下载文档原格式
基于红外热成像的温度场测量关键技术探究摘要红外热成像技术是一种非接触、实时测温的方法，具有广泛的应用前景。
本文基于红外热成像技术，对温度场测量关键技术进行了探究。
起首，介绍了红外热成像技术的原理，并对其在温度场测量中的应用进行了总结。
然后，详尽探讨了红外热像仪的校准和温度测量精度影响因素，并提出了提高测量精度的方法。
接着，针对红外热成像技术中常见的问题，包括温度场中的干扰因素、辐射率不确定性等，提出了相应的解决方案。
最后，通过试验验证了所提出的方法的有效性，并展望了红外热成像技术在温度场测量中的将来进步方向。
关键词：红外热成像；温度场测量；校准；测量精度；干扰因素1.引言红外热成像技术以其非接触、实时测温的特点，成为工业、医学等领域中广泛应用的一种测温方法。
与传统的接触式测温方法相比，红外热成像技术无需接触被测物体，防止了传感器与被测物体之间的热交换，从而减小了测量误差。
本文将针对该技术在温度场测量中的关键技术进行深度探究，旨在提高温度场测量的精度和可靠性。
2.红外热成像技术原理及应用红外热成像技术是利用物体表面发射的红外辐射能，结合红外探测器将其转化为电信号，再经过信号处理与图像重建，最终形成热成像图像。
红外热成像技术在温度场测量中的应用包括表面温度场监测、热工过程分析、热辐射计量等。
3.红外热像仪校准与测量精度影响因素红外热成像技术的准确度受到红外热像仪的校准和测量精度影响。
在校准方面，需要对红外热像仪的系统参数进行准确标定，包括温度灰度干系、非匀称性、应对时间等。
而测量精度受多种因素影响，如环境温度、距离、视场角、被测物体特性等。
针对这些影响因素，本文将提出相应的校准方法和测量精度改进技术，以提高红外热成像技术在温度场测量中的精度和可靠性。
4.红外热成像技术中常见问题及解决方案在红外热成像技术应用中，屡屡会遇到温度场中的干扰因素，如背景辐射、反射、传导等。
这些因素会导致测量误差，降低测量精度。
工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald50DOI：10.16660/ki.1674-098X.2004-1021-3144红外辐射测温的影响因素及误差分析①刘培 徐标(广东省计量科学研究院 广东广州 510405)摘 要：随着科技水平的迅速发展，红外测温技术在疫情防控、产品质量控制和监测、设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥着越来越大的作用，尤其在2019新冠肺炎抗疫中发挥了鉴别患者、阻断病毒传播的关键作用。
同时随着我国工业升级，红外测温技术在我国将扮演着越来越重要的角色，为我国的现代化和节能减排保驾护航。
关键词：红外辐射 测温 发射率 误差中图分类号：TG333文献标识码：A文章编号：1674-098X(2020)07(c)-0050-03Influence Factors and Error Analysis of Infrared RadiationTemperature MeasurementLIU Pei XU Biao(Guangdong Institute of Metrology, Guangzhou, Guangdong Province，510405 China)Abstract: With the rapid development of science and technology, infrared temperature measurement technology plays an increasingly important role in epidemic prevention and control, product quality control and monitoring, on-line fault diagnosis and safety protection of equipment, and energy saving, especially in 2019COVID-19, which plays a key role in identifying patients and blocking virus transmission. Meanwhile, with China's industrial upgrading, infrared temperature measurement technology will play an increasingly important role in China, escorting China's modernization, energy conservation and emission reduction.Key Words: Infrared radiation; Temperature measurement; Emission rate; Error①课题来源：《基于微流体无序混合原理的低温黑体辐射源的研发》（项目编号：2019ZJ01）。
第 44 卷第 2 期2024 年 4 月振动、测试与诊断Vol. 44 No. 2Apr.2024Journal of Vibration ，Measurement & Diagnosis非制冷红外热成像测温关键技术研究*曹彦鹏1，2， 张圆圆1，2， 杨将新1，2（1.浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室 杭州，310027）（2.浙江大学浙江省先进制造技术重点研究实验室 杭州，310027）摘要 非制冷红外热成像测温过程受环境温度、测温距离和大气湿度等诸多因素影响，因此在复杂环境中实现高精度测温颇具挑战。
为了满足复杂环境中精确测温的需求，分析并研究了非制冷红外热成像测温误差的主要影响因素和关键补偿技术。
