简述红外测温仪技术现代应用

    红外测温仪的测温原理是将物体（如钢水）发射的红外线具有的辐射能转变成电信号，红外线辐射能的大小与物体（如钢水）本身的温度相对应，根据转变成电信号大小，可以确定物体（如钢水）的温度。红外测温技术已发展到可对有热变化表面进行扫描测温，确定其温度分布图像，迅速检测出隐藏的温差， 这就是红外热像仪。红外热像仪最先应用于军事上，美国TI公司19"年研制出世界上第一台红外扫描侦察系统。以后，红外热成像技术在西方国家陆续用于飞机、坦克、军舰和其他武器上，作为侦察目标的热瞄系统，大大提高了搜索、命中目标的能力。瑞典AGA公司生产的红外热像仪在民用技术上处于领先地位。但是，怎样使红外测温技术得到广泛应用，目前仍然是一个值得研究的应用课题。

    红外测温仪工作原理

    红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内疗的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。

    在自然界中，一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布 -- 与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。

    黑体是一种理想化的辐射体，它吸收所有波长的辐射能量，没有能量的反射和透过，其表面的发射率为 1 .但是，自然界中存在的实际物体，几乎都不是黑体，为了弄清和获得红外辐射分布规律，在理论研究中必须选择合适的模型，这就是普朗克提出的体腔辐射的量子化振子模型，从而导出了普朗克黑体辐射的定律，即以波长表示的黑体光谱辐射度，这是一切红外辐射理论的出发点，故称 黑体辐射定律 .所有实际物体的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外，还与构成物体的材料种类、制备方法、热过程以及表面状态和环境条件等因素有关。因此，为使黑体辐射定律适用于所有实际物体，必须引入一个与材料性质及表面状态有关的比例系数，即发射率。该系数表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度，其值在零和小于 1 的数值之间。根据辐射定律，只要知道了材料的发射率，就知道了任何物体的红外辐射特性。影响发射率的主要因素在：材料种类、表面粗糙度、理化结构和材料厚度等。当用红外辐射测温仪测量目标的温度时首先要测量出目标在其波段范围内的红外辐射量，然后由测温仪计算出被测目标的温度。单色测温仪与波段内的辐射量成比例；双色测温仪与两个波段的辐射量之比成比例。

    红外测温采用逐点分析的方式，即把物体一个局部区域的热辐射聚焦在单个探测器上，并通过已知物体的发射率，将辐射功率转化为温度。由于被检测的对象、测量范围和使用场合不同，红外测温仪的外观设计和内部结构不尽相同，但基本结构大体相似，主要包括光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。辐射体发出的红外辐射。进入光学系统，经调制器把红外辐射调制成交变辐射，由探测器转变成为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。

    红外线测温仪三大分类：（1）人用红外线测温仪：额温型红外线体温计（以下简称额温计）是一种利用红外接收原理测量人体的测温计。使用时，只须方便的将探测窗口对准额头位置，就能快速、准确的测得人体温度。（2）工业红外测温仪：工业红外测温仪测量物体的表面温度，其光传感器辐射、反射并传输能量，然后能量由探头进行收集、聚焦，再由其它的电路将信息转化为读书显示在机上，本机配备的激光灯更有效对准被测物及提高测量精度。（3）畜牧业动物红外测温仪测温仪：兽用红外线非接触体温计根据普朗克原理，通过准确测定动物体表特定部位的体表温度，修正体表温度与实际温度的温差，便能准确显示出动物的个体体温。

    确定波长范围：目标材料的发射率和表面特性决定测温仪的光谱响应或波长。对于高反射率合金材料，有低的或变化的发射率。在高温区，测量金属材料的最佳波长是近红外，可选用0.18-1.0μm波长。其他温区可选用1.6μm、2.2μm和3.9μm波长。由于有些材料在一定波长是透明的，红外能量会穿透这些材料，对这种材料应选择特殊的波长。如测量玻璃内部温度选用10μm、2.2μm和3.9μm（被测玻璃要很厚，否则会透过）波长；测量玻璃内部温度选用5.0μm波长；测低区区选用8-14μm波长为宜；再如测量聚乙烯塑料薄膜选用3.43μm波长，聚醋类选用4.3μm或7.9μm波长。厚度超过0.4mm选用8-14μm波长；又如测火焰中的C02用窄带4.24-4.3μm波长，测火焰中的C0用窄带4.64μm波长，测量火焰中的N02用4.47μm波长。

