远距离高精度多点测温技术

远距离高精度多点测温技术

崔亚茹,魏青琳,赵华

山东协和学院 商学院 山东济南 250107

摘要：红外线是波长在0.76～1000μm之间的一种电磁波，按波长范围可分为近红外、中红外、远红外、极远红外四类，它在磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域。红外热成像测温系统由于其远距离,非接触,多目标,高精度的特点,发展非常迅速。在当前新型冠状病毒流行的时期,为快速,高效地筛查出高温人群,及时防控,隔离疫情,红外热成像测温技术凸显了其重要性。

关键词：红外识别；高精度；远距离

一、红外检测技术基本原理

红外技术的原理是基于自然界中一切温度高于绝对零度的物体，每时每刻都辐射出红外线，同时，这种红外线辐射都载有物体的特征信息，这就为利用红外技术探测和判别各种被测目标的温度高低与热分布场提供了客观的基础。

二、红外线辐射在真空中的传播速度

红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，它是基于任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停的辐射出热红外能量，分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大，反之，辐射的能量愈小。

通过红外探测器将物体辐射的功率信号转换成电信号后，成像装置的输出信号就可以完全一一对应地模拟扫描物体表面温度的空间分布，经电子系统处理，传至显示屏上，得到与物体表面热分布相应的热像图。

红外线辐射的特点，除了具有电磁波的本质特性外，还同时具有两个重要的特性。

其一，物体表面红外线辐射的峰值波长与物体表面分布的温度有关，峰值波长与温度成反比。温度越高，辐射的波长越短；温度越低，辐射的波长越长。

与红外线辐射峰值波长对应的温度见表。

表1—1与红外线辐射峰值波长对应的温度

因此，物体红外辐射的能量大小及波长分布与表面温度有十分密切的关系。

根据红外线辐射的这一特性，通过对被测物体红外辐射的探测，便能实现对目标进行远距离热状态图像成像和测温并进行分析判断。

其二，红外辐射电磁波在大气中传播要受到大气的吸收而使辐射的能量被衰减，但空间的大气、烟云对红外辐射的吸收程度与红外线辐射的波长有关，特别对波长范围在（2～2.5μm）, （3～5μm）及（8～14μm）的三个区域相对吸收很弱,红外线穿透能力较强,透明度较高,这三个区域被称之为“大气窗口”, “大气窗口”以外的红外辐射在传播过程中由于大气、烟云中存在的二氧化碳、臭氧和水蒸气等物质的分子具有强烈吸收作用而被迅速衰减，利用红外辐射中“大气窗口”的特性，使红外辐射具备了夜视功能，并能实现全天候对目标的搜索和观察。

三、红外检测设备种类及其特性比

红外辐射的探测是将被测物体的辐射能转换为可测量的形式，对被测物体的热效应进行热电转换来测量物体红外辐射的强弱，或利用红外辐射的光电效应产生的电性质的变化来测量物体红外辐射的强弱，由于电量的测量最方便、最精确，因此一般红外辐射的探测总是把红外辐射量转换成电量进行测量，而红外辐射的探测是通过红外探测器来实现的。红外探测器种类繁多，根据不同的功能已覆盖整个红外波段，按其性质可分为两大类：其一是依据物体辐射特性进行测量和控制，其二是依据材料的红外光学特性进行分析和控制。目前，我国电力行业所使用的红外探测器可分为红外测温仪、红外热电视、红外热像仪三种，以下是三种红外设备的基本工作原理及其性能比：

（一）红外测温仪的基本工作原理

红外测温仪的基本原理是将目标的红外辐射能量经仪器透镜会聚，并通过红外滤光片进入探测器，探测器将辐射能转换成电能信号，经放大器放大电子电路处理，由液晶显示器显示出被测物体的表面温度。

（二）红外热电视的基本工作原理

红外热电视是通过热释电摄像管（PEV）接收被测目标物体的表面红外辐射，并把目标内热辐射分布的不可见热图像转变成视频信号,最后经信号放大,处理由屏幕显示出目标热图像。

（三）红外热像仪的基本工作原理

红外热像仪是利用光学系统收集被测目标的红外辐射能，经光谱滤波、空间滤波、使聚焦的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上，利用光学系统与红外探测器之间的光机扫描机构对被测物体红外进行扫描，由探测器将红外辐射能转换成电信号、经放大处理转换成标准视频信号通过电视屏显示红外热像。

四、影响红外诊断的因素及解决对策

（一）大气吸收的影响

由于大气中的水蒸气、二氧化碳 、臭氧、氧化氮、甲烷、一氧化碳等气体分子有选择性地吸收一定波长的红外线，红外线辐射在传输过程中总会受到一定的能量衰减，从而造成测量的误差。因此，在室外进行红外测温诊断时应在无雨无雾，空气湿度最好低于75%的环境条件下进行。

（二）大气尘埃及悬浮粒子的影响

由于大气尘埃的悬浮粒子可以吸收红外能量并重新辐射出去的同时改变了红外辐射的方向和辐射的偏振度，从而影响测量的精确度。因此，红外诊断应在无尘或空气较清新的环境条件下进行。

（三）风力的影响

在风力较大的环境下，由于受风速的影响，存在发热缺陷的设备热量会被风力加速发散，使得设备的散热系数增大，从而使缺陷设备的温度下降。因此，在室外进行红外测温诊断时应在无风或风力很小的条件下进行。

（四）被测物体距离和邻近物体热辐射的影响

当被测物体的距离太远时，仪器接收到的红外辐射能减少，从而对温升小的设备检测存在一定的误差。因此在现场测试工作中应当尽量避免由于被测物体距离太远而造成的测量误差。

当环境温度比被测物体的表面温度高很多或低很多时，或被测物体本身的辐射率很低时，邻近物体的热辐射的反射将对被测物体的测量造成影响。

五、多点的创新

多点的测温，形成规模有序的测温模式。多目标识别与跟踪技术是以单球机智能跟踪作为基础，网络高清监控摄像机能够同时实现对大范围内多个活动目标的智能识别与跟踪，并对其中单个目标进行智能跟踪的技术。

参考文献：

[1]张志强.王萍.红外热像仪成像评估系统设计[J].红外,2020,(3):16~27.

[2]杜玉玺.胡振琪.葛运航.黄华.陈瑞涛.汪勇.王志萌.距离对不同强度热源红外测温影响及补偿[J].红外技术,2019,(10):976-981.

[3]官上洪.杨海波.邵铭.刘小虎.基于曲线拟合的红外成像测温定标方法研究[J].光电技术应用,2018,(5):49-54.

[4]张艳超.高策.刘建卓.王博.杨帅.非制冷热像仪内部温升对测温精度的影响修正[J].中国光学,2018,(4):669-676.