熱成像與輻射測量特性
視野與溫度測量


輻射溫度測量的熱成像原理
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相關內容。使用 IRSX 進行溫度測量的前提是攝影機必須經過校準。此項設定可透過攝影機屬性中的「GenICam Nodes Radiometric Control」來確認。
IRSX 系列相機專門配備熱感測器。這些感測器的關鍵特點在於,其感測結果與物體輻射至偵測器上的輻射能量呈直接正比關係。輻射能量與物體溫度呈非線性關係,且會受到環境條件及物體參數的影響。
為了能夠透過物體的紅外線輻射來測量其溫度,必須了解測量情境中的某些參數。最重要的參數如下圖所示。
輻射率


物體發射率的測定
使用熱電偶測量物體溫度
使用參考資料
根據相機訊號計算溫度(通量線性)

大多數IRSX 型號可儲存兩組校準資料。此功能可讓您在更換鏡頭時無需重新校準。各鏡頭對應的校準資料組,可於 GenICam 節點中,透過相機屬性「鏡頭選取器」(位於「鏡頭控制」群組下)進行選取。若出貨時未附帶替換鏡頭,相關校準資料組預設會儲存於 Lens1 下。 針對每個校準組,您可以透過「溫度範圍選擇器」屬性,在高溫與低溫測量範圍之間切換。
在溫度計算中,必須將環境溫度等外部環境因素納入考量。物體溫度可依照以下公式計算:

為了根據相機訊號計算溫度值,需要 R、B、F、O 這些參數。這些參數可從相機讀取。此外,還必須知道環境參數。
表格:參數

在短距離傳輸時,可假設大氣透射率𝜏Atm= 1。若未安裝保護窗,則可採用透鏡透射率𝜏Lens= 1。若要根據訊號值計算溫度,必須先計算以下參數。
輻射率的計算:









採用相機溫度線性化 (TLinear) 的溫度計算
IRSX 系列可計算出與物體溫度成正比的輸出訊號。該系列提供兩種精度等級,兩者在動態範圍上有所不同。此功能可在 GenICam 節點的「輻測像素格式」下,於「輻測控制」群組中進行選取。
下圖顯示了選用係數為 0.04 的溫度線性化設定:

假設像素中的訊號值為 7600,則溫度計算方式如下:
攝氏溫度(開爾文)

攝氏溫度

輻射率表
材料 | Surface | 溫度 [°C] | 輻射率 |
|---|---|---|---|
鋁 | 拋光過的 | 20 | 0.04 |
氧化,強烈地 | 20 | 0.83–0.94 | |
銅 | 拋光過的 | 100 | 0.05 |
氧化,強烈地 | 20 | 0.78 | |
鐵 | 鑄造、氧化 | 100 | 0.64 |
鋼板,嚴重生鏽 | 20 | 0.69–0.96 | |
鎳 | 拋光過的 | 20 | 0.05 |
不鏽鋼(18-8) | 拋光過的 | 20 | 0.16 |
氧化 | 60 | 0.85 | |
鋼 | 拋光過的 | 100 | 0.07 |
氧化 | 200 | 0.79 | |
磚 | 紅色 | 20 | 0.93 |
碳 | 20 | 0.93 | |
混凝土 | 乾燥 | 35 | 0.95 |
玻璃 | 35 | 0.97 | |
機油、潤滑油 | 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 種顏色調配而成 | 20 | 0.94 |
論文 | 白色 | 20 | 0.07–0.90 |
石膏 | 20 | 0.86–0.90 | |
橡膠 | 黑色 | 20 | 0.95 |
人體皮膚 | 32 | 0.98 | |
土壤 | 乾燥 | 20 | 0.92 |
飽和 | 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,能夠快速且可靠地檢測出裂紋或分層等隱藏缺陷。為此,會透過外部能源對元件進行激發並加熱。 隨後,紅外線攝影機會記錄表面溫度分布,而該分布會受到材料內部不規則結構的影響。這將產生高對比度的影像,從而實現精確的品質控制——無需接觸、高效且不會對元件造成任何損害。





