.21)由式(3.20)可知，知道波長為L的光譜發(fā)射率和用高溫計測得的亮度溫度厶后，就可以用式(3.20)求出實際物體的真實溫度T。物體的光譜發(fā)射E 越小，入，T亮度溫度「與真實溫度T之間的差距越大。因為0<E W1,則，因此物體的亮度溫度耳5T。亮度測溫法，靈敏度較高，它是目前應用較廣泛的輻射測溫方法，但是它要依賴E 來修正斗，而往往E 的大小決定于材料的性質(zhì)、表面形狀、溫度和光的波長，很難精確得到。E的準確度將影響系統(tǒng)得測量精度，所以亮度測入，T溫法還存在很多不足。比色測溫(雙色輻射測溫)比色式輻射溫度計是根據(jù)物體在兩個相鄰波長下的輻射能量密度之比來確定物體溫度的。單位面積物體在半球方向、單位時間的輻射通量由普朗克公式(3.12)給出。在TV3000K，并且L較小(L<2\m)時，維恩近似成立：M(1,T)=FlAlCjlA*(I5)exp(lC|2/AT)取波長入］和入2處輻射率的比值，可得

M(A1.T)dA2 人(3.23)(3.24)(3.23)考慮兩波長處的帶寬相等，并將￡(M(A1.T)dA2 人(3.23)(3.24)(3.23)考慮兩波長處的帶寬相等，并將￡(入J簡記￡]，可得(3.25)雙波長測溫方法就是假設￡1等于￡2,于是所測得的溫度TS(比色溫度)為:物體真實溫度與比色溫度的誤差為：(3.26)對一輻射體，測出在兩波長處輻射能量的比值R(T)，再利用公式(3.14)確定其溫度的方法稱為雙波長測溫法，所得溫度為TS。如果從其它途徑獲知匚的值,則可利用公式(3.25)得到物體的真實溫度。12對于存金屬表面，工隨波長的增加而減小，即對入＜入一時，有￡]＜￡2，此12時「＞T，測溫偏高。即入即入＜入時，有￡12對于金屬氧化物及非金屬材料，工隨波長的增加而升高,]V￡2，此時Ts＜T，測溫偏低。對于黑體或灰體，￡為常數(shù)，即￡「￡2，此時Ts=T。這種測溫精度高，抗干擾能力強，所以比色測溫是輻射測溫中提高測溫精度的有效方法。3.4多波長輻射測溫當采用超過兩個波長來測量溫度時，都稱作多波長測溫，目前有一些特殊場合已經(jīng)開始嘗試三波長方法，近年來也有很多學校核科研單位開始研究多波長的理論和方法，取得了一定成果，但儀器都處于實驗室階段。由于其實現(xiàn)較復雜，目前其實用化還有一定困難。4.輻射測溫方法的比較全輻射溫度、亮溫度恒小于物體表面的真實溫度。實際上，由于紅外探測器的光譜響應，光學系統(tǒng)透射比，大氣介質(zhì)的吸收等因素的限制，所謂全輻射測溫是不可能的。在亮溫度測量中，也同樣存在著光學系統(tǒng)效率低下的輻射能量損失。色溫度測量和前兩者不同，它的測量取決于輻射功率之比。因此，上述諸因素的影響甚微。由上述分析還可知，對于發(fā)射率較小的物體，全輻射測溫和亮溫度測溫相對誤差都較大。對于發(fā)射率較高的材料，三種測溫法均適宜。全輻射測溫和亮溫度測溫都必須知道被測物體發(fā)射率的絕對值。而雙波長輻射測溫則只要知道兩個