紅外熱成像技術的基礎知識

來源：上海歐美大地貿易有限公司 2010年04月23日 16:13

紅外熱成像技術的基礎知識

一、紅外熱成像技術的定義

紅外熱像技術是一門獲取和分析來自非接觸熱成像裝置的熱信息的科學技術。就像照相技術意味著“可見光寫入”一樣，熱成像技術意味著“熱量寫入”。熱成像技術生成的圖片被稱作“溫度記錄圖”或“熱圖”。

二、紅外熱像圖和可見光圖比較

紅外熱圖像可見光圖像

三、紅外熱成像測量的優勢

1.非接觸遙感檢測，紅外熱像儀不同于紅外測溫儀，不用接觸被測物，可以安全直觀的找到發熱點。

2.一張二維畫面可以體現被測范圍所有點的溫度情況，具有直觀性。還可以比較處于同一區域的物體的溫度，查看兩點間的溫差等。

3.實時快速掃描靜止或者移動目標，可以實時傳輸到電腦進行分析監控。

四、紅外線的發現

1800年英國的天文學家Mr.WilliamHerschel用分光棱鏡將太陽光分解成從紅色到紫色的單色光，依次測量不同顏色光的熱效應。他發現，當水銀溫度計移到紅色光邊界以外，人眼看不見任何光線的黑暗區的時候，溫度反而比紅光區更高。反復試驗證明，在紅光外側，確實存在一種人眼看不見的“”，后來稱為“紅外線”，也就是“紅外輻射”。

紅外線普遍存于自然界中，任何溫度高于零度（-273.16℃ ）的物體都會發出紅外線，比如冰塊。

五、電磁波譜

我們通常把波長大于紅色光線波長0.75µm ，小于1000µm的這一段電磁波稱作“紅外線”，也常稱作“紅外輻射”。紅外線按照波長不同可以分為：近紅外0.75 – 3 µm；中紅外3 – 6 µm；遠紅外6 – 15µm；極遠紅外15 –1000 µm。

六、紅外輻射的大氣穿透

紅外線在大氣中穿透比較好的波段，通常稱為“大氣窗口”。紅外熱成像檢測技術，就是利用了所謂的“大氣窗口”。短波窗口在1--5μm之間，而長波窗口則是在8--14μm之間。

一般紅外線熱像儀使用的波段為:短波（3µm -- 5µm）; 長波（ 8µm --14µm）。

七、紅外熱像儀的工作原理

紅外熱像儀可將不可見的紅外輻射轉換成可見的圖像。物體的紅外輻射經過鏡頭聚焦到探測器上，探測器將產生電信號，電信號經過放大并數字化到熱像儀的電子處理部分，再轉換成我們能在顯示器上看到的紅外圖像。

八、紅外熱像儀的標定

前面曾提到過史蒂芬-波茲曼定律，它給出了黑體的輻射能量與其溫度的關系，即：

W=ε*σ*T4

式中σ=5.67×10-8w/m².k4， T為溫度，單位為K。

紅外熱像儀的標定正是基于這一理論基礎,在設定的環境條件下,用一定數量已知溫度的黑體進行標定。

多個黑體放置成半圓形，熱像儀放在中心能轉動的臺子上，并與標定系統的自動控制中心相連。紅外熱像儀依次對準各黑體，每個黑體都會在熱像儀中產生一個輻射信號，標定系統將此信號與其溫度對應起來。將每對信號與溫度對應起來，并將各點擬合成一條曲線，這就是標定曲線，此曲線將被存在熱像儀的內存里，用來對應物體輻射與溫度的關系，所以如果熱像儀的探測器接收到物體的輻射信號，此標定曲線將會把信號轉換成對應的溫度。

九、紅外熱圖的解讀

紅外熱像儀顯示的紅外圖像是物體紅外輻射的二維圖像化，它反映物體表面的溫度分布狀況，但要想準確測量圖像中物體各點的溫度，還要對一些物體參數進行設置。

從紅外熱圖中看到的物體表面溫度與輻射率有著密切的關系，我們要學習識別和分析紅外圖像因輻射率的不同而產生的不同現象，不要產生錯覺。

膠帶ε=0.95，杯子ε=0.10，環境溫度T=25℃

（1）杯中不倒水（2）杯中倒入20℃的涼水（3）杯中倒入60℃熱水

60℃ 20℃ 25℃

高輻射率物體的紅外圖像表面溫度接近它的真實溫度，低輻射率物體的紅外圖像表面溫度接近環境溫度。

十、紅外熱像圖的測量

紅外圖像中各點的溫度都是可測量的,測量模式有多種：點溫、線溫、等溫、區域溫度等,其中點溫或區域溫度用得較多。

點溫測量區域測量

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