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紅外熱成像的發(fā)射率和反射溫度測量

紅外熱成像通常采用兩種不同的方法:被動(dòng)和主動(dòng)。在被動(dòng)紅外熱成像中,無需任何外部熱刺激即可測量來自目標(biāo)物體的輻射,該信息可用于溫度測量。另一方面,在主動(dòng)紅外熱成像中,樣本會(huì)受到外部熱刺激。熱量的傳播取決于材料的熱特性,但也取決于表面異常,這會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)表面的溫度差異。在這種情況下,測得的輻射來自目標(biāo)對(duì)外部激發(fā)的熱響應(yīng)。

使用紅外熱成像進(jìn)行溫度測量的最重要的校準(zhǔn)參數(shù)是發(fā)射率。此參數(shù)指示在相同溫度下,目標(biāo)對(duì)象發(fā)出的輻射與黑體發(fā)出的輻射相比有多少。因此,與在相同溫度下具有高發(fā)射率的材料相比,低發(fā)射率的材料發(fā)出的紅外輻射要少。在低輻射率材料中,精確的輻射率測量尤為重要。在具有高發(fā)射率的物體中,所選發(fā)射率值的細(xì)微變化只會(huì)導(dǎo)致最終表面溫度發(fā)生微小變化。但是,在低輻射率的物體(例如拋光鋼或鋁)中,溫度測量特別復(fù)雜。因?yàn)檩椛渎实男∽兓瘯?huì)導(dǎo)致所得溫度的大變化。有一個(gè)通用的發(fā)射率測量程序,必須加熱目標(biāo)物體,直到其達(dá)到實(shí)際工作條件下所能達(dá)到的溫度為止??梢允褂脽犭娕紒慝@得參考溫度,盡管對(duì)于低溫而言,更常見的是在溫度測量中使用相同的紅外設(shè)備,將一塊已知發(fā)射率的膠帶粘在樣品上。前一種方法稱為接觸法,后一種方法稱為參考發(fā)射率材料法。一旦知道了加熱件的實(shí)際溫度,就可以使用紅外設(shè)備再次測量樣品,但是這次是在物體表面而不是在電氣膠帶上。然后更改發(fā)射率的配置,直到測量到實(shí)際溫度為止。最終配置的發(fā)射率是對(duì)象的發(fā)射率。圖中顯示了使用此方法在測量過程中獲取的紅外圖像。可以看出,膠帶具有很高的發(fā)射率,這導(dǎo)致更高的表觀溫度。

圖為紅外熱成像

 

反射溫度也是一個(gè)重要的參數(shù),尤其是在目標(biāo)對(duì)象的反射率較高時(shí)(低發(fā)射率的材料)。有兩種常見的測量反射溫度的方法:反射器方法和直接方法。反射器方法更為常見,因?yàn)樗子趹?yīng)用并提供更好的結(jié)果。反射器方法使用校準(zhǔn)的反射標(biāo)準(zhǔn)物,例如金金屬涂層(具有2%至20 μm的95%恒定反射率)。常用的替代方法是將一塊鋁箔弄皺并重新壓平。將反射器放置在紅外熱像儀的視場中,并假設(shè)發(fā)射率為1且距離為零,則測量反射器的溫度。最后,通過使用反射器的溫度作為反射溫度來重復(fù)測量,所得的溫度值是最終反射溫度。

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