一种红外辐射精确测温方法
【专利摘要】本发明公开了一种红外辐射精确测温方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：测出环境反射温度Tu；步骤2：利用温度计测出环境大气温度Tα，再根据被测物体与红外辐射测温设备之间的距离计算出大气透射率τα；步骤3：利用红外辐射测温设备测出被测物体的辐射温度Tr；步骤4：确定被测物体的发射率εn反射率ρn、发射率与反射率之和α，α≤1；步骤5：将测量值Tα、Tu、Tr输入红外辐射测温设备计算出环境大气温度信号I(Tα)、环境反射温度信号I(Tu)和被测物体的辐射温度信号的值I(Tr),代入实际物体红外测温公式计算得到红外辐射测温信号I(T0);步骤6：根据红外热像仪的标定公式，由红外辐射测温信号的值I(T0)换算出物体的真实温度T0。
【专利说明】一种红外辐射精确测温方法
【技术领域】
[0001]本发明属于红外辐射测温【技术领域】，具体地指一种红外辐射精确测温方法。
【背景技术】
[0002]由于红外辐射测温原理较复杂，影响温度测量准确性的因素较多，在许多人看来红外辐射测温的准确度不高。红外测温仪或红外热像仪测温精度是在实验室近距离通过对黑体辐射源的标定来保证的，对黑体的测温精度一般为I?2%。但是，在实际测量中由于被测物体往往不满足黑体辐射特性，红外辐射测温的精度将显著降低，误差的大小与被测物体表面辐射特性有关，对金属表面的红外辐射测温误差甚至超过100%。为了提高红外辐射测温设备的测量精度，人们根据红外测温仪或红外热像仪接收到的辐射能量，建立了测温修正方法。目前，红外辐射测温的修正方法是假设被测物体表面满足灰体近似，通过设定被测物体表面发射率ε、环境温度和大气温度来修正温度测量值，如AGA Thermovision782热像仪操作手册中给出的红外热像仪测温修正公式，通过检索公开发表的文献和专利发现目前所有的红外测温仪和热像仪还是采用这种修正算法，可称为灰体修正方法。这种修正方法对发射率较高的非金属物体的红外测温能基本满足测量准确性的要求。但对低发射率物体、非漫射表面等，目前的测温修正算法误差较大，不能满足红外辐射准确测温的需要。
[0003]单波段红外热像仪的应用最为广泛，为得到被测物体表面的真实温度，需要输入被测物体表面的波段平均发射率、环境的反射温度和大气透射率。实际上，这种修正方法是建立在被测物体发射率ε与对环境辐射的反射率之和等于I这个假设条件下的。对于大多数非金属物体，在远红外波段是近似满足灰体特性的，它们的表面发射率与对环境辐射的反射率之和近似等于1，采用灰体修正误差较小。而对于非朗伯体(比如金属)，它们的表面发射率与对环境的反射率之和不等于1，仍然采用灰体修正误差较大。因此，目前红外测温仪和红外热像仪的测温修正方法就不能用于金属等非朗伯体温度的准确测量，这也是长期以来人们认为光亮的金属等物体的红外辐射测温是不准确的原因之一，限制了红外辐射测温设备在这些领域的应用。因此，开展实际物体红外辐射温度测量技术的研究，对提高红外辐射测温准确性、扩展红外辐射测温设备的应用范围有重要的意义。
[0004]为了提高红外测温仪和热像仪的测温精度，需要建立合理的测温修正模型和算法，将红外测温的对象扩展到非朗伯体等实际物体。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的是为红外测温仪和红外热像仪等红外辐射测温仪器提供一种红外辐射精确测温方法，适合对包括不满足黑体或灰体特性的实际物体的表面温度进行准确测量。
[0006]为实现上述目的，本发明所设计的一种红外辐射精确测温方法，包括如下步骤:
