红外基础道理介绍[精华]

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1、红外基本原理介绍03•报警系统2009-12-1610:18阅读2评论0字号：大中小口然界中的一切物体只要它的温度高于绝对温度(-273。0就存在分了和原了无规则的运动，其表面就不断地辐射红外线。红外线是一种电磁波，它的波长范围为0.78~lOOOum,不为人眼所见。红外成像设备就是探测这种物体表面辐射的不为人眼所见的红外线的设备。它反映物体表面的红外辐射场，即温度场。注意：红外成像设备只能反映物休表面的温度场。对于电力设备红外检测与故障诊断的基木原理就是通过探测被诊断设备表面的红外辐射信号，从而获得设备的热状态特征，并根据这种热状态及适当的判据，作出设备有无故障及故障属性、出现位置和严重程度

2、的诊断判别。为了深入理解电力设备故障的红外诊断原理，更好的检测设备故障，下而将初步讨论一下电力设备热状态与其产生的红外辐射信号之间的关系和规律影响因素和DL500E的工作原理。一.红外辐射的发射及其规律(%1)黑体的红外辐射规律所谓黑体简单讲就是在任何情况下对一切波长的入射辐射吸收率都等于1的物体，也就是说全吸收。显然，因为口然界中实际存在的任何物体对不同波长的入射辐射都有一定的反射(吸收率不等于1),所以，黑体只是人们抽象出来的-•种理想化的物体模型。但黑体热辐射的基本规律是红外研究及应用的基础，它揭示了黑体发射的红外热辐射随温度及波长变化的定量关系。下面，我着重介绍其屮的三个基本定律。1.

3、辐射的光谱分布规律-普朗克辐射定律一个绝对温度为T(K)的黑体，单位表面积在波长X附近单位波长间隔内向整个半球空间发射的辐射功率(简称为光谱辐射度)MXb(T)与波长入、温度T满足下列关系：MXb(T)=C1X-5[EXP(C2/入T)-1]-1式中Cl-第一辐射常数，C1二2Jihc2=3.7415X108w•m-2•um4C2-第二辐射常数,C2=hc/k=l.43879X104um•k普朗克辐射定律是所有定量计算红外辐射的基础，介绍起來比较抽象，这里就不仔细讲了。2.辐射功率随温度的变化规律-斯蒂芬-玻耳兹曼定律斯蒂芬-玻耳兹曼定律描述的是黑体单位衣面积向整个半球空间发射的所有波长的总辐

4、射功率Mb(T)(简称为全辐射度)随其温度的变化规律。因此，该定律为普朗克辐射定律对波长积分得到：Mb(T)=f0°°M入b(T)d入二oT4式中。=ji4C1/(15C24)=5.6697X10-8w/(m2•k4),称为斯蒂芬-玻耳兹曼常数。斯蒂芬-玻耳兹曼定律衣明，凡是温度高于开氏零度的物体都会自发地向外发射红外热辐射，而黑体单位表而积发射的总辐射功率与开氏温度的四次方成正比。而且只要当温度有较小变化时，就将会引起物体发射的辐射功率很大变化。那么，我们可以想象一下，如果能探测到黑体的单位表面积发射的总辐射功率，不是就能确定黑体的温度了吗？因此，斯蒂芬-玻耳兹曼定律是所冇红外测温的基础。1

5、.辐射的空间分部规律-朗伯余弦定律所谓朗们余弦定律就是黑体在任意方向上的辐射强度与观测方向相对于辐射表面法线夹角的余弦成正比，如图所示te二tocose此定律表明，黑体在辐射表面法线方向的辐射最强。因此，实际做红外检测时。应尽可能选择在被测表而法线方向进行，如果在与法线成()角方向检测，则接收到的红外辐射信号将减弱成法线方向最大值的COS9倍。(%1)实际物体的红外辐射规律1.基尔霍夫定律物体的辐射出射度M(T)和吸收本领a的比值M/a与物体的性质无关，等于同一温度下黑体的辐射出射度MO(T)o其表明，吸收本领大的物体，其发射本领大，如果该物体不能发射某一波长的辐射能，也决不能吸收此波长的辐射

6、能。2.发射率实验表明，实际物体的辐射度除了依赖丁•温度和波长外，述与构成该物体的材料性质及表面状态等因素有关。这里，我们引入一个随材料性质及表面状态变化的辐射系数，则就可把黑体的基木定律应用于实际物体。这个辐射系数，就是常说的发射率，或称之为比辐射率，其定义为实际物体与同温度黑体辐射性能之比。这里，我们不考虑波长的影响，只研究物体在某一温度下的全发射率：e(T)=M(T)/MO(T)则斯蒂芬-玻耳兹曼定律应用于实际物体可表示为：M(T)二e(T).oT4(%1)发射率及其对设备状态信息监测的影响物体对于给定的入射辐射必然存在着吸收、反射和透射，而且吸收率a,反射率P和透射率t之和必然等于1：

7、a+p+t=1而且，其反射和透射部分不变。因此，在热平衡条件下，被物体吸收的辐射能量必然转化为该物体向外发射的辐射能量。由此口J断定，在热平衡条件下，物体的吸收率必然等于该物体在同温度下的发射率：a(T)=e(T)其实由基尔霍夫定律，我们也可以推断出以上公式：M(T)/a(T)=M0(T)£(T)=a(T)e(T)=M(T)/MO(T)则对于一个不透明的物体£(T)=1-P(T)根据上式，我们不难