红外辐射测温技术概述

红外辐射测温技术1.原理所有的物体都是由不断震动的原子构成，原子的能量越高，振动的频率越大。所有微粒的震动，包括这些原子，生成电磁波谱。物体的温度越高，微粒的震动就越快，因此光谱的辐射能量就越高。结果，所有物体都不停的以自身的波长频率向外辐射。一切高于绝对零度的物体都存在红外辐射现象，物体红外辐射能量的大小及其按波长的分布情况，都与物体的表面温度有关。通过对物体表面辐射能量的测定，并通过一定的信号转换，最终确定物体的表面温度，这就是红外辐射测温技术的基本原理。2．特点红外线测温仪可以测量所有目标物体释放的红外能量，具有响应快的特点。通常被用于测量移动和间歇性目标，真空状态下的目标，由于恶劣环境空间限制以及安全威胁无法由人接触的目标。尽管在有些情况下使用其它设备也可以完成，但成本相对较高。3.辐射测温的基本方法红外测温(全辐射式测温)由斯蒂芬-玻尔兹曼定律知全辐射出射度式中：a为黑体辐射常数，a=5.7X10-8Wm2K-4。当绝对黑体与黑体的总辐射亮度相等时，绝对黑体的温度叫做非黑体的辐射温度。实际上，真正的黑体是不存在的，对于实际情况，辐射力和光谱辐射力可分别表示为E=£E (3.15)bE=sE (3.16)入 入入eYTYE=用 (3.18)由式(3.15)和(3.18)可知，只要测出全波长总辐射出度，则被测物体的温度就可以确定。测量的温度T与实际温度T之间的关系式为：r(3.19)式中：E——物体的发射率；E——物体光谱发射率；入T——实际物体真实温度(K)；T——黑体温度，即实际物体的辐射温度(K)；rE(T) 所有波长的实际物体的总发射率。不同的物体，其全辐射率差异很大。在已知条件下，根据式(3.18)可以通过测量实际物体的辐射温度计算出实际温度。亮度测温(单色辐射测温)当实际物体(非黑体)在某一波段下的单色辐射出射度同绝对黑体在同一波长下的单色幅射度相等时，则该该黑体的温度称为实际物体的亮度温度，表达式为：(3.20)在常用的温度与波长范围内，式(3.18)可以用维恩公式表示为(3.21)由式(3.20)可知，知道波长为L的光谱发射率和用高温计测得的亮度温度厶后，就可以用式(3.20)求出实际物体的真实温度T。物体的光谱发射E 越小，入，T亮度温度「与真实温度T之间的差距越大。因为0<E W1,则，因此物体的亮度温度耳5T。亮度测温法，灵敏度较高，它是目前应用较广泛的辐射测温方法，但是它要依赖E 来修正斗，而往往E 的大小决定于材料的性质、表面形状、温度和光的波长，很难精确得到。E的准确度将影响系统得测量精度，所以亮度测入，T温法还存在很多不足。比色测温(双色辐射测温)比色式辐射温度计是根据物体在两个相邻波长下的辐射能量密度之比来确定物体温度的。单位面积物体在半球方向、单位时间的辐射通量由普朗克公式(3.12)给出。在TV3000K，并且L较小(L<2\m)时，维恩近似成立：M(1,T)=FlAlCjlA*(I5)exp(lC|2/AT)取波长入］和入2处辐射率的比值，可得

M(A1.T)dA2 人(3.23)(3.24)(3.23)考虑两波长处的带宽相等，并将£(M(A1.T)dA2 人(3.23)(3.24)(3.23)考虑两波长处的带宽相等，并将£(入J简记£]，可得(3.25)双波长测温方法就是假设£1等于£2,于是所测得的温度TS(比色温度)为:物体真实温度与比色温度的误差为：(3.26)对一辐射体，测出在两波长处辐射能量的比值R(T)，再利用公式(3.14)确定其温度的方法称为双波长测温法，所得温度为TS。如果从其它途径获知匚的值,则可利用公式(3.25)得到物体的真实温度。12对于存金属表面，工随波长的增加而减小，即对入＜入一时，有£]＜£2，此12时「＞T，测温偏高。即入即入＜入时，有£12对于金属氧化物及非金属材料，工随波长的增加而升高,]V£2，此时Ts＜T，测温偏低。对于黑体或灰体，£为常数，即£「£2，此时Ts=T。这种测温精度高，抗干扰能力强，所以比色测温是辐射测温中提高测温精度的有效方法。3.4多波长辐射测温当采用超过两个波长来测量温度时，都称作多波长测温，目前有一些特殊场合已经开始尝试三波长方法，近年来也有很多学校核科研单位开始研究多波长的理论和方法，取得了一定成果，但仪器都处于实验室阶段。由于其实现较复杂，目前其实用化还有一定困难。4.辐射测温方法的比较全辐射温度、亮温度恒小于物体表面的真实温度。实际上，由于红外探测器的光谱响应，光学系统透射比，大气介质的吸收等因素的限制，所谓全辐射测温是不可能的。在亮温度测量中，也同样存在着光学系统效率低下的辐射能量损失。色温度测量和前两者不同，它的测量取决于辐射功率之比。因此，上述诸因素的影响甚微。由上述分析还可知，对于发射率较小的物体，全辐射测温和亮温度测温相对误差都较大。对于发射率较高的材料，三种测温法均适宜。全辐射测温和亮温度测温都必须知道被测物体发射率的绝对值。而双波长辐射测温则只要知道两个