用红外热成像技术精确测定物体发射率.pdfVIP

维普资讯 t={{一 第 16卷第 3期 红 外 与 毫 米 波 学 报 VoI．16，No．3 1997年 6月 J．InfraredMillim．Wayes June。l997 用红外热成像技术精确测定物体发射率 ． 3il (西安交通大瓦 军 与控制学研究所陕西．西安，71。049) 寻与抬；z‘— 一 默 ， 瞅 。 A摘要根据虹外探测墨对物体辐射 憾从实际测 度…物体发射率的 ／ 常 ．冉析 了虹外热虚佳驻术苷行精确湖i量的亲件 ，导出了抽体 温度 了 环境温度丁 、曲体 发 · 引言 物体发射率是利用红外辐射进行非接触温度测量的关键参数，没有准确的物体发射率， 就不可能利用红外热成像仪获得真实可靠的测量结果．在红外物理中，物体的发射率被定义 为该物体在指定温度时的辐射能与同温度黑体辐射能的比值[1(本文称为发射率的经典定 义)，它是一个与测量手段无关的物性参数．长期以来，人们就是利用物体发射率的这一经典 概念来进行红外测温的，然而在一个实际的测量过程中，测量数据的获取总是离不开具体的 测量仪器．对于红外探测器而言，其光谱响应的波长范围有限，并且探测器的光谱响应率也 不是一个常数 ，这就使得探测器输出响应与物体辐射能之间投有简单的对应关系．因此 在 要求精确测温的场合下，难以应用经典意义上的物体发射率；为此本文在分析探测器输出响 应的基础上，结合实际的测量，提出了物体发射率的一般性定义，并强调了它对测量仪器的 依赖性． 另外，根据斯蒂芬一玻尔兹曼定律 ：任何温度高于绝对零度的物体都会 向周围空间发 射红外辐射，即周围环境的辐射干扰不可避免地影响测量结果．这就构成了红外热成像技术 所固有的复杂性．本文通过对红外热成像技术测量原理的分析指出了消除环境干扰的条件， 并建立了一种精确测定物体发射率的方法． 1 物体发射率的一般性定义 红外热成像技术的理论基础是黑体辐射定律．半球空间上黑体辐射能的光谱分布 由普 朗克辐射定律给出Cz3： (，)一 面2n7h丽．c2 ×1 (1) ·国家 自然科学基金贷助项 目，编 本文 1996年 6月 Z4日收到 ，修改稿 1993年 u 月 3日收到 维普资讯 红 外 与 毫 米 波 学 报 16卷 式 (1)中矸，b(，丁)为黑体的光谱辐射能 (W ／m ·m)，c为光速，^为普朗克常数，为玻尔 兹曼常数，为波长，丁为黑体的绝对温度． 实际的红外探铡器仅能在一定的波长范围(，)对物体的热辐射产生响应，如 InSb (3-5~m)和 t~CdTe(8-12~m)：如果假设其光谱响应为r()，则红外撵测器韵输 出信号 ^ 为 ^(丁)一 Ir‘()·Wb(，丁)·d， (2) J^I 式 (2)表明了黑体的绝对温度丁与红外探测器输出信号j之间的关系，但在实际中难以直 接应用式(2)作定量计算，因此总是通过红外热像仅的标定曲线 ^(丁)来表示二者之I爵的定 量关系．瑞典AGEMA公司生产的红外热像仪的标定曲线可以用 以下的敷学模型精确描 述[3]： ^(丁)一 ， (3) 式 (3)中Ib(丁)为红外探测器接收到的绝对温度 丁的黑体辐射能量，A、B、F为标定常数， 为探测器的响应因子 ，B为光谱因子，F为探测器的形状因子．式 (3)是