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紅外熱成像的發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:被動和主動。在被動紅外熱成像中,無需任何外部熱刺激即可測量來自目標物體的輻射,該信息可用于溫度測量。另一方面,在主動紅外熱成像中,樣本會受到外部熱刺激。熱量的傳播取決于材料的熱特性,但也取決于表面異常,這會導致目標表面的溫度差異。在這種情況下,測得的輻射來自目標對外部激發的熱響應。

使用紅外熱成像進行溫度測量的最重要的校準參數是發射率。此參數指示在相同溫度下,目標對象發出的輻射與黑體發出的輻射相比有多少。因此,與在相同溫度下具有高發射率的材料相比,低發射率的材料發出的紅外輻射要少。在低輻射率材料中,精確的輻射率測量尤為重要。在具有高發射率的物體中,所選發射率值的細微變化只會導致最終表面溫度發生微小變化。但是,在低輻射率的物體(例如拋光鋼或鋁)中,溫度測量特別復雜。因為輻射率的小變化會導致所得溫度的大變化。有一個通用的發射率測量程序,必須加熱目標物體,直到其達到實際工作條件下所能達到的溫度為止。可以使用熱電偶來獲得參考溫度,盡管對于低溫而言,更常見的是在溫度測量中使用相同的紅外設備,將一塊已知發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射率材料法。一旦知道了加熱件的實際溫度,就可以使用紅外設備再次測量樣品,但是這次是在物體表面而不是在電氣膠帶上。然后更改發射率的配置,直到測量到實際溫度為止。最終配置的發射率是對象的發射率。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,膠帶具有很高的發射率,這導致更高的表觀溫度。

圖為紅外熱成像

 

反射溫度也是一個重要的參數,尤其是在目標對象的反射率較高時(低發射率的材料)。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,因為它更易于應用并提供更好的結果。反射器方法使用校準的反射標準物,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,并假設發射率為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測量,所得的溫度值是最終反射溫度。