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红外检测技术及应用

红外基本概念
红外线：白色太阳光被提成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色，位于可见光红光外侧，人眼看不见光线叫红外线。

红外线是电磁辐射频谱一某些，电磁频谱中涉及无线电波、微波、可见光、紫外线、伽马射线和X光。红外线是一种电磁波，它电磁波谱图见下：

l 按波长红外波段普通又提成四个较小波段：近红外、中红外、远红外、极远红外。
l 红外线波长普通以微米来表达。红外频谱范畴从0.7微米至1000微米。
l 实践中，红外温度测量使用波段范畴为0.7微米至14微米。
l 红外线遵循可见光所遵循规律：直线传播，反射、折射。

任何不不大于绝对零度（-273C）物体都会向外界辐射热能。红外测温仪就是通过接受物体辐射红外能量而计算出物体表面温度。

l 黑体：一种吸取所有碰撞它任何波长红外辐射物体被定义为黑体。
l 黑体辐射：事实上黑体就是一种空腔，上面开有一种小孔，当空腔达到某一温度并处在热平衡时，从小孔射出红外辐射就具备稳定特性，称为黑体辐射。

基本热传导理论：

传导模式：
• 辐射
• 传导
• 对流

l 传导：
热量传导取决于：
• 传导率（k）和厚度（L）
• 温差△T（从一侧到另一侧）
• 面积A

传导率值
l 常用材料k值
l 数值越大，传导性越强

温差△T变化
•△T增长，热传导也增长
•△T减少，热传导也减少
•无△T，也没有传导

l 对流：
对流传导热能取决于：
• h 值（对流系数）
• 温差△T（从表面到该流量一点）
• 面积A
对流系数（h）取决于：
• 流速
• 流量方向
• 表面状态
• 几何构造
• 粘度
不能简朴地用数量表达

温差：
如传导状况同样
•△T增长，热传导也增长
•△T减少，热传导也减少
• 没有△T，也没有传导

l 辐射
一种表面辐射热能取决于：
• σ = S-B 常数
• 发射率（ε）
• 温度（T）
一种热表面要比一种凉快表面放射更多热辐射（如果两个是同样材料话）

发射率：
• 一种材料性质
• 一种“效率系数”
• 校正值= 0-1.0
• 黑体= 1.0
• 实体= <1.0.

高发射率表面
• 油漆（任何颜色），绝缘带或者强氧化物质表面
• 可靠、可重复温度测定

低发射率表面
• 低辐射
• 高热反射
• 必要考虑到背景
• 在0.6发射率如下辐射温度难以对的地测定
发射率可以依照如下而变化:
• 材料
• 表面
• 波长
• 温度

红外测温原理：

l 完全理解红外技术及其原理是精确测量温度基本。
l 使用非接触式红外仪器测量温度时，从待测物体发出红外能量通过测温仪或热像仪光学系统，被传感器转换为电信号，该信号再显示为温度读数及（或）热像。
l 红外热像仪：红外热像仪能把物体辐射红外能量转变成可见图像---热像图。通过热像图可直观地观测物体表面或近表面层热状态。
l 用于红外测温波长段在大气中传导时，会受到各种干扰。水汽、二氧化碳、臭氧等气体对红外线不可忽视可吸取，再加上大气中悬浮微粒对红外线吸取及散射作用，就形成了红外辐射在大气中衰减。其衰减限度如图所示。从图中可清晰地看到有三个可透射过大气红外波段，它们分别是1---2.5um，3---5um，8---13um。这三个波段被称为红外线“大气窗口”，红外测温系统大都是在这三个窗口内选取辐射波长。

有几种因素决定测量精度。最重要因素是：辐射系数、距离大小比和视场。

l 辐射系数（发射率）：
辐射系数是衡量物体辐射红外能量能力一种度量。辐射红外能量与物体温度呈指数比例关系。辐射系数值范畴为0（光亮镜面，全反射镜）到1.0（黑体、完全辐射体）。大多数有机、涂漆或氧化解决表面辐射系数值接近0.95。如果需要测量实际温度值，则按待测物体制造材料辐射系数设立。
所有物体均反射、透射和辐射能量。其中只有辐射能量表达物体温度。红外测温仪或热像仪测量物体表面温度时，会传感所有三种能量，因而所有测温仪均必要调节修正以只读出辐射能量。测量误差普通由反射光源能量导致。

某些红外测温仪和热像仪容许更改仪器辐射系数。各种材料辐射系数可在出版辐射系数表中查得。
几种材质表面发射率

某些红外测温仪有固定预设辐射系数0.95，该辐射系数合用于大多数有机材料和油漆或氧化解决物体表面。如果使用有固定辐射系数测温仪或热像仪测量物体表面温度，可用遮盖胶带或哑光黑漆将待测表面盖住予以补偿。等待胶带或油漆达到与待测材料温度相似，测量其温度，这才是物体真实温度。

l 距离大小比（光学辨别率）：
红外测温仪光学系统收集来自圆形测量点红外能量并将其聚焦到探测器上。
光学辨别率是指仪器到目的距离与测量圆点尺寸相比比率（D：S比）。该比值越大，则仪器辨别率越好，且可从较远距离测量目的圆点尺寸越小。
所有非接触式红外测温仪和热像仪均有特定光学辨别率，用D：S比及光图表达，用于阐明由仪器镜头所见红外辐射光路几何关系。
光图是光学辨别率图形表达。

某些仪器配备激光瞄准装置只是协助瞄准测量圆点。

单激光寻点
双激光寻点
环形激光寻点

l 视场：
目的一定要不不大于仪器所测量圆点尺寸。目的越小，应离越近。如果精度至关重要，则要保证目的至少是测量圆点尺寸两倍。

使用红外测温仪器注意事项：
l 只测量物体表面温度。红外测温仪不能测量内部温度。
l 不要通过玻璃进行温度测量。玻璃反射和透射性能非常与众不同，因而不能得出精准红外温度读数。建议不要用红外测温仪测量光亮或抛光金属表面（不锈钢、铝等）。
l 注意环境条件。蒸汽、灰尘、烟雾等遮住镜头，会坊碍精准测量。
l 注意环境温度。当环境温度高于目的温度时，要考虑环境温度影响。同步如果测温仪遇到10度以上得突变环境温差，让仪器适应新环境至少20分钟。
非接触式红外测温仪器典型应用：
l 预测性及防止性工业维修保养：检查变压器、配电盘、连接器、开关装置、旋转设备、炉窑等。
l 汽车：诊断缸头及加热或冷却系统。
l 采暖通风与空调系统
l 饮食服务及安全：扫描储藏、服务及存储温度。
l 过程控制及监测：检查钢铁、玻璃、塑料、水泥、造纸、食品及饮料生产工艺过程温度。

红外点温仪应用：

l 电气系统故障检测与维护：由于电流流过可使电气设备产生热量，因此进行温度监测已经成为预测电气设备潜在故障一种有效办法。

l 汽车检测与维护：汽车发生故障时普通产生温度变化，对的地检测和分析这些变化可以节约大量检测时间并保证行车安全。

l 冶金行业应用

l 塑料加工与制造：

l 玻璃加工与制造：

红外热像仪应用：