红外热成像技术的基础知识

红外热成像技术的基础知识

日期:2019-02-19 12:00
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摘要:

 

一、红外热成像技术的基础知识-红外热成像技术的定义
红外热像技术是一门获取和分析来自非接触热成像装置的热信息的科学技术。就像照相技术意味着“可见光写入”一样,热成像技术意味着“热量写入”。热成像技术生成的图片被称作“温度记录图”或“热图”。
二、红外热像图和可见光图比较
红外热图像                                  可见光图像
三、红外热成像测量的优势
1.非接触遥感检测,红外热像仪不同于红外测温仪,不用接触被测物,可以安全直观的找到发热点。
2.一张二维画面可以体现被测范围所有点的温度情况,具有直观性。还可以比较处于同一区域的物体的温度,查看两点间的温差等。
3.实时快速扫描静止或者移动目标,可以实时传输到电脑进行分析监控。
四、红外线的发现

      1800年英国的天文学家Mr.WilliamHerschel用分光棱镜将太阳光分解成从红色到紫色的单色光,依次测量不同颜色光的热效应。他发现,当水银温度计移到红色光边界以外,人眼看不见任何光线的黑暗区的时候,温度反而比红光区更高。反复试验证明,在红光外侧,确实存在一种人眼看不见的“专线”,后来称为“红外线”,也就是“红外辐射”。
红外线普遍存于自然界中,任何温度高于优良零度(-273.16℃ )的物体都会发出红外线,比如冰块。
五、红外热成像技术的基础知识-电磁波谱
我们通常把波长大于红色光线波长0.75µm,小于1000µm的这一段电磁波称作“红外线”,也常称作“红外辐射”。红外线按照波长不同可以分为:近红外0.75 – 3µm;中红外3 – 6 µm;远红外6 – 15µm;极远红外15 –1000 µm。
六、红外辐射的大气穿透
红外线在大气中穿透比较好的波段,通常称为“大气窗口”。红外热成像检测技术,就是利用了所谓的“大气窗口”。短波窗口在1--5μm之间,而长波窗口则是在8--14μm之间。
一般红外线热像仪使用的波段为:短波 (3µm -- 5µm); 长波 ( 8µm --14µm) 。
七、红外热像仪的工作原理
红外热像仪可将不可见的红外辐射转换成可见的图像。物体的红外辐射经过镜头聚焦到探测器上,探测器将产生电信号,电信号经过放大并数字化到热像仪的电子处理部分,再转换成我们能在显示器上看到的红外图像。
八、红外热像仪的标定
前面曾提到过史蒂芬-波兹曼定律,它给出了黑体的辐射能量与其温度的关系,即:
          W=ε*σ*T4
  式中σ=5.67×10-8w/m².k4,  T为优良温度,  单位为K。
  红外热像仪的标定正是基于这一理论基础,在设定的环境条件下,用一定数量已知温度的黑体进行标定。
多个黑体放置成半圆形,热像仪放在中心能转动的台子上,并与标定系统的自动控制中心相连。红外热像仪依次对准各黑体,每个黑体都会在热像仪中产生一个辐射信号,标定系统将此信号与其温度对应起来。将每对信号与温度对应起来,并将各点拟合成一条曲线,这就是标定曲线,此曲线将被存在热像仪的内存里,用来对应物体辐射与温度的关系,所以如果热像仪的探测器接收到物体的辐射信号,此标定曲线将会把信号转换成对应的温度。
九、红外热图的解读
红外热像仪显示的红外图像是物体红外辐射的二维图像化,它反映物体表面的温度分布状况,但要想准确测量图像中物体各点的温度,还要对一些物体参数进行设置。
从红外热图中看到的物体表面温度与辐射率有着密切的关系,我们要学习识别和分析红外图像因辐射率的不同而产生的不同现象,不要产生错觉。
胶带ε=0.95,杯子ε=0.10,环境温度T=25℃
(1)   杯中不倒水(2)杯中倒入20℃的凉水(3)杯中倒入60℃热水
        60℃                      20                         25
高辐射率物体的红外图像表面温度接近它的真实温度,低辐射率物体的红外图像表面温度接近环境温度。
十、红外热像图的测量
红外图像中各点的温度都是可测量的,测量模式有多种:点温、线温、等温、区域温度等,其中点温或区域温度用得较多。


 

                               点温测量                                 区域测量

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