红外检测技术及应用

1、红外检测技术及应用红外基本概念红外线：白色的太阳光被分成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色，位于可见光红光外侧，人眼看不见的光线叫红外线。红外线是电磁辐射频谱的一部分，电磁频谱中包括无线电波、微波、可见光、紫外线、伽马射线和X光。红外线是一种电磁波，它的电磁波谱图见下：l 按波长红外波段通常又分成四个较小的波段：近红外、中红外、远红外、极远红外。l 红外线波长通常以微米来表示。红外频谱范围从0.7微米至1000微米。l 实践中，红外温度测量使用的波段范围为0.7微米至14微米。l 红外线遵循可见光所遵循的规律：直线传播，反射、折射。任何大于绝对零度（-273C）的物体都会向外界辐射热能。红外测温仪

2、就是通过接受物体辐射的红外能量而计算出物体的表面温度。l 黑体：一个吸收所有碰撞它的任何波长红外辐射的物体被定义为黑体。l 黑体辐射：实际上的黑体就是一个空腔，上面开有一个小孔，当空腔达到某一温度并处于热平衡时，从小孔射出的红外辐射就具有稳定的特性，称为黑体辐射。基本热传导理论：传导模式： 辐射 传导 对流l 传导：热量传导取决于： 传导率（k）和厚度（L） 温差T（从一侧到另一侧） 面积A传导率值l 常见材料的k值l 数值越大，传导性越强温差T的变化T增加，热传导也增加T降低，热传导也降低无T，也没有传导l 对流：对流传导的热能取决于： h 值（对流系数） 温差T（从表面到该流量的一点） 面

3、积A对流系数（h）取决于： 流速 流量方向 表面状态 几何结构 粘度不能简单地用数量表示温差：如传导情况一样T增加，热传导也增加T降低，热传导也降低 没有T，也没有传导l 辐射一个表面的辐射热能取决于： = S-B 常数 发射率（） 温度（T）一个热表面要比一个凉爽的表面放射更多热辐射（如果两个是同样材料的话）发射率： 一种材料性质 一种“效率系数” 校正值= 0-1.0 黑体= 1.0 实体= <1.0.高发射率表面 油漆（任何颜色），绝缘带或者强氧化物质表面 可靠的、可重复的温度测定低发射率表面 低辐射 高热反射 必须考虑到背景 在0.6发射率以下辐射温度难以正确地测定发射率可以根据

4、以下而变化: 材料 表面 波长 温度红外测温原理：l 完全理解红外技术及其原理是准确测量温度的基础。l 使用非接触式红外仪器测量温度时，从待测物体发出的红外能量通过测温仪或热像仪的光学系统，被传感器转换为电信号，该信号再显示为温度读数及（或）热像。l 红外热像仪：红外热像仪能把物体辐射的红外能量转变成可见图像-热像图。通过热像图的可直观地观察物体表面或近表面层的热状态。l 用于红外测温的波长段在大气中传导时，会受到各种干扰。水汽、二氧化碳、臭氧等气体对红外线不可忽略可吸收，再加上大气中悬浮微粒对红外线的吸收及散射作用，就形成了红外辐射在大气中的衰减。其衰减程度如图所示。从图中可清楚地看到有三个

5、可透射过大气的红外波段，它们分别是1-2.5um，3-5um，8-13um。这三个波段被称为红外线的“大气窗口”，红外测温系统大都是在这三个窗口内选择辐射波长的。有几种因素决定测量精度。最重要的因素是：辐射系数、距离大小比和视场。l 辐射系数（发射率）：辐射系数是衡量物体辐射红外能量能力的一种度量。辐射的红外能量与物体的温度呈指数比例关系。辐射系数值的范围为0（光亮镜面，全反射镜）到1.0（黑体、完全辐射体）。大多数有机、涂漆或氧化处理表面的辐射系数值接近0.95。如果需要测量实际温度值，则按待测物体制造材料的辐射系数设置。所有物体均反射、透射和辐射能量。其中只有辐射的能量表示物体的温度。红外

6、测温仪或热像仪测量物体表面温度时，会传感全部三种能量，因而所有测温仪均必须调节修正以只读出辐射的能量。测量误差通常由反射光源的能量造成。某些红外测温仪和热像仪允许更改仪器的辐射系数。各种材料的辐射系数可在出版的辐射系数表中查得。几种材质表面的发射率某些红外测温仪有固定预设的辐射系数0.95，该辐射系数适用于大多数有机材料和油漆或氧化处理的物体表面。如果使用有固定辐射系数的测温仪或热像仪测量物体的表面温度，可用遮盖胶带或哑光黑漆将待测表面盖住予以补偿。等待胶带或油漆达到与待测材料温度相同，测量其温度，这才是物体的真实温度。l 距离大小比（光学分辨率）：红外测温仪的光学系统收集来自圆形测量点的红外

7、能量并将其聚焦到探测器上。光学分辨率是指仪器到目标的距离与测量圆点尺寸相比的比率（D：S比）。该比值越大，则仪器的分辨率越好，且可从较远距离测量的目标圆点尺寸越小。所有非接触式红外测温仪和热像仪都有特定的光学分辨率，用D：S比及光图表示，用于说明由仪器镜头所见的红外辐射光路的几何关系。光图是光学分辨率的图形表示。某些仪器配备的激光瞄准装置只是帮助瞄准测量圆点。单激光寻点双激光寻点环形激光寻点l 视场：目标一定要大于仪器所测量圆点的尺寸。目标越小，应离的越近。如果精度至关重要，则要确保目标至少是测量圆点尺寸的两倍。使用红外测温仪器注意事项：l 只测量物体表面温度。红外测温仪不能测量内部温度。l

8、不要通过玻璃进行温度测量。玻璃的反射和透射性能非常与众不同，因而不能得出精确的红外温度读数。建议不要用红外测温仪测量光亮或抛光金属表面（不锈钢、铝等）。l 注意环境条件。蒸汽、灰尘、烟雾等遮住镜头，会坊碍精确测量。l 注意环境温度。当环境温度高于目标温度时，要考虑环境温度的影响。同时如果测温仪遇到10度以上得突变环境温差，让仪器适应新的环境至少20分钟。非接触式红外测温仪器典型应用：l 预测性及预防性工业维修保养：检查变压器、配电盘、连接器、开关装置、旋转设备、炉窑等。l 汽车：诊断缸头及加热或冷却系统。l 采暖通风与空调系统l 饮食服务及安全：扫描储藏、服务及存放温度。l 过程控制及监测：检查钢铁、玻璃、塑料、水泥、造纸、食品及饮料生产工艺过程温度。红外点温仪应用：l 电气系统故障检测与维护：由于电流流过可使电气设备产