18  热像仪测量技巧

18.1  简介

红外热像仪可对物体身上发射的红外线辐射进行测量和成象。根据辐射与物体表面温度成一函数的原理，热像仪可计算并显示出该温度。
但是，热像仪所测量的辐射值不仅取决于物体的温度，还会随辐射率变化。周围环境也会产生辐射，并在物体中进行反射。物体的辐射以及被反射的辐射还会受到空气吸收作用的影响。
因此，为了精确地测量温度，必须将各种不同辐射源的影响考虑在内。此补偿操作是由热像仪自动联机完成的， 但您必须为热像仪提供下列物体参数。
  • 物体的辐射率
  • 反射表观温度
  • 物体与热像仪之间的距离
  • 相对湿度
  • 大气温度

18.2  辐射率

要正确设定的最重要的一个物体参数是辐射率，简而言之，辐射率是通过与相同温度的绝对黑体相比较，来衡量物体辐射量的一个指标。
通常，不同物体材料和表面处理的辐射率范围约从 0.1 到 0.95 不等。高度抛光（镜面）表面的辐射率低于 0.1，而氧化或涂层表面的辐射率要高得多。油类涂料，无论是可见光谱内的何种颜色，其发射的红外线均具有高于 0.9 的辐射率。人体皮肤的辐射率在 0.97 到 0.98 之间。
非氧化金属是完全不透明并且具有高反射性的一个特例，它不会随波长发生显著的变化。因此，金属的辐射率很低 - 它只随温度增大。非金属的辐射率通常要更高，并随温度的增大而减小。

18.2.1  测出样本的发射率

18.2.1.1  第一步：确定反射的表观温度

请使用以下两种方式确定反射表观温度：
18.2.1.1.1  方法 1：直接方法
    请遵循以下步骤：
  1. 根据公式“入射角 = 反射角 (a = b)”寻找可能的反射源。
    Graphic

    图 18.1  1 = 反射源

  2. 如果反射源是一个点光源，可以使用一张硬纸板阻断该光源来改变其性质。
    Graphic

    图 18.2  1 = 反射源

  3. 使用以下设置测量反射源的辐射强度（= 表观温度）：
    • 发射率： 1.0
    • Dobj : 0
    您可使用以下两种方法之一测量辐射强度：
    Graphic

    图 18.3  1 = 反射源

    Graphic

    图 18.4  1 = 反射源

不能使用热电偶来测量反射表观温度，因为热电偶测量温度，但表观温度是辐射强度。
18.2.1.1.2  方法 2：反射体方法
    请遵循以下步骤：
  1. 弄皱一大张铝箔。
  2. 展开铝箔并将其贴在一块同样大小的硬纸板上。
  3. 将这块硬纸板放在要测量的对象前面。确保带有铝箔的一面对着照相机。
  4. 将辐射率设置为 1.0。
  5. 测量铝箔的表观温度并记录下来。铝箔被视为最佳发射源，因此其表观温度相当于周围环境的反射表观温度。
    Graphic

    图 18.5  测量铝箔的表观温度。

18.2.1.2  第二步：确定发射率

    请遵循以下步骤：
  1. 选择放置样本的位置。
  2. 根据前面的过程，确定并设置反射表观温度。
  3. 在样本上放置一片已知发射性很高的绝缘胶带。
  4. 将样本的温度至少加热到高于室温 20 K。加热必须相当均匀。
  5. 聚焦并自动调整照相机，冻结照相机中的图像。
  6. 调整 电平 和 温宽 以获得最佳的图像亮度和对比度。
  7. 设置绝缘胶带的发射值（通常是 0.97）。
  8. 使用以下测量功能之一测量胶带的温度：
    • 等温线 （用于确定温度和样本加热的均匀程度）
    • 点 （较简单）
    • 方框 平均 （适用于表面发射值不同的各种表面）。
  9. 记下温度。
  10. 将测量功能移至样本表面。
  11. 更改发射率设置，直至读出与前面测量温度相同的值。
  12. 记下发射率。

18.3  反射表象温度

这个参数用于补偿对象上反射的辐射。如果辐射率低并且对象的温度相对于其反射的温度相差很多，正确设置这个参数并补偿反射表象温度就显得非常重要了。

18.4  距离

这里的距离指的是对象与照相机前镜头之间的距离。这一参数用于补偿以下两种情况：
  • 来自目标的辐射中被对象和照相机之间的大气所吸收辐射部分。
  • 来自大气本身并被照相机所检测到的辐射。

18.5  相对湿度

热像仪还可弥补空气相对湿度对辐射传输造成的局部影响。为此，请将相对湿度设置为正确的值。在短距离和正常湿度的情况下，相对湿度通常可保持为 50% 的默认值。

18.6  其它参数

另外， FLIR Systems 的某些热像仪和分析程序允许您补偿以下参数：
  • 大气温度 - 即热像仪与目标物体之间的空气温度
  • 外部光学器件温度 - 即热像仪前使用的任何外部镜头或窗口的温度
  • 外部光学器件透射率 – 即热像仪前使用的任何外部镜头或窗口的透射率