熱成像與輻射測量特性
視野與溫度測量
熱成像原理在輻射測溫中的應用
本章旨在簡要概述使用紅外線攝影機進行輻射溫度測量的原理。使用IRSX進行溫度測量的先決條件是攝影機已完成校準。此狀態可透過攝影機屬性中的GenICam節點「輻射控制」項目進行確認。
IRSX系列相機專為配備熱感測器而設計。此類感測器的核心特性在於其對物體輻射能與探測器間存有正比關係。輻射能值與物體溫度呈非線性依賴關係,同時受環境條件及物體參數多重因素影響。
要透過物體的紅外線輻射來測量其溫度,必須了解測量情境的若干參數。最重要的參數如下圖所示。
發射率
物體發射率的測定
使用熱電偶測量物體溫度
使用參考材料
從相機訊號計算溫度(通量線性)
大多數IRSX 型號可儲存兩組校準設定。此設計允許更換鏡頭時無需重新校準。鏡頭專屬的校準設定可於 GenICam 節點中選取,位置位於相機屬性「鏡頭控制」群組下的「鏡頭選擇器」。若出廠時未附替換鏡頭,相關校準設定預設儲存於 Lens1 設定中。 針對每組校準設定,您可透過「溫度範圍選擇器」屬性在高溫與低溫量測範圍間切換。
在溫度計算中,必須考慮外部環境因素,例如環境溫度。物體溫度可根據以下公式計算:
為從相機訊號計算溫度值,需取得R、B、F、O參數。這些參數可從相機讀取。此外,環境參數必須已知。
表格:參數
在傳輸大氣層時,短距離可假設𝜏Atm= 1。若未安裝保護窗,可採用𝜏Lens= 1。欲從訊號值計算溫度,須先計算下列參數:
發射率的計算:
採用相機溫度線性化技術的溫度計算(TLinear)
IRSX系列可計算與物體溫度成正比的輸出訊號。該系列具備兩種精度等級,其差異在於動態特性。此功能可於GenICam節點中的「輻射測量像素格式」設定區,於「輻射測量控制」群組內進行選取。
下圖顯示採用係數0.04進行溫度線性化的選項:
假設像素中的訊號值為7600,溫度計算方式如下:
攝氏溫度
攝氏溫度
發射率表
材料 | 表面 | 溫度 [°C] | 發射率 |
|---|---|---|---|
鋁 | 拋光 | 20 | 0.04 |
氧化,強烈 | 20 | 0.83-0.94 | |
銅 | 拋光 | 100 | 0.05 |
氧化,強烈 | 20 | 0.78 | |
鐵 | 鑄造,氧化 | 100 | 0.64 |
鏽跡斑斑的鐵皮 | 20 | 0.69-0.96 | |
鎳 | 拋光 | 20 | 0.05 |
不鏽鋼(18-8) | 拋光 | 20 | 0.16 |
氧化 | 60 | 0.85 | |
鋼鐵 | 拋光 | 100 | 0.07 |
氧化 | 200 | 0.79 | |
磚塊 | 紅色 | 20 | 0.93 |
碳 | 20 | 0.93 | |
混凝土 | 乾燥 | 35 | 0.95 |
玻璃 | 35 | 0.97 | |
油,潤滑 | 17 | 0.87 | |
0.03毫米薄膜 | 20 | 0.27 | |
0.13毫米薄膜 | 20 | 0.72 | |
厚塗層 | 20 | 0.82 | |
油畫顏料 | 由16種顏色混合而成 | 20 | 0.94 |
紙張 | 白色 | 20 | 0.07-0.90 |
石膏 | 20 | 0.86-0.90 | |
橡膠 | 黑色 | 20 | 0.95 |
人類皮膚 | 32 | 0.98 | |
土壤 | 乾燥 | 20 | 0.92 |
飽和於水中 | 20 | 0.95 | |
水 | 蒸餾 | 20 | 0.96 |
霜晶 | -10 | 0.98 | |
雪 | -10 | 0.85 |
無損檢測(NDT)
主動式熱成像作為一種無損檢測方法,能夠快速可靠地檢測出裂紋或分層等隱藏缺陷。為此,需透過外部能源對部件進行刺激與加熱。 隨後紅外線攝影機記錄表面溫度分佈,此分佈受材料內部不規則結構影響,從而產生高對比影像,實現精準的無接觸、高效且不損傷組件的品質控制。