一種紅外輻射精確測溫方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種紅外輻射精確測溫方法，其特征在于包括如下步驟：步驟1：測出環(huán)境反射溫度Tu；步驟2：利用溫度計(jì)測出環(huán)境大氣溫度Tα，再根據(jù)被測物體與紅外輻射測溫設(shè)備之間的距離計(jì)算出大氣透射率τα；步驟3：利用紅外輻射測溫設(shè)備測出被測物體的輻射溫度Tr；步驟4：確定被測物體的發(fā)射率εn反射率ρn、發(fā)射率與反射率之和α，α≤1；步驟5：將測量值Tα、Tu、Tr輸入紅外輻射測溫設(shè)備計(jì)算出環(huán)境大氣溫度信號I(Tα)、環(huán)境反射溫度信號I(Tu)和被測物體的輻射溫度信號的值I(Tr),代入實(shí)際物體紅外測溫公式計(jì)算得到紅外輻射測溫信號I(T0);步驟6：根據(jù)紅外熱像儀的標(biāo)定公式，由紅外輻射測溫信號的值I(T0)換算出物體的真實(shí)溫度T0。
【專利說明】一種紅外輻射精確測溫方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于紅外輻射測溫【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地指一種紅外輻射精確測溫方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于紅外輻射測溫原理較復(fù)雜，影響溫度測量準(zhǔn)確性的因素較多，在許多人看來紅外輻射測溫的準(zhǔn)確度不高。紅外測溫儀或紅外熱像儀測溫精度是在實(shí)驗(yàn)室近距離通過對黑體輻射源的標(biāo)定來保證的，對黑體的測溫精度一般為I?2%。但是，在實(shí)際測量中由于被測物體往往不滿足黑體輻射特性，紅外輻射測溫的精度將顯著降低，誤差的大小與被測物體表面輻射特性有關(guān)，對金屬表面的紅外輻射測溫誤差甚至超過100%。為了提高紅外輻射測溫設(shè)備的測量精度，人們根據(jù)紅外測溫儀或紅外熱像儀接收到的輻射能量，建立了測溫修正方法。目前，紅外輻射測溫的修正方法是假設(shè)被測物體表面滿足灰體近似，通過設(shè)定被測物體表面發(fā)射率ε、環(huán)境溫度和大氣溫度來修正溫度測量值，如AGA Thermovision782熱像儀操作手冊中給出的紅外熱像儀測溫修正公式，通過檢索公開發(fā)表的文獻(xiàn)和專利發(fā)現(xiàn)目前所有的紅外測溫儀和熱像儀還是采用這種修正算法，可稱為灰體修正方法。這種修正方法對發(fā)射率較高的非金屬物體的紅外測溫能基本滿足測量準(zhǔn)確性的要求。但對低發(fā)射率物體、非漫射表面等，目前的測溫修正算法誤差較大，不能滿足紅外輻射準(zhǔn)確測溫的需要。
[0003]單波段紅外熱像儀的應(yīng)用最為廣泛，為得到被測物體表面的真實(shí)溫度，需要輸入被測物體表面的波段平均發(fā)射率、環(huán)境的反射溫度和大氣透射率。實(shí)際上，這種修正方法是建立在被測物體發(fā)射率ε與對環(huán)境輻射的反射率之和等于I這個(gè)假設(shè)條件下的。對于大多數(shù)非金屬物體，在遠(yuǎn)紅外波段是近似滿足灰體特性的，它們的表面發(fā)射率與對環(huán)境輻射的反射率之和近似等于1，采用灰體修正誤差較小。而對于非朗伯體(比如金屬)，它們的表面發(fā)射率與對環(huán)境的反射率之和不等于1，仍然采用灰體修正誤差較大。因此，目前紅外測溫儀和紅外熱像儀的測溫修正方法就不能用于金屬等非朗伯體溫度的準(zhǔn)確測量，這也是長期以來人們認(rèn)為光亮的金屬等物體的紅外輻射測溫是不準(zhǔn)確的原因之一，限制了紅外輻射測溫設(shè)備在這些領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，開展實(shí)際物體紅外輻射溫度測量技術(shù)的研究，對提高紅外輻射測溫準(zhǔn)確性、擴(kuò)展紅外輻射測溫設(shè)備的應(yīng)用范圍有重要的意義。
[0004]為了提高紅外測溫儀和熱像儀的測溫精度，需要建立合理的測溫修正模型和算法，將紅外測溫的對象擴(kuò)展到非朗伯體等實(shí)際物體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的是為紅外測溫儀和紅外熱像儀等紅外輻射測溫儀器提供一種紅外輻射精確測溫方法，適合對包括不滿足黑體或灰體特性的實(shí)際物體的表面溫度進(jìn)行準(zhǔn)確測量。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種紅外輻射精確測溫方法，包括如下步驟:
[0007]步驟1:測出環(huán)境反射溫度Tu ；
[0008]步驟2:利用溫度計(jì)測出環(huán)境大氣溫度Ta，再根據(jù)被測物體與紅外輻射測溫設(shè)備之間的距離計(jì)算出大氣透射率τ α ；
[0009]步驟3:利用紅外輻射測溫設(shè)備測出被測物體的輻射溫度I；；
[0010]步驟4:確定被測物體的發(fā)射率ε η、反射率P η、發(fā)射率與反射率之和α，α ≤1 ；
[0011]步驟5:將測量值Τα、Tu、I；輸入紅外輻射測溫設(shè)備計(jì)算出環(huán)境大氣溫度信號I (τα)、環(huán)境反射溫度信號I(Tu)和被測物體的輻射溫度信號的值1(1；)，將εη、α、τα、I (Ta)、I (Tu)和I (I；)的值代入實(shí)際物體紅外測溫公式
