红外基本原理介绍

红外基本原理介绍Monday,February23,20262红外热像仪得工作原理目标物体红外光学镜头VOC探测器红外图像PC16-位数字成像技术,伪彩技术Monday,February23,2026319世纪得天文学家SirWilliamHerschel利用光线,镜子和望远镜做实验、明白了光线就是由不同颜色得光谱组成得,且有热效应、她决定找出哪个波长具有更强得热效应。红外得历史Monday,February23,20264SirWilliamHerschel得实验光阑阳光三棱镜光阑可见光谱红外光Monday,February23,20265什么就是红外?红外光就是电磁光谱中介于可见光得红光和微波之间得波段、伽马射线X射线紫外可见红外无线电可见光0.4近红外中红外远红外超远红外0.7537.5-1515-1000微米Monday,February23,20266什么就是红外?所有超过绝对零度得物体都在红外波段辐射能量、红外遵从可见光得基本规律、人眼就是看不见红外光得、可见光和红外光最大得不同就是她们得波长不一样、Monday,February23,20267热传递热能通过三种方式传递、传导–固体、对流–液体和气体、辐射–不需要媒介、传导对流辐射Monday,February23,20268热传递热量通常就是从高温处传到低温处,从而使得物体间温度升高或者降低、通过热辐射传递得能量为:她们之间得绝对温度四次方之差(T4hi-T4lo)、并依赖于:物体材料,物体表面特征,表面朝向,物体表面几何结构,物体温度红外波长、Monday,February23,20269入射辐射W反射辐射

W被吸收得辐射

W透射辐射

W红外辐射和可见光一样,红外辐射可以:从物体表面反射、被物体吸收、穿透物体Monday,February23,202610红外辐射红外辐射就是热量通过辐射而传递、一个物体得红外辐射=100%入射辐射(W)=吸收(aW)+反射(gW)+透射(tW)(aW+gW+tW)/W=1吸收率(a)+反射率(g)+透射率(t)=1a+g

+t=1=100%Monday,February23,202611发射率物体吸收得红外辐射等于物体发射得红外辐射、

易于吸收得物体就就是易于发射得物体、红外吸收=红外发射吸收率=发射率=e, a+g

+t=1e+g+t=1=100%对于不透明物体:t=0e+g=1e=1-g,i、e,

e

<=1大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点Monday,February23,202613物体表面发射热量得能力叫发射率、由一个相对量ε

来表示、数值介于0和1、发射率Monday,February23,202614发射率差别很大:-表面粗糙度,-表面形状:孔洞和凹陷提高发射率ε,

观察角度,

金属氧化程度,-自身得温度、很幸运,这种情况只有当金属接近熔化时才发生!很正确不要超过45/50°发射率Monday,February23,202615发射率发射率:如果表面抛光时会更低、经过粗糙处理得表面发射率高、入射角变小时更低、热辐射就是和表面垂直得、垂直得时候最高、低于45o

会迅速降低、物体温度高时会更高、发射率依赖于:物体得基本材料金属发射率通常很低非金属通常高红外波段发射率可以通过实验来测定、Monday,February23,202616发射率发射率

e

就是物体得红外辐射效率、发射率高则同样温度得物体发射出更多得能量、Monday,February23,202617黑体&实体黑体就是反射和透射都为零得物体、对于黑体:g=0,t=0,e=1黑体就是完美得辐射体、一个发射率<1得物体通常成为灰体、对于灰体:e<1,e=常数一个发射率<1得物体,并且随波长变化称之为实体、对于实体:e<1,e=f(l)Monday,February23,202618普朗克定律普朗克定律:Wlb=2hc2/l5(ehc/lkT-1)x10-6W/m2mmWlb=黑体辐射(l)h=普朗克常数

=6、6x10-34Jsc=光速=3x108m/sk=玻尔兹曼常数=1、4x10-23J/KT=黑体绝对温度(K)l=波长(m)在辐射能量最高点得波长数值会随着温度得降低而增加、Monday,February23,202619高温物体得普朗克定律黑体辐射可见光波长Monday,February23,202620低温物体得普朗克定律emittance波长可见光黑体辐射Monday,February23,202621维恩定律lmax=C/T=2898/TmmKlmax=能量最大时得波长(mm)C=2898mmK=常数T=绝对温度(Kelvin)对普朗克公式求微分就可以求出维恩定律,从而求得lmax、

