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1、N第2卷第期.红外技术V白24IJ卯年7月9介卯9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43的33)【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1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)、、、测量
2、距离和大气衰减等因素的影响,,环境温度大气温度降低了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,、吸收率、、环境温给出了被测物体表面发射率大气透射率度和大气温度误差对测温误差影响的理论计算公式。2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3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Lb;+P**=e,b*+:;L(劝几(
3、劝L(劝(l一J几(uT)(l),。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oT为被测物体表面温,,,,。。*p,以;度uT为环境温度为表面发射率为表面反射率为表面吸收率作用于热像仪的辐射照度为一2瓦=成d民气几仄劝+、(l一叼几仄uT)十气几仄均1()z,。,,其中A为热像仪最小空间张角所对应的目标的可视面积d为该目标到测量仪器之间的距离通,o一2,,。常一定条件下Ad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2一5拼m或8一13召In两个波段.探测器在工作波段上积分人射的辐
4、射,。能并把它转化为一个与能量成正比的电信号R人射在探测器上的某波长的辐射功率为几二瓦.A(3),。R其中A为热像仪透镜的面积收稿日期:1卯8一10一121望尧〕年7月杨立:红外热像仪测温计算与误差分析R“辐射“率相应的信”电压“:一、`上乒侈,,.上式中3j[它表示了红外探测器把红外辐射能转变为电信号的能力风为探测器的光谱响应度,,、、*由于热像仪是工作在某一个很窄的波段2一5拼m或8一13拜m之间气气几通常可认为与又无关,则(4)式可写成:一一:;+“,、d0、、((卜)、、(ibL(粼{卜{。{。+x1卜。碑
5、(5)气LJ八之J△之JJ匕盛jRo一’,△,*,令K一AAd取J黑几()Td又一f(劝则(5)式变为Vs=KaTs[f(勺+(l一“)f(uT)]+凡f(均]}(6){,,,。,对一些非金属表面如满足灰体近似则。=,对大气如认为。二气=1一几则K=州几s[f(黝+(1一s)f(u)T卜l(一动f(均}](7)、(7)式就是热像仪测温的通用基本公式.当=1,又无关时,(6)几时且认为风与(7)式就是文献4[],:。的结果如下式K二K「f(nT)+(1一￡)f(丑)1(8)3测温计算令K/K=f(oT,)伶)`(6)
6、式变为f(oT)=几卜f(劝+(l一,)f(uT)」+气f(匀(10),`。,,,其中oT表示热像仪指示的辐射温度当被测表面为黑体大气透射率、=1且气=o时f(’oT)=f(均.热像仪的辐射温度就是物体表面的真实温度。当￡<1时,热像仪的辐射温度不等于物体的。,仪=。,,凡,真实温度(10)式中如即认为被测物体为灰体且二1一几时(11)式就是热像仪测温计算〔习常用的基本公式`“f(oT)=aT卜f(劝+(1一)f(uT)]+(l一动f(勒(11)由普朗克辐射定律3[]知一*·一一’,(T)()。又一一。/加仆和xe
7、n[(刹口(12),.x一4.,c其中:e=3741810wcm严Z=印08040201.4388cm·K,分别为第一、第二辐射常数。不同的红外探测器的光谱响应度随波长。又的变化是不同的文献6[]给裘e出了3种不同的探测器的光谱响应随,1。波长的变化见图,根据穷、随几的变化关系积分I匀(12)可得0246810121416澎CT”f(T)(13)之/声叨,..对HgCdTe(8一131仰)探测器n1Insb(2一5一。)2.HgC劝Te(6一9一n)3HgdCTe(8~13抑).4;gCd一9户In图1红外探测器的
8、光谱响应值为09对HeT(6)探,n..eoor测器值为533:对Ib(2一5拜m)Fig1SpeCtralesrponsfillfhl代ddeetCtns红外技术心..,.n探测器值为.868将(13)式代人(10)式得`”,oT,几卜onT+(1一)u"T」+凡anT(14)_,、,。,,_、。,:___’加、*二**,*`、,、、fll[凡_朋。。。欲
