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京公网安备号第38卷第2期激光与红外2008年2月LASER；Vol.38,No.2February,2008；文章编号:08)0220；?综述与评论?；红外热像仪测温技术发展综述；孙晓刚,李云红；1,2；(1.哈尔滨工业大学,黑龙江哈尔滨150001;；摘要:综述了红外热像仪测温技术的发展,从技术层面；ReviewoftheDevelopmen
第38卷　第2期　　　　　　　　　　　　　　　激光与红外　2008年2月　　　　　　　　　　　　　　LASER　&　INFRARED
Vol.38,No.2February,2008
　　文章编号:08)
?综述与评论?
红外热像仪测温技术发展综述
孙晓刚,李云红
(1.哈尔滨工业大学,黑龙江哈尔滨.西安工程大学,陕西西安710048)
摘　要:综述了红外热像仪测温技术的发展,从技术层面剖析了红外热像仪测温存在的问题,介绍了国内外在红外热像测温技术方面的研究热点,同时展望了未来的发展方向。针对红外测温领域中的理论、仪器、标定及应用四大方向进行了较为详细的分析和总结。关键词:红外热像仪;温度测量;发射率;热像测温中图分类号:TN215　　　文献标识码:A
ReviewoftheDevelopmentofTemperatureTechnologywithISUNXiao,I(1.HarbinInstituteofTechnol′anPolytechnicUniversity,Xi′an710048,China)
histandpresentstatusofinfraredtemperaturemeasurementtechnology,analyzesthemsofmperaturemeasurementwithinfraredthermalimagerfromtechnicalperspectives,introducesdomesticonalresearchingfocusesofinfraredthermalimagingtemperaturemeasurementtechnology,andprospectsitsfuturetrends.Attheend,theanalysisandsummaryofthetheory,instrument,calibrationandapplicationsforinfraredtemperaturemeasurementhavebeenmadeindetail.
Keywords:itethermalimagingtemperaturemeasurement
布定律,该定律揭示了黑体辐射能量在不同温度下按波长的分布规律,其数学表达式为:
-5cλEbλ=c2/λT
c1称为第一辐射常数,c1=3.7415×10
温度是确定物质状态最重要的参数之一,它的
测量与控制在国防、军事、科学实验及工农业生产中具有十分重要的作用。特别是高温测量在航天、材料、能源、冶金等领域中占有极重要地位。
文章综述了红外热像仪测温技术的发展,剖析了红外热像测温存在的问题,针对红外测温领域中的理论、仪器、标定及应用四大方向进行了较为详细的分析和总结。2　红外热像仪测温原理及存在的问题
一切温度高于热力学零度的物体都在以电磁波,其辐射能包括各种波长,其中
μm0.红外光具有很强的温度效应,这正是辐射测温技术
所感兴趣的。红外测温技术的理论基础是普朗克分
式中,Ebλ为黑体光谱辐射通量密度,W?cmμm;
c2称为第二辐射常数,c2=1.43879cm?K;λ为光谱
辐射的波长,μm;T为黑体的绝对温度,K。
,、颜色温度。　　基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.)。　　作者简介:孙晓刚(1967-),男,博士后,教授,博士生导师。主要研究方向为辐射测温,热物性测试,智能仪表。　　收稿日期:;修订日期:
102激光与红外　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第38卷
(T――材料发射率),。众所周知,物体的材料发射率不仅与物体的、表面状态及考察波长有关,。一般不易在线测量,且易随表面状态改变而改变,所以围绕着如何测准来自被测物体的能量和如何将测得的能量转换成被测物体的真实温度这两项技术进行的研究和发展一直在不断深入。与这两项技术有关,涉及仪器的测量范围、精度、距离和目标大小、响应时间和稳定性。在实际应用中,还涉及被测物体的光谱发射的研究和辐射传递通路中的介质对辐射传递的影响的研究。
红外热像仪可以将接收到的红外波段的热辐射经过放大、整形数/模转换后成,,。
E[λ=A0dLb(1-)bλ(Tu)+aελLbλ(Ta)]a
εαa=1-τa=a,则:
εf(T0)+(1-ε)f(Tu)]+VS=K{τa[
(1-τa)f(Ta)}
依据普朗克辐射定律,得到:
εT0Tr=τ+(1-α)Tu]+εa[aTa
