常见问题
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发射率是指物(wù)體(tǐ)表面辐射出的能(néng)量与相同温度的黑體(tǐ)辐射能(néng)量的比率。(黑體(tǐ)是一种理(lǐ)想化的辐射體(tǐ),可(kě)辐射出所有(yǒu)的能(néng)量,其表面的发射率為(wèi) 1.00)
各种物(wù)质(zhì)的发射率是由物(wù)體(tǐ)的本身材质(zhì)所决定,相同的温度下,物(wù)质(zhì)不同,向外辐射的能(néng)量也会不同。如右图,電(diàn)工(gōng)绝缘胶带贴在不锈钢杯的表面,同时使用(yòng)接触式热電(diàn)偶测量温度,可(kě)以看到绝缘胶带处温度与接触式测温一致,而不锈钢杯表面与胶带的发射率不同,故温度显示有(yǒu)较大差别。
检测目标可(kě)分(fēn)為(wèi)非金属和金属材料两大部分(fēn):大多(duō)数非金属材料(如塑料、油漆、皮革、 纸张等)发射率通常為(wèi) 0.95,相同材质(zhì)、不同颜色的目标的发射率非常接近,误差通 常不超过测量精(jīng)度范围;部分(fēn)表面光亮的非金属材料发射率较低(如瓷砖、玻璃等发射 率一般為(wèi) 0.92)。
金属材料的发射率会受到下列因素的影响:
● 材料:不同材料发射率不同,如铜的发射率一般比铝高。
● 表面光洁度:通常表面粗糙的材料发射率比光洁表面高。
● 表面颜色:以黑色為(wèi)代表的深色系表面发射率比浅色系高。
● 表面形状:表面有(yǒu)凹陷、夹角或不平整规则的部位比平整的部位发射率高。
另外,温度(需超过 500°C)和探测器波段也会影响发射率。
红外線(xiàn)的波長(cháng)
通常在红外检测中(zhōng)，将红外测温仪器（包含红外热像仪和红外测温仪）按波長(cháng)划分(fēn)為(wèi)：
- 短波 0.76-3μm
- 中(zhōng)波 3-6μm
- 長(cháng)波 8-15μm
波長(cháng)的确定与需要检测的目标温度范围有(yǒu)关，同时检测不同波長(cháng)的探测器材料也不同。比较常见的探测器有(yǒu)：
红外测温仪：热電(diàn)堆探测器
红外热像仪：氧化钒、非晶硅、碲镉汞(HgCdTe，制冷型) 探测器
红外测温仪：热電(diàn)堆探测器
红外热像仪：氧化钒( 加滤光片)、非晶硅( 加滤光片)、碲镉汞(HgCdTe，制冷型) 探测器
红外测温仪：硅光電(diàn)池探测器
红外热像仪：铟镓砷(1nGaAs，制冷型) 探测器
- -40-1200℃（長(cháng)波）
- 200-2000℃（中(zhōng)波）
- 500-3000℃（短波）
不同的波段对某些材料的透过性能(néng)也有(yǒu)很(hěn)大差别：
8-14μm 長(cháng)波 -- 不能(néng)透过玻璃，但可(kě)透过硅（Si）、锗（Ge）、氟化钙（CaF）、硫化锌（ZnS）、硒化锌（ZnXe）等材料。
5 μm 中(zhōng)波 -- 可(kě)以直接检测高温熔融玻璃的辐射。
3.43 μm 中(zhōng)波 -- 可(kě)以直接检测塑料薄膜的辐射。
2.2 μm 短波以下 – 可(kě)以穿透玻璃。
不同温度的光谱辐射分(fēn)布曲線(xiàn)，图中(zhōng)虚線(xiàn)表示了峰值辐射波長(cháng)λm 与温度的关系曲線(xiàn)。从图中(zhōng)可(kě)以看到，随着温度的升高其峰值波長(cháng)向短波方向移动。这个定理(lǐ)被称為(wèi)韦恩位移定律。红外检测仪器需要接收最大的辐射能(néng)量，这对于電(diàn)路系统处理(lǐ)探测器输出的微弱信号（一般為(wèi)μA 级信号）至关重要；所以对于不同温度的检测量程，选择适合的探测器响应波段是红外检测仪器研发的基本要素。
背景（反射）温度补偿
发射率较低的测量目标可(kě)以反射来自附近的背景能(néng)量，这部分(fēn)额外的反射能(néng)量会被添加到测量目标自身发射的能(néng)量中(zhōng)，从而使热像仪读数变得不准确。
部分(fēn)情况下，位于测量目标附近的物(wù)體(tǐ)（设备、或者其他(tā)热源）的温度会比测量目标的温度高出很(hěn)多(duō)。因此，在实际使用(yòng)中(zhōng)，需要根据现场情况修正“背景温度补偿”等参数来消除这部分(fēn)干扰。