首先，针对非制冷红外探测器输出辐射温度易受环境影响的问题，设计了基于粒子群算法优化反向传播神经网络的非制冷红外探测器辐射温度预测算法，实现了不同工作温度下辐射温度的精确预测；其次，针对测温过程中的红外辐射大气衰减现象，设计了基于大气传输软件的近地红外辐射大气透射率计算方法，实现了大气透射率的准确、快速、便捷计算；最后，整合关键误差补偿技术形成了完整的非制冷红外热成像测温方法，并实验验证了以上关键技术对于提高红外测温精度和环境适应性的有效性。
关键词 非制冷红外热成像；温度测量；大气透射率；辐射温度中图分类号 TN219；TH8111 问题的引出红外热成像将可见光视觉拓展至人眼不可见的红外光谱波段，在军事、工业及民生等领域得到广泛应用，如导弹制导［1］、电气设备检测［2］、气体泄漏无损检测［3］、火灾探测与预防［4］以及生物学诊断［5］等，该技术应用实例如图1所示。
近年来，随着新型红外材料和信息处理技术的不断发展，红外热成像技术可进一步提高精度、可靠性和应用范围，向高性能、智能化、低成本的方向发展。
温度测量是红外热成像技术的重要应用之一。
红外热成像测温技术根据物体的辐射能量计算被测物体的表面温度，具有远距离、大面积、非接触性及高实时性等诸多优势，在温度测量领域发挥了重要作用。
多孔介质燃烧温度场测温方法综述叶靖;侯根富;戴贵龙;张慈枝【摘要】多孔介质燃烧涉及气固温度、气流速度、燃烧室内压力和燃烧热化学多种因素耦合.燃烧温度场是燃烧特性(热效率、火焰稳定性和污染物排放等)的重要影响因素,现有测温手段难以完整准确地测得燃烧器的温度场.总结多种温度场测量方法(热电偶接触式测量、辐射非接触式测量、新型反演测量方法)特性及其关键技术.针对不同燃烧器的特点,将多种测温方法组合运用,能够提高温度场测量的准确性.【期刊名称】《煤气与热力》【年(卷),期】2018(038)004【总页数】7页(P28-33,42)【关键词】多孔介质燃烧;温度场测量;热电偶接触式测量;新型反演测量【作者】叶靖;侯根富;戴贵龙;张慈枝【作者单位】福建工程学院土木工程学院,福建福州350118;福建工程学院土木工程学院,福建福州350118;福建工程学院土木工程学院,福建福州350118;福建工程学院土木工程学院,福建福州350118【正文语种】中文【中图分类】TK224.11 概述多孔介质燃烧器在多孔介质内部完成燃烧过程，火焰直接加热多孔介质固体骨架，然后通过固体骨架辐射与烟气对流释放燃烧热量。
燃烧释放的热量在加热烟气的同时，烟气通过对流与辐射加热固体骨架使其达到高温状态，固体骨架之间亦进行辐射、导热热量传递。
多孔介质燃烧器具有燃烧速率高、稳定性好、负荷调节范围广、燃烧强度高、燃烧器体积小、污染物排放低、燃烧极限宽等优点，可以实现超绝热燃烧，是公认的极具发展潜力的一种清洁燃烧技术。
由于气固之间温差比较大，多孔介质内部热量传递存在显著的非平衡性，涉及固体骨架之间、气流之间以及气固间的导热-对流-辐射耦合热量传递作用，温度场不均匀，影响机制十分复杂。
然而，燃烧特性(热效率、污染物排放和火焰稳定性)与温度场密切相关。
一方面，强化固体骨架与烟气的热交换强度，能够快速降低烟气温度，降低热力型氮氧化物排放量。
同时通过提高固体骨架温度，提高辐射换热比例，提高燃烧热效率。
基于改进Sobel算子的红外图像边缘提取算法夏清;张振鑫;王婷婷;王亚云;石娟娟【摘要】针对红外热像仪采集的图像边缘信息模糊,图像显示多样性,边缘信息难提取的特点,提出了一种基于Sobel算子梯度相乘的边缘提取算法.该算法首先对红外热像仪图像进行待识别目标的高温区域提取,然后分别利用增加了6个方向模板的Sobel算子和Roberts算子对图像进行边缘提取,再将得到的两幅梯度幅值图像进行梯度相乘,最终得到边缘提取图像.最后,用MATLAB对图像进行了仿真,仿真结果表明,该算法能够快速有效地提取红外热像仪图像的边缘,弥补Sobel算子的不足及提高了Sobel算子边缘检测的性能,计算简单,具有良好的检测精度,而且得到的边缘较细,极大的改善了图像边缘提取的效果.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2013(043)010【总页数】4页(P1158-1161)【关键词】图像处理;边缘检测;改进的Sobel算子;热红外图像【作者】夏清;张振鑫;王婷婷;王亚云;石娟娟【作者单位】中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所,北京100083;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所,北京100083;中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所,北京100083;中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TP751.11 引言温度是表征物质状态的重要参数，红外热像仪具有对温度探测灵敏度高、测温准确、可靠性强等特点。
因此，近年来，利用红外热像仪对温度进行探测已然成为研究热点之一。
随着红外技术的迅速发展，红外热像仪测温技术已广泛应用于国民经济各个部门，它在无损探测、医疗诊断、故障检测、森林防火、煤矸石山治理等领域中获得了越来越多的应用［1－3］。
红外热成像系统测温算法及温度漂移补偿研究红外辐射测温技术作为一种非接触温度测量方法，广泛应用于军事和民用领域。
随着红外热成像技术的应用和发展，很多应用场合对红外测温精度的要求越来越高，然而红外辐射测温受到被测物体发射率、测量距离、红外热成像系统自身等因素的影响导致测温精度较低，并且测量温度随着工作环境及时间的变化会发生温度漂移，难以满足高精度测温的应用需求。
因此，需要通过分析这些影响因素的作用规律，建立测温和影响因素补偿的模型，进而提高红外热成像系统的测温精度，这对促进红外热成像系统的应用和发展具有十分重要的意义。
本文首先介绍红外辐射测温的基本定律，推导辐射测温的数学表达式，并分析物体发射率、测量距离等对辐射测温的影响，并给出减小这些因素测温误差的方法。