【權(quán)利要求】
1.一種紅外輻射精確測溫方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟1:測出環(huán)境反射溫度Tu; 步驟2:利用溫度計(jì)測出環(huán)境大氣溫度Ta，再根據(jù)被測物體與紅外輻射測溫設(shè)備之間的距離計(jì)算出大氣透射率τ α ； 步驟3:利用紅外輻射測溫設(shè)備測出被測物體的輻射溫度I；； 步驟4:確定被測物體的發(fā)射率εη、反射率Pn、發(fā)射率與反射率之和α，α < I ;步驟5:將測量值Ta、TU、I；輸入紅外輻射測溫設(shè)備計(jì)算出環(huán)境大氣溫度信號I (Ta)、環(huán)境反射溫度信號I (Tu)和被測物體的輻射溫度信號的值I (I；)，將ε n、a、τ a、I (Ta)、I (Tu)和I O；)的值代入實(shí)際物體紅外測溫公式
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外輻射精確測溫方法，其特征在于:當(dāng)被測物體為朗伯體或漫射物體時(shí)，所述步驟I測出環(huán)境反射溫度Tu的具體步驟包括: 步驟1.11:取一張鋁箔，弄皺后再展平，將鋁箔固定在紙板上，亮面朝向紅外輻射測溫設(shè)備，鋁箔放在被測物體前面并與之平行； 步驟1.12:調(diào)節(jié)紅外輻射測溫設(shè)備的發(fā)射率，將發(fā)射率設(shè)置為1.0O ； 步驟1.13:將紅外輻射測溫設(shè)備瞄準(zhǔn)鋁箔并調(diào)焦； 步驟1.14:測量鋁箔反射鏡表面的表觀溫度，即得到環(huán)境反射溫度Tu，多次測量，取平均值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外輻射精確測溫方法，其特征在于:當(dāng)被測物體為非朗伯體時(shí)，所述步驟I測出環(huán)境反射溫度Tu的具體步驟包括: 步驟1.21:取與被測物體表面結(jié)構(gòu)相似的物體作為紅外反射鏡，將紅外反射鏡鏡面朝上，放在被測物體前面并與之平行； 步驟1.22:調(diào)節(jié)紅外輻射測溫設(shè)備的發(fā)射率，將發(fā)射率設(shè)置為1.00 ； 步驟1.23:將紅外輻射測溫設(shè)備瞄準(zhǔn)紅外反射鏡并調(diào)焦； 步驟1.24:測量紅外反射鏡表面的表觀溫度，即得到環(huán)境反射溫度Tu，多次測量，取平均值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的紅外輻射精確測溫方法，其特征在于:所述步驟4確定被測物體的發(fā)射率εη、反射率Pn、發(fā)射率與反射率之和a的具體步驟包括: 步驟4.11:測量環(huán)境反射溫度Tu，取被測物體，將被測物體加熱至預(yù)設(shè)溫度T，T高于環(huán)境反射溫度Tul ； 步驟4.12:在環(huán)境反射溫度Tul下對被測物體的表面溫度進(jìn)行測量，得到被測物體的輻射溫度為Trt ； 步驟4.13:放置一個(gè)輻射加熱器對被測物體進(jìn)行輻射加熱，同時(shí)改變環(huán)境反射溫度至Tu2jTu2高于Tul，在環(huán)境反射溫度Tu2下對被測物體的表面溫度進(jìn)行測量，得到被測物體的輻射溫度?；2 ； 步驟4.14:將測量數(shù)據(jù)T、Tul, Tu2, Trl^Tr2代入紅外輻射測溫設(shè)備得到被測物體溫度信號I⑴、環(huán)境反射溫度信號I (Tul)，I (Tu2)、物體輻射溫度信號I (Trt)，I (Tr2)，將所得值代入計(jì)算公式
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的紅外輻射精確測溫方法，其特征在于:所述步驟4確定被測物體的發(fā)射率εη、反射率Pn、發(fā)射率與反射率之和α的具體步驟包括: 步驟4.21:選取被測物體，將該物體加熱至預(yù)設(shè)溫度T1 ； 步驟4.22:測量環(huán)境反射溫度為Tu，將溫度為T1的被測物體放入該環(huán)境，被測物體受到環(huán)境溫度的輻射，在環(huán)境反射溫度Tu下測出物體的輻射溫度Trt ； 步驟4.23:改變被測物體溫度為T2，待其穩(wěn)定后，測出物體的輻射溫度Trf ； 步驟4.24:將測量數(shù)據(jù)Tu、T1, Trl, T2、Tr2代入紅外輻射測溫設(shè)備得到環(huán)境反射溫度信號I (Tu)，被測物體溫度信號I (T1)、I (T2)，物體輻射溫度信號I (Trt)、I (Tr2)，將所得值代入計(jì)算公式
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外輻射精確測溫方法，其特征在于:對于黑體和灰體，取發(fā)射率與反射率之和α =1，所述步驟5中實(shí)際物體紅外測溫公式為:
【文檔編號】G01J5/00GK103604504SQ201310481620
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月15日
【發(fā)明者】楊立, 楊楨, 寇蔚, 杜永成, 呂事桂 申請人:中國人民解放軍海軍工程大學(xué)