红外热成像系统的基本原理

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1、琳莽称铃铃非琳莽铃莽夔红外热像仪蜚莽.l洲夸.冬l八莽外舞非莽莽莽莽莽非莽莽红外热成像系统的基本原理华北电力试验研究所程玉兰【内容提要】本文详细阐述了红外热成像的基本原理,介绍了红外热成像探浏波段的选择和。,红外热成像仅的基本构成同时从理论上分析了影响红外热成像系统浏温精度的。各种因素.1可绘出空间分辩率和温度分辩率都、刁旨,一前口较好的设备温度场的两维图形2.、它可自一定距离处提供非接触非,世间万物都会按其表面温度自然地辐射干扰式的测量。3.它可,红外线红外热成像系统正是利用红外探测提供快速和实时的测量从而、,器光学成像物镜和光机扫描系统在不接允许我们进行温度瞬

2、态研究和大范围设备的,快速观察;触的情况下接收物体表面的红外辐射信号,.、。将该信号转变为电信号后再经电子系统处4它具有全被动式全天候的特点,理传至显示屏上得到与景物表面热分布相发展到目前的热成像系统已是窄禁带半“”。,、、、应的实时热图像从而人类借助热成导体技术精密光学机械微电子学特殊、像系统把景物的不可见热图像转换为可见图红外工艺新型红外光学材料与系统工程学。,,。的产物若从人类1800年现红外辐射算起像使人类的视觉范围扩展到了红外谱段发,由于热成像系统探测的是目标自身发射至少经历了前人近两个世记的探索与迫求“,。‘的热辐射所以物体的热图像提供了有才有今天高度

3、发展的热成像技术也只是,、,关物体自身状态的重要信息它表明了物体到本世纪五十年代初六十年代中由于探。,表层的热状态对于涉及热辐射的所有领域测器的改进和快速灵敏光子探测器(锗掺汞“”。,、它是一种理想的无损检测工具象X和锑化锢)的间世才导致试验性原理性,。射线一样能以不同于普通视觉感受的方式热成像系统的诞生在以后的发展中遇到的、,提供信息一物体表面发射率和物体内部容热主要间题是可靠性价格及维修保管这在,。耗散的量度从而可揭示物体中尚未被察觉今天仍具有现实意义的或异常的状态。,所以热成像是用于勘查电热成像设备是比较容易掌握的但由于、,力运行设备检测过热异常和温度变化的

4、得利用热成像仪测量温度的误差来源很多其。;,、力工具它具有如下特点中有属于使用方面的如目标的辐射特性,目标尺寸及测量距离等也有热成像仪本身二、红外辐射。,的问题故要达到完善和正确地使用还需、、、、红外辐射与物体温度的关系要对辐射原理红外光学红外探测器特性、。大气特性测温原理等有较深入的了解,由于物质分子热运动的结果所有物体,。都发射电磁波见图l,‘以f//////:/.波桩线无电/沙/光兄可外乞辈厂///外远扛//外扛近/卜/0即卯妙好激怀司电磁波部分谱图,“,任何物体只要它的温度高于绝对零度红外波的只有在300C时即近于白炽.“,,(一2了315C)就有一部分热

5、能转变为辐射灯丝的温度其辐射能才包含足够多的可见。,。.。能由于这种辐射是不同波长电磁波的混合光(04一07协m),,.,故辐射与物体温度有关温度不同辐射的波红外辐射占07一100卯m的波长领域,。、、。长组成不同辐射能的大小也不同辐射能一般可被划分为近中远红外三个区域,..量中有可见光及不可见的红外线两部分被近红外07一25拼m,.物体吸收后转化为热能故又称为热辐射中红外25一30件m。,能热辐射就是物体温度升高而发出的辐射远红外30一1000件m,也叫温度辐射这是因为热辐射的强度及光、。2几个定义谱成分取决于辐射的温度红外辐射是肉眼不能直接观察到的一种(1)黑

6、体能把投射到它上面的热辐射能,,;射线是比可见光中最长波还要长的电磁波全部吸收的物体。其长波部分与无线电波中的微波相接像(2)白体能全部反射掉投射到它上面的其它形式的电磁辐射一样遵循相同的物理定;热辐射能的物体,,、、、律以光速传播可被吸收散射反射(3)透明体能透过全部热辐射能的物体,、,,折射衍射和偏振它可由普朗克辐射定律(4)灰体既能吸收也能反射热辐射的。。描述物体,,,物体的温度在千度以下的其热辐射中根据基尔霍夫定律黑体既能完全吸收。,最强的波均为红外辐射当物体温度达到300因而也就极大辐射所以黑体的辐射就表示。,,C时这些热辐射中最强的波波长为5件m了一个

7、物体在任何波长和已知温度下它能辐0。。即在红外区;到s00C左右才会出现褐色射的最大功率黑体的总发射能量W由斯O,辉光;即使当温度达so0C时此时辐射已娣芬一波尔兹曼定律表示为,“”ba。4有足够的可见光而形成自发光呈现赤热W=T,。S一一一全状态但它绝大部分的发射能量仍是属于式中a=57x10一Wm一“K。T一一黑体绝对温度8一14件m段。“3辐射率红外热成像系统正是利用从物体放出的,这就热辐射能来测定其温度的要求物体有百,分之百的辐射能力即只有黑体才能被用l五。于准确测温而自然界中真正的黑体是不存,、曰在的在工程上遇到的固体液体等实体都,图2(距离30。)。,

8、大气传导率