红外热像仪测温计算与误差分析

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1、第卷第期红外技术白卯年月介卯系统与设计红外热像仪测温计算与误差分析杨立海军工程学院热工教研室,武汉,的【摘要】根据红外辐射理论,通过分析红外热像仪测温的基本原理,得到了计算被测表面真实温度的通用计算公式讨论了影响红外热像仪测量温度误差的各种因素,给出了估计测温误差的计算公式本文的结果包含了人们在灰体近似等条件下得到的一些特例。【关键词】红外热像仪,温度测量,误差分析,辐射测温引言由于热成像测温系统是属于窄谱辐射成像测量设备,受被测表面的发射率、反射率或吸收率、环境温度、大气温度、测量距离和大气衰减等因素的影响,降低了

2、红外热像仪测温的准确性,也影响了热像仪在一些领域中的应用本文根据热辐射理论和红外热像仪的测温原理,系统分析了各种因素对红外热像仪测温的影响,给出了被测物体表面发射率、吸收率、大气透射率、环境温度和大气温度误差对测温误差影响的理论计算公式。热像仪测温原理红外热像仪测温是靠接收被测物体表面发射的辐射来确定其温度的。实际测量时,热像仪接收到的有效辐射包括部分目标自身辐射、环境反射辐射和大气辐射。被测物体表面的辐射亮度为几,一劝几劝劝几其中第一部分为表面光谱辐射亮度,第二部分为反射的环境光谱辐射亮度。为被测物体表面温度,为环

3、境温度,。为表面发射率,,为表面反射率,以为表面吸收率。作用于热像仪的辐射照度为一瓦成民气几仄劝、一叼几仄十气几仄均其中,。为热像仪最小空间张角所对应的目标的可视面积,为该目标到测量仪器之间的距离,通常一定条件下,一为一常值,、为大气的光谱透射率,气为大气发射率。热像仪通常工作在一拼或一召两个波段探测器在工作波段上积分人射的辐射能,并把它转化为一个与能量成正比的电信号。人射在探测器上的某波长的辐射功率为几二瓦其中,为热像仪透镜的面积。收稿日期卯一一©1994-2010ChinaAcademicJournalElect

4、ronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net望尧〕年月杨立红外热像仪测温计算与误差分析“辐射“率相应的信”电压“一、‘上乒侈,,上式中风为探测器的光谱响应度它表示了红外探测器把红外辐射能转变为电信号的能力,一,气、、几通常可由于热像仪是工作在某一个很窄的波段拼或一拜之间气认为与又无关,则式可写成一一“,、、、。卜、、。粼卜。卜碑气八之△之匕盛一一’,△,又一,令取黑几劝则式变为一“凡勺均,,。,。,对一些非金属表面如满足灰体近似则,对大气如认为。

5、二气一几则州几黝一卜一动均、,,式就是热像仪测温的通用基本公式当几时且认为风与又无关时式就是文献的结果,如下式二「。一￡丑测温计算令,伶‘几一,气式变为卜劝」匀,‘。当,、,气,其中表示热像仪指示的辐射温度被测表面为黑体大气透射率且时’。,￡均热像仪的辐射温度就是物体表面的真实温度当时热像仪的辐射温度不等于物体的。,仪。,,,真实温度式中如即认为被测物体为灰体且凡二一几时式就是热像仪测温计算〔习常用的基本公式‘一“卜劝一动勒由普朗克辐射定律知一·。又一一’,一一。加仆和刹口其中,一严,印·,分别为第一、第二辐射常数。

6、不同的红外探测器的光谱响应度随波长。裘又的变化是不同的文献给出了种不同的探测器的光谱响应随波长的变化,见图。根据穷、随,几的变化关系积分匀可得澎”之声叨一,对仰探测器一一。劝一一抑值为对一户探图红外探测器的光谱响应,拜测器值为对一代©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net红外技术心探,测器值为将式代人式得‘”,几卜一,」凡,、,。,,、。’加、,二,‘、,、、凡朋’。’。‘

7、一‘。’欲倒衣四县大姐反阱省熟刀一飞万万一”一万,。九当使用不同波段的热像仪时的取值不同这一点尤其需引起人们的注意,。“,一几,当被测表面满足灰体近似时且若认为大气气则式变为一、一·一矛、、二巨二青州了’一一一一一’式变为告叶音叫这就是计算灰体表面真实温度的计算公式当近距测温时,,则、式变为‘。,‘”一兀础”“,‘”幻’一一这是人们经常用到的公式,,、当被测表面温度较高时很小则式变为‘砂加石,,一这就类似文献【和的结果但文献中取值为这仅适合长波拼热像仪测温的计算当已知被测表面的发射率时,用式或式就可由测出的辐射温度算

8、出被测表面的真实温度也可根据式算出被测面上两点的温度差如热像仪测出目标表面两点的辐射温度为,和三这两点的真实温度差应为。,‘。‘,·△一一一一一刀一兀主一卜写奈『石·,。￡,可见当被测表面为灰体时被测表面真实温差与表面发射率有关当取时即认为被测表面,△为黑体则二一卜,￡,真实温差就是热像仪指示的辐射温差当时随的取值不同计算出被测面两点间的温差就