淺談紅外熱像儀的發展史
紅外熱像儀是利用紅外探測器和光學成像物鏡接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上,從而獲得紅外熱像圖,這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應。通俗地講紅外熱像儀就是將物體發出的不可見紅外能量轉變為可見的熱圖像。熱圖像的上面的不同顏色代表被測物體的不同溫度。
由來:1800年英國物理學家F. W.赫胥爾發現了紅外線,紅外線是一種電磁波,它在電磁波連續頻譜中的位置是處于無線電波與可見光之間的區域。紅外線輻射是自然界存在的一種最為廣泛的電磁波輻射,它是基于任何物體在常規環境下都會產生自身的分子和原子無規則的運動,并不停地輻射出熱紅外能量,分子和原子的運動愈劇烈,輻射的能量愈大,反之,輻射的能量愈小。溫度在零度以上的物體,都會因自身的分子運動而輻射出紅外線。
著名的普朗克定律表明溫度、波長和能量之間存在一定的關系,紅外總能量隨溫度的增加而迅速增加;峰值波長隨溫度的增加向短波移動。根據斯蒂芬·玻耳茲曼定律,當溫度變化時,紅外總能量與溫度的四次方成正比,當溫度有較小的變化時,會引起總能量的很大變化。
紅外熱像儀最早是因為軍事目的而得以開發,后來迅速向民用工業領域擴展。自二十世紀70年代,歐美一些發達國家先后開始使用紅外熱像儀在各個領域進行探索。紅外熱像儀也經過幾十年的發展,已經發展成非常輕便的現場測試設備。由于測試往往產生的溫度場差異不大和現場環境復雜等因素,好的熱像儀必須具備320*240像素、分辨率小于0.1℃、空間分辨率小、具備紅外圖像和可見光圖像合成功能等。由于紅外熱成像技術能夠進行非接觸式的、高分辨率的溫度成像,能夠生成高質量的圖像,可提供測量目標的眾多信息,彌補了人類肉眼的不足,因此已經在電力系統、土木工程、汽車、冶金、石化、醫療等諸多行業得到廣泛應用,未來的發展前景更不可限量。
原理及影響測溫的因素
紅外熱像儀是能夠實現熱像測溫的精密儀器,是紅外熱像測溫的核心設備。它利用實時的掃描熱成像技術進行溫度分析,圖1所示為民用市場上應用的主流熱像儀,其結構簡單、功能強大、測溫快。
紅外熱像測溫技術就是通過紅外探測器接收被測物體的紅外輻射,再由信號處理系統轉變為目標的視頻熱圖像的一種技術。它將物體的熱分布轉變為可視圖像,并在監視器上以灰度或偽彩顯示出來,從而得到被測物體的溫度分布場信息。
由于紅外熱像儀屬于窄帶光譜輻射測溫系統,使用其進行溫度測量時所測得的物體表面溫度,不是直接測量得到的,而是以測到的輻射能計算出來的。因此,實際測量時,測量精度受被測表面的發射率和反射率、背景輻射、大氣衰減、測量距離、環境溫度等因素的影響。
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