    确定响应时间：响应时间表示红外测温仪对被测温度变化的反应速度，定义为到达最后读数的95%（双色比色光纤只需要5%能量）能量所需要时间，它与光电探测器、信号处理电路及显示系统的时间常数有关。新型红外测温仪响应时间可达1ms.这要比接触式测温方法，快得多。如果目标的运动速度很快或测量快速加热的目标时，要选用快速响应红外测温仪，否则达不到足够的信号响应，会降低测量精度。然而，并不是所有应用都要求快速响应的红外测温仪。对于静止的或目标热过程存在热惯性时，测温仪的响应时间就可以放宽要求了。因此，红外测温仪响应时间的选择要和被测目标的情况相适应。

    确定光学分辨率（距离系灵敏）

    光学分辨率由D与S之比确定，是测温仪到目标之间的距离D与测量光斑直径S之比。如果测温仪由于环境条件限制必须安装在远离目标之处，而又要测量小的目标，就应选择高光学分辨率的测温仪。光学分辨率越高，即增大D:S比值，测温仪的成本也越高。

    确定波长范围：目标材料的发射率和表面特性决定测温仪的光谱响应或波长。对于高反射率合金材料，有低的或变化的发射率。在高温区，测量金属材料的最佳波长是近红外，可选用0.18-1.0μm波长。其他温区可选用1.6μm、2.2μm和3.9μm波长。由于有些材料在一定波长是透明的，红外能量会穿透这些材料，对这种材料应选择特殊的波长。如测量玻璃内部温度选用1.0μm、2.2μm和3.9μm（被测玻璃要很厚，否则会透过）波长；测量玻璃内部温度选用5.0μm波长；测低区区选用8-14μm波长为宜；再如测量聚乙烯塑料薄膜选用3.43μm波长，聚酯类选用4.3μm或7.9μm波长。厚度超过0.4mm选用8-14μm波长；又如测火焰中的CO2用窄带4.24-4.3μm波长，测火焰中的CO用窄带4.64μm波长，测量火焰中的NO2用4.47μm波长。

    确定响应时间：响应时间表示红外测温仪对被测温度变化的反应速度，定义为到达最后读数的95%能量所需要时间，它与光电探测器、信号处理电路及显示系统的时间常数有关。广州宏诚香港CEM品牌红外测温仪响应时间可达1ms.这要比接触式测温方法快得多。如果目标的运动速度很快或测量快速加热的目标时，要选用快速响应红外测温仪，否则达不到足够的信号响应，会降低测量精度。然而，并不是所有应用都要求快速响应的红外测温仪。对于静止的或目标热过程存在热惯性时，测温仪的响应时间就可以放宽要求了。因此，红外测温仪响应时间的选择要和被测目标的情况相适应。

    信号处理功能：测量离散过程（如零件生产）和连续过程不同，要求红外测温仪有信号处理功能（如峰值保持、谷值保持、平均值）。如测温传送带上的玻璃时，就要用峰值保持，其温度的输出信号传送至控制器内。

    环境条件考虑：测温仪所处的环境条件对测量结果有很大影响，应加以考虑并适当解决，否则会影响测温精度甚至引起测温仪的损坏。当环境温度过高、存在灰尘、烟雾和蒸汽的条件下，可选用厂商提供的保护套、水冷却、空气冷却系统、空气吹扫器等附件。这些附件可有效地解决环境影响并保护测温仪，实现准确测温。在确定附件时，应尽可能要求标准化服务，以降低安装成本。当烟雾、灰尘或其他颗粒降低测量能量信呈悍，双色测温仪是最佳选择。在噪声、电磁场、震动或难以接近环境条件下，或其他恶劣条件下，光纤双色测温仪是最佳选择。

    在密封的或危险的材料应用中（如容器或真空箱），测温仪通过窗口进行观测。材料必须有足够的强度并能通过所用测温仪的工作波长范围。还要确定操作工是否也需要通过窗口进行观察，因此要选择合适的安装位置和窗口材料，避免相互影响。在低温测量应用中，通常用Ge或Si材料作为窗口，不透可见光，人眼不能通过窗口观察目标。如操作员需要通过窗口目标，应采用既透红外辐射又透过可见光的光学材料，如应采用既透红外辐射又透过可见光的光学材料，如ZnSe或BaF2等作为窗口材料。

    操作简单，使用方便：红外测温仪应该是直观的，操作简单，易于被操作人员使用，其中便携式红外测温仪是一种集测温和显示输出为一体的小型、轻便、由人携带进行测温的仪器，在显示面板上可显示温度和输出各种温度信息，有的可通过遥控或通过计算机软件程序操作。

    在环境条件恶劣复杂的情况下，可以选择测温头和显示器分开的系统，以便于安装和配置。可选择与现行控制设备相匹配的信号输出形式。

    红外辐射测温仪的标定：红外测温仪必须经过标定才能使它正确地显示出被测目标的温度。如果所用的测温仪在使用中出现测温超差，则需退回厂家或维修中心重新标定。