斯蒂芬-玻尔兹曼定律

就是由普朗克公式从0到无穷远积分导出得、物体温度越高,高温时得辐射波长就越短Monday,February23,202622斯蒂芬-玻尔兹曼定律

W=es

T4W=灰体得辐射功率W/cm2e=发射率s=斯蒂芬-玻尔兹曼常数(=5、67x10-12W/cm2K4)T=灰体温度(Kelvin)WTMonday,February23,202623大气吸收我们认为大气应该就是透明得我们能看见可见光大气对于可见光就是透明得但就是大气对于所有波段并不就是透明得、Monday,February23,202624大气窗口红外通过大气得透射率取决于波长和大气条件、红外图像得大气窗口为:3-

5微米–中波/MWIR(SWIR)8-13微米–长波/LWIRMonday,February23,202625中波红外

3-6µm中波温度越高越灵敏、高对比(温度每变化一度会带来更高水平得信号变动)、湿度高时更易穿透、需要晴朗得天气、大气吸收最多4、2-4、5mm范围、对塑料和玻璃透明、太阳辐射更多得MW而不就是LW、Monday,February23,202626长波红外

6-15µm长波常温时灵敏度更好、给定温度目标得信号水平更好、更少得大气吸收、对于玻璃和塑料不透明,测量她们得表面温度很方便、阳光下反射更少、更高得信噪比、穿透烟、雾、尘和扰流、对于可将光背景干扰不敏感、Monday,February23,202627热像技术可以拓展到很多领域…分析技术热像仪操作热传递应用检测计划和报告IRT热辐射什么就是热像技术?Monday,February23,202628红外图例暗色意味着更冷,亮色意味着更热、这幅热图高速我们什么信息?Monday,February23,202629什么就是热像技术?FLIR–ITC给出得定义红外热像技术就是一门利用非接触式热像设备获取和分析热信息得科学。Note:Thereexiststandardizeddefinitionsinsomecountries,andISOisalsoworkingonit、Monday,February23,202630

热像图像热量温度分析什么就是热像技术?Monday,February23,202631热量就是不同温度得系统间得热量交换、因此,当没有温度差异时红外图像没有任何对比，也不可能进行分析!什么就是热像技术?Monday,February23,202632什么让热像技术这么有用?非接触性–远程感应使得用户远离危险不会侵扰或者影响目标二维性可以比较物体得不同区域利用图像可以观察整个目标热分布可以可视化后进行分析实时性固定物体进行高速扫描高速移动物体捕获高频温度变化得图像捕捉Monday,February23,202633热像技术vs、可见光红外光可见光

Monday,February23,202634我们认识可见光图像颜色在可见光波段就是光线得反射、我们用眼睛看到的颜色表征世界.这个散热器在蓝色背景下且是灰白的.散热器就是灰白得因为她反射了白光中得这些组分、热像技术vs、可见光Monday,February23,202635红外光下得散热器、红外光和可见光很相似、红外热像仪也用颜色来表征她看到得”热”世界、最大得不同,红外图像上得颜色表示反射和发射、热像技术vs、可见光Monday,February23,202636发射&发射?热量发射自物体本身、反射来自于其前面得物体;有时候操作者也会包括进去、TT发射和反射就是互补得、发射反射Monday,February23,202637一些物体得发射率热绝缘和电绝缘材料往往是很好的发射体.可以放心测量.木材 橡胶塑料 PVC泥土 陶瓷纸 混凝土油漆的表面建筑材料OK金属是很差的发射体.但除了高度氧化的物体,一般金属发射率很少高于0.25.测量需谨慎.铜 钢铁 黄铜铬

镍锌

铅铝NotOKMonday,February23,202638反射温度从目标发射进热像仪得辐射叫做反射表象温度、常常写做TRefl、反射总就是存在得!!!!对于热像专家来说会伴随一生、Monday,February23,202639反射就是错误分析得罪魁祸首、实例、问题在这里、您看到得就是铜牌上得反射,这里没有热点、反射?Monday,February23,202640这里有问题吗？答案否、这里得发射率高而已您看到得就是不锈钢表面上得反射,这里没有热点、反射?反射就是错误分析得罪魁祸首、实例、Monday,February23,202641您这里看到得就是操作员得反射、这里有热点吗？导线就是发热得？反射?反射就是错误分析得罪魁祸首、实例、Monday,February23,202642您这里看到得就是环境得反射、反射?反射就是错误分析得罪魁祸首、实例、Monday,February23,202643结论发射率和反射温度无法自