被测表面真实温度的计算公式为:
T0={Tr-(1-α)Tu-Ta]}
当使用不同波段的热像仪时,n的取值不同,对
μm)探测器,n值为4.09;对HgCdTeHgCdTe(8～13
(6～9μm)探测器,n值为5.33;对InSb(2～5μm)
探测器,n值为8.68。
红外热像仪测温除受到被测表面发射率的影响还受到反射率环境温度大气温度、测量距离和,直接影响了红外热像仪测温的准确性,,。。[1-3]
风洞实验中的中、低温度(1000K以下)测量,邓建平等为了满足电弧风洞等高焓设备实验测量的需要,研制了一套测温范围在K的红外热像仪及图像处理系统,该系统已完成标定并在高频等离子体风洞中进行了实验。在磨削温度测量中,美国学者Mayer采用硫化铅(PbS)制成的光电导探测器测量工件磨削表面的温度,日本学者Ueda用光纤和砷化铟(InAs)红外光子探测器测量了研
磨砂轮表面磨粒的温度。高航等采用带有扫描成像系统的AGA782热像仪,测量工件表面的二维
温度场。HwangJihong采用红外成像的电荷耦合装置(CCD)测量平面磨削中工件的温度场分布。在红外热像测温理论上,杨立等考虑了被测物体表面的发射率、反射率(或吸收率)、环境温度、大气温度、大气衰减等因素,总结了大气吸收、大气温度、被测物体发射率、被测物体本身温度、环境温度和测量仪器指示温度的测量误差对红外测温误差的影响。张健等着重分析环境高温物体对红外
测温误差的影响。
在科学实验研究方面,红外热像仪亦显示出其在测试物体温度场方面的优势。王喜世等利用红外热像仪测量火焰温度,侯成刚等利用其精确测
试物体的发射率,都取得了较好的效果。许永华
其中,Lbλ(T)T物体的辐射功率;T0为被
测物体表面温度;Tu为环境温度;Ta为大气温度;ελ为表面发射率;αλ为表面吸收率;τλ为大气光谱透a射率;ελ为大气发射率;A0为热像仪最小空间张角a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。通常一定条件下,A0d为一常值。
μm热像仪通常工作在某一个很窄的波段,3～5
μm之间,ε或8～14λ,αλ,τλ通常可认为与λ无关。a得到热像仪的响应电压为:
-τε∫λ+(1-α)?RλLbλ(T0)da[
λ]+εRλLbRλLbλ(Tu)dλ(Ta)da∫∫
其中,AR为热像仪透镜的面积;Rλ为探测器的响应λ=f(T),则式(3)率,令K=ARA0d,∫RλLbλ(T)d
εf(T0)+(1-α)f(Tu)]+εVS=K{τa[af(Ta)}
当被测表面满足灰体时,即ε=α,对大气认为
激光与红外　No.2　2008　　　　　　　　　　　　　　　　　孙晓刚等　红外热像仪测温技术发展综述103
等针对高炉炉内温度场的分布及高炉布料的情况提出了一种基于红外图像处理的高炉温度场检测方法。通过红外图像处理来建立温度场分布模型,结合十字测温进行温度定标,实现了高炉温度场分布在线监视,为指导高炉布料提供了一种有效的途径
。傅莉等采用红外热成像技术实时检测了惯
性摩擦焊接工件表面的温度分布图像及其随时间的历程。通过采用计算机红外热成像图像处理技术,获得了惯性摩擦接头表面外圆周以及焊接热影响区表面温度分布场的图像综合信息,从中解算出摩擦焊接表面外圆中心点的焊接热循环以及焊接热影响区表面的面温场及等温线动态变化的某些规律;为了较准确地设定发射率,减少测温误差,还采用SR-5000型智能化红外光谱辐射计,标准黑体及AGEMA900型图示测温热像仪等装置对被焊材料
的积分辐射率进行标定。通过试验测定了不同发射率下焊接试样表面的最高温度值,初步探讨了发射率标定值对测温结果的影响
4　红外热像仪的标定及应用
在某些情况下,的测量精度和应用范围。,。传统定标方式如图1所示。,距离根据红外热像仪镜头的焦距不同而不同,为了得到清晰的图像,定标距离要大于镜头的焦距。
图1　传统标定法
Fig.1　atraditionalmethodofcalibration
传统标定方法在选择不同的标定距离时得到的红外热像仪温度读数值略有不同,距离越远,温度值越偏低,在像素数足够多的情况下,主要是受空气中水汽和二氧化碳的影响,因此在实验室中最好采用尽可能近的定标距离。
现在利用大面源黑体采用尽量近的口对口标定方式,让辐射面完全充满红外热像仪视场,并将红外热像仪镜头的焦距调到无穷远,红外热像仪读取均值。这样定标的结果消除了距离因子引入的误差,同时有效地降低了空气中水汽和二氧化碳的影响,标定的精度得到提高,标定的数据与距离无关。
我国引入红外热成像测温技术在工艺及生产方
面最初只有电力、冶金和石化等行业的部分单位应用,在科研方面也只限于尖端技术的研究领域。作为一种通用技术,红外热成像测温技术的应用将深入各个领域。