有(yǒu)时背景温度补偿也被称為(wèi)“反射温度补偿”。
从斯蒂芬- 玻尔兹曼扩展公(gōng)式可(kě)以看出：
- 对于发射率较高的目标（通常為(wèi)非金属物(wù)體(tǐ)），背景温度补偿设置不准确的影响会比较小(xiǎo)，甚至小(xiǎo)于0.1℃。
- 对于发射率较低的目标（通常為(wèi)光亮金属表面，或背景温度较高的情况，必须准确设置背景温度补偿，否则会引起较大误差。
斯蒂芬- 玻尔兹曼扩展公(gōng)式：
Q =σ× ε × T4目标 + (σ× (1- ε) × T4 背景 )
反射 发射
Q ：热像仪接收的总能(néng)量
σ：斯蒂芬- 玻尔兹曼常量
ε：发射率
T ：绝对温标
红外热像仪的透射
仅有(yǒu)少数材料可(kě)以透过红外能(néng)量，特别针对于8-14μm 長(cháng)波红外热像仪，能(néng)透过的材料通常是：
- 锗、硅（主要做红外镜片）
- 氟化钙、硫化锌、硒化锌（主要做红外窗口材料）
- 塑料薄膜（主要作(zuò)為(wèi)防尘、防水保护使用(yòng)）
注意：
不论何种透红外材料遮挡在热像仪与目标间的光路上，必须设置透过率参数；若材料没有(yǒu)透过率参数提供，可(kě)使用(yòng)无遮挡时测温与有(yǒu)遮挡时测温的温差进行透过率参数修正。若该热像仪没有(yǒu)透过率修正设置，发射率修正可(kě)起到相同的修正效果。
在中(zhōng)、高压電(diàn)气柜上安(ān)装(zhuāng)的红外窗口特别需要注意下列性能(néng)：
- 耐弧闪，至少50KA；
- 耐高压，至少50KV；
- 密封等级，至少IP65；
- 透明，带盖。
红外線(xiàn)的反射
红外線(xiàn)的反射红外線(xiàn)和可(kě)见光一样，也会被反射，反射的能(néng)量与目标的辐射能(néng)量一并进入热像仪进行温度计算。
当反射能(néng)量很(hěn)强时，会对温度的准确测量带来误差，所以在使用(yòng)红外热像仪检测时，需要注意下面情况：
- 目标是否金属
- 目标表面是否光亮
- 目标周围是否有(yǒu)高温物(wù)體(tǐ)( 包括太阳)
- 对于表面粗糙的材料，在满足目标尺寸的情况下，红外热像的拍摄角度没有(yǒu)限制；
- 对于表面光滑的非金属（如：玻璃、瓷砖等），拍摄角度建议不超过垂直方向45°；
- 普通金属表面的拍摄角度建议不超过垂直方向45°；
- 表面光亮的金属材料，尽量垂直检测，若一定需要倾斜，倾斜角度不能(néng)超过垂直方向30°。
拍摄角度的选取：
自动校准/ 内置黑體(tǐ)校准
当目标温度与热像仪探测器的环境温度完全一致，这时探测器的输出為(wèi)零（这与热電(diàn)偶的测温是一样的), 但目标实际温度不為(wèi)零，故需要有(yǒu)内部温度传感器进行环温补偿，在补偿中(zhōng)探测器也需要对机内温度进行检测，以提高检测准确性，这就是自动校准。
通常在探测器前端设置一块挡片，在进行自动校准时挡片将探测器遮挡，这时会形成类似黑體(tǐ)腔的环境温度检测效果，所以有(yǒu)时也被称為(wèi)内置黑體(tǐ)校准。
一般情况下，热像仪会定期进行自动校准（间隔两分(fēn)钟左右），当环境温度发生剧烈变化时, 热像仪会相应缩短校准周期。自动校准可(kě)以减少环境温度变化对探测器准确性的影响，热像仪会暂停运行2 至3 秒(miǎo)，稍等片刻即可(kě)回复正常检测状态。在开机时会有(yǒu)一次强制自动校准，待完成后进入热像画面。
红外热像仪的基本构造是怎么样的？
包括5 大部分(fēn)：
1)红外镜头: 接收和汇聚被测物(wù)體(tǐ)发射的红外辐射；
2)红外探测器组件: 将热辐射型号变成電(diàn)信号；
3)電(diàn)子组件: 对電(diàn)信号进行处理(lǐ)；
4)显示组件: 将電(diàn)信号转变成可(kě)见光图像；
5)软件: 处理(lǐ)采集到的温度数据，转换成温度读数和图像。
為(wèi)什么热像仪会发出“咔咔”声？什么是自动校准？
仪器内部发出“咔咔”声是热像仪自动校准引起的，通常发生在1）热像仪快速移动；2）刚开机。
自校原因：热像仪会根据环境温度变化，自动调整以抵消该变化对探测器准确性的影响，该过程一般持续2~3 秒(miǎo)，屏幕出现停滞并显示“正在校准”。