其次由于红外探测器的非均匀性对红外测温影响较大，为了减小红外热成像系统的测温误差，本文重点分析了红外焦平面阵列探测器的非均匀性定义及分类，然后对空间固有非均匀性进行典型的两点校正算法和‘S’型非均匀性校正算法研究，在此基础上建立相应的线性和非线性温度测量算法，并给出温度测量算法的实现步骤。
红外焦平面阵列的响应漂移是限制提高红外热成像系统测温精度的又一大影响因素，而典型的非均匀性校正方法并不能有效消除漂移的影响。
故为了减小响应漂移的影响，本文对红外探测器的响应漂移进行深入研究，在此基础上建立漂移补偿模型，并给出漂移补偿的实现步骤。
最后介绍算法的测试平台和环境。
重点给出非均匀性校正、温度测量算法和漂移补偿算法在该平台上的测试过程。
实验结果表明：本文提出的温度测量算法具有较高的温度测量精度，漂移补偿算法能有效地补偿探测器的响应漂移。
关键词：红外焦平面阵列，非均匀性校正，温度测量，漂移补偿第一章绪论1.1红外热成像技术的概述德国物理学家霍胥尔于1800年在太阳光线中发现了红外线，它是众多不可见光线中的一种，又称为红外热辐射。
红外热辐射作为自然界最广泛的电磁辐射，任何物体只要其表面温度高于绝对零度(-273.15℃)都会不断的向外释放红外辐射错误!未找到引用源。
长波红外探测器的辐射定标程丽鹏;张猛;王高;李仰军;田苗【摘要】Radiometric calibration is very important for infrared temperature measurement technology .A radio-metric calibration model is proposed for temperature measurement of wide range and high-temperature region in complex environment .Firstly, the radiometric calibration experiments are conducted with a long-wave infrared ther-mal imager and a high temperature blackbody furnace .The detector response values related with the blackbody ra-diation are analyzed .Then the detector response values related with the integral time are analyzed for the possibility of detector saturation .A calculation method and the derivation process of temperature range in theory are obtained . Finally, the calibration result is verified by temperature inversion and the temperature range in theory is given .Ex-perimental results indicate that the calibration method satisfies the application requirement which is fast effective for the radiometric calibration of the long-wave infrared detector and lays a foundation to the practical application .%辐射定标是实现红外测温技术的基础。
红外测温仪测量准确度的影响因素分析及修正方法摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的工业化发展也有了进步。
在现代工业生产中，温度测量在各种监测过程中均占据了十分重要的地位。
其中，红外测温技术在生产过程、产品质量监测控制、设备在线故障诊断等方面发挥了重要的作用。
在检验检测领域，红外测温仪也因其非接触测量方式、测量范围广、测温速度快、灵敏度高等优势，得到愈加广泛的应用。
红外测温仪在使用过程中易受多方面的因素影响，例如环境因素、发射率、距离系数等。
本文将通过拟合曲线法，重点分析距离因素对红外测温仪测量准确度的影响。
张勇、张文、廖盼盼等学者曾进行过相关内容的研究，但遗憾的是均未涉及视场超出被测目标的情况。
关键词：红外测温仪测量准确度；影响因素；修正方法引言红外测温技术主要对电气设备热辐射而来的热量进行温度测量，其快速、有效与可靠的优势尤为突出。
红外测温技术在生产过程中，在产品质量控制和监测，设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥了着重要作用。
比起接触式测温方法，红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。
由此，作为检测电气设备故障的一种先进技术，红外诊断技术对于提高电气设备可靠性，降低维修成本和增加运行经济效益都具有巨大作用。
1在线红外测温仪工作原理在线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。
在线红外测温仪所测的温度是物体的辐射温度而不是物体的实际温度，由于绝对黑体是不存在的，在同一温度下实际物体热辐射总量总比绝对黑体辐射总量小，所以在线红外测温仪测出的温度肯定小于物体的真实温度。
测温时应尽可能将红外测温仪发射率设置（针对可调节发射率的在线红外测温仪）成与被测材料相同的发射率值的发射率，尽可能使测量示值与被测物的真实温度一致。
在线红外测温仪的最大优点是可实现非接触测量，并且可以容易地测得运动物体和难以接触的物体的温度。
在线红外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，否则会影响测温准确度甚至损坏在线红外测温仪。