自1957年第一次使用热成像技术探测乳腺癌以来,其在医学领域的应用已经有50多年的历史。如对乳腺癌及恶性肿瘤的早期诊断、伤口愈合的红外观察、风湿性关节炎和发病状况的诊断、牙科治疗初步研究、耳鼻喉疾病的诊断、胸部肿块的红外诊断[19-20]等,可以说远红外成像技术在医学中的应用已经成为一种新的诊断手段。在发现表浅肿瘤如乳腺癌、甲状腺癌、皮肤癌等,对脉管炎以及其他炎症,对骨折、骨髓炎、挫伤、关节炎,对确定烧伤和冻伤边缘,对合理的选择截断部位,对植皮、脏器、移植后排异反应的观察,对妇产科临床如胎盘的定位、针灸的经络穴温度反应等,力,。
自,才开始了对植(singleplant)水平上的研究。其具有的多功能性,准确性和较高的分辨率(可达0.01)使得对单株植物叶片和幼苗的实时观测成为了可能。也因此在植物研究中的应用掀起了热潮。如在重力作用下,对植物叶片表面与周围环境之间热交换的影响的研究、通过对植物如拟南芥,大麦突变体的筛选、对植物气孔导度的研究、植物在胁迫环境中的研究、在寒冷环境中植物体内的冰核形成过程的观测研究、谷类作物由于疾病和阵风而造成的旗叶温度的差异测量、叶片蒸腾速率研究、单细胞的研究[21-23]等研究成果十分显著,研究的对象也大幅度的拓宽。
红外成像技术应用于农业生产方面已有很多,刚开始用于园艺产品的分析和苹果损伤的发现和植物健康状况的评估。目前,已被广泛应用于农业和园艺中的贮藏室的设计和控制以及蔬菜的保鲜贮藏、对一些敏感的生物产品进行质量评估和控制、对农作物的生理衰变的检测。在水果和蔬菜成熟时期,通过热成像对其进行热温的测定往往可以评估气候对其的胁迫,还有水果和蔬菜新鲜程度的评估、植物不同部分受虫害的影响、苹果成熟程度,糖分及种间的差异的鉴定、空气对流量的测定等。
红外热像技术还应用于材料和构件的红外热像无损检测与评价、电力和石化设备状态的红外热像诊断、构(建)物的红外热像检测与节能评价、自动测试、
激光与红外　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第38卷
实验研究[J].激光与红外,):169-173.
[13]秦俊,廖光煊,王喜世,等.红外热成像方法测量火旋
灾害防治、地表/海洋热分布研究等方面。5　结束语
、精密光学机械微电子学、特殊红外工艺新型红。近年来,红外热像仪的生产每年都有相当比例的增加,已经形成了较大的产业群,应用也涵盖了几乎所有的领域。但是值得注意的是,针对不同的对象,还要对不同对象特性、环境特性进行研究,设计适合环境接口和发射率补偿方案,以进行精确测温。未来人们要致力解决的问题总结一下有如下几个方面:①红外热像仪测温技术,包含了理论、仪器和应用研究,在不久的将来,会有新一代的热像仪的出现;②高精度标定设备(含凝固点黑体、热管黑体、大面源黑体等)及标定方法;③特殊对象的温度(场)测量;④新原理热像仪的研制,等等。参考文献:
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[12]王喜世,伍小平.用红外热成像方法测量火焰温度的
三亿文库包含各类专业文献、中学教育、生活休闲娱乐、外语学习资料、行业资料、应用写作文书、专业论文、高等教育、1904红外热像仪测温技术发展综述等内容。　
　红外热像仪市场特征分析 一、红外热像仪市场特征 二、红外热像仪生命周期 三、红外热像仪行业成熟度 第三节 红外热像仪测温技术发展综述 一、红外热像仪测温... 　红外热像仪的测温原理_物理_自然科学_专业资料。红外...如今美国福禄克公司凭借行业领先的技术和人性化的设计...文档贡献者 寻静枫 贡献于
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1.75亿学生的选择
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1.75亿学生的选择
红外热像仪是测量温度的仪器吗?红外热像仪和红外测温仪之间有什么区别呢?
丶匛益达灬
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1.75亿学生的选择
首先回答你第一个问题,红外热像仪是测量温度的仪器.再说说他们之间的区别.红外测温仪只是测量一个点的温度,获取那一点的温度值.而红外热像仪却可以测量一个面的温度.比如我们要测量手机电池的温度,我们用红外热像仪,可以测量出这个电池的整个面的温度!
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热像仪是将被测物体的温度和发热情况以画面的形式反映出来并显示在屏幕上，而测温仪只能在屏幕上显示被测物的一个被测点的温度并且无法将被测物体的发热情况以画面的形式反映出来。
都是测温度的，都属于非接触式测温方案，红外热像仪是将被测物体的温度和发热情况的不同以不同的颜色显示出来，并能显示物化的轮廓，而红外测温仪只能在屏幕上显示被测物的一个被测点的温度值
都是测温度的红外热像仪显示的是可见的热图像红外测温仪显示的是具体的温度红外热像仪/view/643340.htm红外测温仪/view/371203.htm
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