热成像与辐射特性
视场与温度测量


热成像测定辐射温度的原理
本章旨在简要概述使用红外摄像机进行辐射温度测量的相关内容。使用 IRSX 进行温度测量的前提是摄像机已完成校准。这可通过摄像机属性中的 GenICam Nodes Radiometric Control 进行确认。
IRSX 系列相机专为配备热成像传感器而设计。这些传感器的核心特性在于,探测器上接收到的来自物体的辐射能量与其温度之间存在直接的线性关系。辐射能量与物体温度呈非线性关系,且受环境条件及物体参数的影响。
为了能够通过物体的红外辐射来测量其温度,必须了解测量场景中的某些参数。下图所示即为最重要的参数。
发射率


物体发射率的测定
使用热电偶测量物体温度
使用参考材料
根据摄像头信号计算温度(通量线性)

大多数IRSX 型号可存储两组校准数据。这使得更换镜头时无需重新校准。在 GenICam 节点中,可通过“镜头控制”组下的“镜头选择器”相机属性选择属于各镜头的校准数据。如果交付时未附带备用镜头,相关校准数据默认存储在 Lens1 下。 对于每个校准集,您可以通过“温度范围选择器”(Temperature Range Selector)属性在高温和低温测量范围之间进行切换。
在温度计算中,必须考虑环境温度等外部环境因素。物体温度可按以下公式计算:

为了根据摄像头信号计算温度值,需要R、B、F、O这四个参数。这些参数可从摄像头中读取。此外,还必须已知环境参数。
表:参数

对于大气透射率,在短距离情况下可假设𝜏Atm= 1。如果未安装保护窗,可采用𝜏Lens= 1。要根据信号值计算温度,必须先计算以下参数。
发射率的计算:









使用相机温度线性化(TLinear)进行温度计算
IRSX 系列可计算出与物体温度成正比的输出信号。该系列提供两种精度级别,其动态范围各不相同。该功能可在 GenICam 节点中的“辐射测量像素格式”下,通过“辐射测量控制”组进行选择。
下图显示了采用系数 0.04 的温度线性化选择:

假设像素中的信号值为7600,则温度计算如下:
开尔文温度

摄氏温度

辐射率表
材料 | Surface | 温度 [°C] | 发射率 |
|---|---|---|---|
铝 | 打磨过的 | 20 | 0.04 |
氧化,强烈 | 20 | 0.83-0.94 | |
铜 | 打磨过的 | 100 | 0.05 |
氧化,强烈 | 20 | 0.78 | |
铁 | 铸造、氧化 | 100 | 0.64 |
钢板,严重生锈 | 20 | 0.69–0.96 | |
镍 | 打磨过的 | 20 | 0.05 |
不锈钢(18-8) | 打磨过的 | 20 | 0.16 |
氧化 | 60 | 0.85 | |
钢 | 打磨过的 | 100 | 0.07 |
氧化 | 200 | 0.79 | |
砖 | 红色 | 20 | 0.93 |
碳 | 20 | 0.93 | |
混凝土 | 干 | 35 | 0.95 |
玻璃 | 35 | 0.97 | |
油、润滑油 | 17 | 0.87 | |
0.03毫米薄膜 | 20 | 0.27 | |
0.13毫米薄膜 | 20 | 0.72 | |
厚涂层 | 20 | 0.82 | |
油画颜料 | 16种颜色混搭 | 20 | 0.94 |
论文 | 白色 | 20 | 0.07-0.90 |
石膏 | 20 | 0.86-0.90 | |
橡胶 | 黑色 | 20 | 0.95 |
人体皮肤 | 32 | 0.98 | |
土壤 | 干 | 20 | 0.92 |
饱和 | 20 | 0.95 | |
水 | 蒸馏 | 20 | 0.96 |
霜晶 | -10 | 0.98 | |
雪 | -10 | 0.85 |
无损检测(NDT)
作为一种无损检测方法,主动式热成像能够快速、可靠地检测出裂纹或分层等隐蔽缺陷。为此,需通过外部能源对被测部件进行加热。 随后,红外热像仪会记录表面温度分布,该分布受材料内部不规则性的影响。由此生成的对比度极高的图像,能够实现精准的质量控制——非接触式、高效且不会对部件造成任何损伤。





