24  열 측정 기법

24.1  머리말

적외선 카메라는 물체에서 방출되는 적외선을 측정하고 이미지화 합니다. 이 카메라는 물체의 표면 온도에 따라 방출 적외선이 변하는 원리를 이용해 물체 온도를 계산하여 표시합니다.
그러나,‎ 카메라가 측정하는 적외선은 물체의 온도 뿐만 아니라 방사율의 함수의 영향을 받습니다. 적외선은 또한 주변 환경에서도 방출되며 물체에서 반사됩니다. 물체의 적외선과 반사된 적외선은 대기의 흡수율에 의해서도 영향을 받게 됩니다.
온도를 정확하게 측정하려면 몇 가지 다른 적외선 소스의 영향을 상쇄시켜야 합니다. 카메라가 자동으로 온라인으로 실행합니다. 그러나,‎ 다음과 같은 물체 매개변수가 카메라에 제공되어야 합니다.
  • 물체의 방사율
  • 반사된 추정 온도
  • 물체와 카메라 간 거리
  • 상대 습도
  • 주변 온도

24.2  방사율

정확히 설정하기 위한 가장 중요한 물체 매개 변수는 방사율,‎ 즉 물체로부터 방출되는 적외선의 측정이며 동일한 온도의 완벽한 흑체를 형성하는 것과 비교됩니다.
일반적으로 물체의 재질과 표면 처리는 약 0.1에서 0.95 사이의 방사율을 나타냅니다. 유리처럼 광택있는 표면의 방사율은 0.1 아래로 떨어지지만 산화처리되거나 페인트칠된 표면의 방사율은 더 높아집니다. 가시 스펙트럼의 색상과 관계없이 유성 페인트는 적외선에서 0.9이상의 방사율을 나타냅니다. 사람의 피부는 0.97 - 0.98 사이의 방사율을 보입니다.
산화처리되지 않은 금속은 완벽한 불투명 높은 반사율을 나타내며 파장의 변화가 심하지 않습니다. 따라서 금속의 방사율은 온도가 증가하는 경우에만 낮아집니다. 비금속의 경우,‎ 방사율이 높고 온도가 감소하는 특성이 있습니다.

24.2.1  샘플의 방사율 찾기

24.2.1.1  단계 1: 반사된 추정 온도 판별

다음 두 가지 방법 중 하나를 사용하여 반사된 추정 온도를 판별합니다.
24.2.1.1.1  방법 1: 직접적인 방법
    다음 절차를 따르십시오.
  1. 가능한 반사 소스를 찾고 순간 각도 = 반사 각도로 간주합니다(a = b)‎.
    Graphic

    그림 24.1  1 = 반사 소스

  2. 반사 소스가 스팟 소스이면 카드보드 조각을 사용하여 시야를 가리는 방식으로 소스를 수정합니다.
    Graphic

    그림 24.2  1 = 반사 소스

  3. 다음 설정을 사용하여 반사된 소스로부터 적외선 강도(추정 온도)‎를 측정합니다.
    • 방사율: 1.0
    • Dobj : 0
    다음 두 가지 방법 중 하나를 사용하여 적외선 강도를 측정할 수 있습니다.
    Graphic

    그림 24.3  1 = 반사원

    Graphic

    그림 24.4  1 = 반사원

열전대를 사용하여 반사된 추정 온도를 측정하는 것은 다음 두 가지 이유로 권장되지 않습니다.
  • 열전대는 적외선 강도를 측정하지 않습니다.
  • 열전대는 표면과의 열 접촉이 매우 양호해야 하며 대개 열 분리기를 사용하여 센서를 밀폐하고 덮습니다.
24.2.1.1.2  방법 2: 반사물질 사용
    다음 절차를 따르십시오.
  1. 알루미늄 호일 조각을 구깁니다.
  2. 알루미늄 호일을 다시 펴고 동일한 크기의 카드보드에 부착합니다.
  3. 측정할 물체 앞에 카드보드 조각을 놓습니다. 알루미늄 호일이 있는 면이 카메라를 가리키도록 합니다.
  4. 방사율을 1.0으로 설정합니다.
  5. 알루미늄 호일의 추정 온도를 측정하고 기록합니다.
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    그림 24.5  알루미늄 호일의 추정 온도 측정

24.2.1.2  단계 2: 방사율 판별

    다음 절차를 따르십시오.
  1. 샘플을 놓을 장소를 선택합니다.
  2. 이전 과정에 따라 반사된 주변 온도를 판별하고 설정합니다.
  3. 방사율이 높은 전기 테이프 조각을 샘플 위에 놓습니다.
  4. 실내 온도보다 높은 20 K 이상으로 샘플을 가열시킵니다. 고르게 가열해야 합니다.
  5. 카메라의 초점을 맞추고 자동 조절하고 이미지를 정지시킵니다.
  6. 최상의 이미지 밝기와 대비를 위해 레벨 및 스팬 을 조절합니다.
  7. 방사율을 테이프와 같게 설정합니다(대개 0.97)‎.
  8. 다음 측정 기능 중 하나를 사용하여 테이프의 온도를 측정합니다.
    • 등온선 (온도 및 샘플이 얼마나 고르게 가열되었는지 파악할 수 있습니다.)‎
    • 상자 영역 (더욱 간단)‎
    • 상자 영역 クリア (방사율이 다양한 표면에 적합)‎
  9. 온도를 기록합니다.
  10. 측정 기능을 샘플 표면으로 이동합니다.
  11. 이전 측정과 동일한 온도로 표시될 때까지 방사율 설정을 변경합니다.
  12. 방사율을 기록합니다.

24.3  반사된 추정 온도

이 매개 변수는 물체에서 반사된 적외선을 보정하는 데 사용됩니다. 방사율이 낮고 물체 온도와 반사된 온도가 상당히 다른 경우 반사된 추정 온도를 정확히 설정하고 보정하는 것이 중요합니다.

24.4  거리

거리는 물체와 카메라 전면 렌즈 사이의 거리입니다. 이 매개 변수는 다음 두 가지 항목을 보정하는 데 사용됩니다.
  • 대상에서 방출되는 적외선이 물체와 카메라 사이의 대기에 의해 흡수됩니다.
  • 대기 중의 적외선이 카메라에 탐지됩니다.

24.5  상대 습도

카메라는 투과율이 대기의 상대 습도에 따라 달라지는 경우에도 보정할 수 있습니다. 이렇게 하려면 상대 습도를 정확한 값으로 설정하십시오. 단거리 및 일반 습도의 경우 상대 습도는 일반적으로 50%를 기본값으로 둘 수 있습니다.

24.6  기타 매개변수

또한,‎ FLIR Systems 의 일부 카메라 및 분석 프로그램을 사용하면 다음의 매개변수를 보정할 수 있습니다.
  • 대기 온도 – 예를 들어 카메라와 대상 사이의 대기 온도입니다.
  • 외장 광학 투과율 – 예를 들어 카메라의 앞면에 사용되는 외장 렌즈나 유리의 투과율입니다.
  • 외장 광학 방출 – 예를 들어 카메라의 앞면에 사용되는 외장 렌즈나 유리의 방출입니다.