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提升非制冷紅外熱像儀測溫精度的方法

科學(xué)研究—提高非制冷紅外熱像儀測溫精度的方法

 

非制冷紅外熱像儀具有許多明顯的優(yōu)勢,例如非接觸式測量、無損壞、溫度范圍寬、測量結(jié)果圖像化、低功耗以及良好的便攜性。近幾年,紅外熱像儀已受到越來越多的關(guān)注,成為了最廣泛的紅外溫度測量儀器之一。但是,由于探測器溫度變化的嚴(yán)重影響,其測量精度可進(jìn)行進(jìn)一步提升。非制冷式紅外熱像儀溫度測量精度的提高對應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。

為了提高非制冷紅外熱像儀的溫度測量精度,目前已經(jīng)進(jìn)行了大量研究。在本研究中,通過消除溫度測量結(jié)果上紅外熱像儀的內(nèi)部輻射,收集標(biāo)準(zhǔn)黑體紅外數(shù)據(jù),建立紅外圖像像素值—黑體溫度—環(huán)境溫度和熱像儀溫度變量之間的關(guān)系,可以進(jìn)一步提高精度,進(jìn)而準(zhǔn)確測量被測物體表面的絕對溫度。

不同溫度下像素值與檢測器溫度之間的關(guān)系

圖為不同溫度下像素值與檢測器溫度之間的關(guān)系。

 

具體為針對熱像儀內(nèi)部輻射的影響,使用中低溫黑體爐進(jìn)行實驗,提出了一種基于電壓補償?shù)姆椒?。首先,結(jié)合非制冷紅外熱像儀的原理,將被測物體的輻射轉(zhuǎn)換為電壓值,將電壓值轉(zhuǎn)換為灰度值,從而建立被測物體的輻射與灰度值之間的關(guān)系。其次,根據(jù)輻射量與灰度值之間的關(guān)系,建立了非制冷紅外熱像儀溫度測量模型。給出了計算物體真實表面溫度的公式。通過收集標(biāo)準(zhǔn)黑體的紅外圖像數(shù)據(jù),可以在溫度測量公式中獲取系數(shù)(詳細(xì)理論可參考文章末尾的文獻(xiàn))。最后,為驗證補償方法的正確性,進(jìn)行黑體實驗。

根據(jù)實驗表明,非制冷紅外熱像儀測量溫度的最大誤差為1.1℃,平均誤差為0.61℃,最大相對誤差為4.0%。通過使用校正公式校正后顯示,非制冷紅外熱像儀測量溫度的最大誤差為0.4℃,平均誤差為0.27℃,最大相對誤差為2.0%。結(jié)果表明,校正后最大誤差和相對誤差大大減小,該方法有效,誤差控制在0.4℃以內(nèi),滿足精度要求。該研究為在精確溫度測量領(lǐng)域開發(fā)紅外熱像儀奠定了基礎(chǔ)。

 

參考資料:

Yu-cun Zhang, Yi-ming Chen, Cheng Luo. A method for improving temperature measurement precision on the uncooled infrared thermal imager. Measurement. 74:64-69, 2015.

 

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