文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123281
基于双温双波段法的郎伯体红外测温技术
杨桢,张士成,杨立
(海军工程大学动力工程系热工教研室湖北武汉 430033)
(Tel:********** Email: ljyangzhen@)
摘要:为提高单波段红外热像仪测温的准确性,根据红外热像仪测温的原理和计算公式,得到了红外热像仪测温的双温双波段法。该方法通过在两个不同的响应波段下进行测温并改变被测物体温度,从而构造不同的测温方程然后通过迭代求解得到物体表面温度。通过相关实验表明,采用常规测量方法测得的物体温度与真实温度有一定偏差,不能准确地测量物体温度;运用双温双波段法可以较准确地测量郎伯体材料的表面温度,其误差很小,可以保证较高的测量精度。该方法可以在无需知道被测物体表面发射率的情况下得到物体的表面温度,从而减少了红外测温中由于发射率测量不准造成的误差。
关键词:双温双波段法;朗伯体;单波段红外热像仪;红外测温;发射率
0 引言
由于热成像测温技术具有测温速度快、测温面积大、测温分辨率高和非接触、不干扰被测表面温度场等优点,己在高压电线巡检、电站、配电设备和变电站等电气设备和机器设备的状态监测、半导体元件和集成电路的质量筛选和故障诊断、石化设备的故障诊断、火灾的探测、材料内部缺陷的无损检测和传热研究等领域得到广泛的应用,并取得了可观的经济效益。[1、2] 单波段红外热像仪的应用最为广泛,为得到被测物体的表面温度,需要事先通过查找表查找被测物体发射率或通过一些方法测得发射率[3],然而发射率受众多因素的影响,用查找表或测量法得到的被测物体的发射率存在一定误差,对于郎伯体材料而言,由于其发射率随温度和波长而变化,所以其发射率误差较大,而发射率误差的存在将会增大被测物体表面温度的测温误差,使得郎伯体材料测温的误差较大甚至不能准确测量。在某些特殊的条件下(比如高温物体及带电的物体)发射率不能通过测量得到,这就需要得到一种无需测量发射率就能得到被测物体表面温度的方法。对于温度与发射率分离的方法,目前的方法是采用双波段热像仪或多波长辐射计来进行测量,但是双波段热像仪仅能用于灰体的测量,而多波长辐射计主要用于高温物体的测量[3],同时在一定的波长范围内,增加波长数会导致拟合温度的不确定度增大,从而导致测温误差增大[4、5]。对于单波段红外热像仪,还没有相应的温度与发射率分离的测温方法。这就限制了温度与发射率分离的方法在红外测温的应用。本文根据在较小的温度范围内发射率随温度的变化很小的特点,推导得到一种单波段红外热像仪测温的
双温双波段法,将该方法应用到郎伯体材料的红外测温中,从而在无需得到物体表面发射率的情况下得到被测物体的表面温度,这将提高红外测温的准确性和精度。
1 红外热像仪测温原理
根据红外热像仪的测温原理,在实际测量时,热像仪接收到的有效辐射包括三个部分:目标自身辐射、目标对周围环境反射辐射、大气辐射。
根据参考文献[6]、[7],在不存在非均匀环境辐射和被测物体充满热像仪的瞬时视场的情况下,红外热像仪的测温公式可表示为
(1)
式中,它表示辐射亮度在热像仪探测器接收波段上的积分。为热像仪的辐射温度,它表示将热像仪接收到得能量等效为温度为的黑体所发出的能量。为探测器接收光谱区间内的大气的平均透射率,为被