[0007]步骤1:测出环境反射温度Tu ；
[0008]步骤2:利用温度计测出环境大气温度Ta，再根据被测物体与红外辐射测温设备之间的距离计算出大气透射率τ α ；
[0009]步骤3:利用红外辐射测温设备测出被测物体的辐射温度I；；
[0010]步骤4:确定被测物体的发射率ε η、反射率P η、发射率与反射率之和α，α ≤1 ；
[0011]步骤5:将测量值Τα、Tu、I；输入红外辐射测温设备计算出环境大气温度信号I (τα)、环境反射温度信号I(Tu)和被测物体的辐射温度信号的值1(1；)，将εη、α、τα、I (Ta)、I (Tu)和I (I；)的值代入实际物体红外测温公式
【权利要求】
1.一种红外辐射精确测温方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤1:测出环境反射温度Tu; 步骤2:利用温度计测出环境大气温度Ta，再根据被测物体与红外辐射测温设备之间的距离计算出大气透射率τ α ； 步骤3:利用红外辐射测温设备测出被测物体的辐射温度I；； 步骤4:确定被测物体的发射率εη、反射率Pn、发射率与反射率之和α，α < I ;步骤5:将测量值Ta、TU、I；输入红外辐射测温设备计算出环境大气温度信号I (Ta)、环境反射温度信号I (Tu)和被测物体的辐射温度信号的值I (I；)，将ε n、a、τ a、I (Ta)、I (Tu)和I O；)的值代入实际物体红外测温公式
2.根据权利要求1所述的红外辐射精确测温方法，其特征在于:当被测物体为朗伯体或漫射物体时，所述步骤I测出环境反射温度Tu的具体步骤包括: 步骤1.11:取一张铝箔，弄皱后再展平，将铝箔固定在纸板上，亮面朝向红外辐射测温设备，铝箔放在被测物体前面并与之平行； 步骤1.12:调节红外辐射测温设备的发射率，将发射率设置为1.0O ； 步骤1.13:将红外辐射测温设备瞄准铝箔并调焦； 步骤1.14:测量铝箔反射镜表面的表观温度，即得到环境反射温度Tu，多次测量，取平均值。
3.根据权利要求1所述的红外辐射精确测温方法，其特征在于:当被测物体为非朗伯体时，所述步骤I测出环境反射温度Tu的具体步骤包括: 步骤1.21:取与被测物体表面结构相似的物体作为红外反射镜，将红外反射镜镜面朝上，放在被测物体前面并与之平行； 步骤1.22:调节红外辐射测温设备的发射率，将发射率设置为1.00 ； 步骤1.23:将红外辐射测温设备瞄准红外反射镜并调焦； 步骤1.24:测量红外反射镜表面的表观温度，即得到环境反射温度Tu，多次测量，取平均值。
4.根据权利要求1至3所述的红外辐射精确测温方法，其特征在于:所述步骤4确定被测物体的发射率εη、反射率Pn、发射率与反射率之和a的具体步骤包括: 步骤4.11:测量环境反射温度Tu，取被测物体，将被测物体加热至预设温度T，T高于环境反射温度Tul ； 步骤4.12:在环境反射温度Tul下对被测物体的表面温度进行测量，得到被测物体的辐射温度为Trt ； 步骤4.13:放置一个辐射加热器对被测物体进行辐射加热，同时改变环境反射温度至Tu2jTu2高于Tul，在环境反射温度Tu2下对被测物体的表面温度进行测量，得到被测物体的辐射温度?；2 ； 步骤4.14:将测量数据T、Tul, Tu2, Trl^Tr2代入红外辐射测温设备得到被测物体温度信号I⑴、环境反射温度信号I (Tul)，I (Tu2)、物体辐射温度信号I (Trt)，I (Tr2)，将所得值代入计算公式
5.根据权利要求1至3所述的红外辐射精确测温方法，其特征在于:所述步骤4确定被测物体的发射率εη、反射率Pn、发射率与反射率之和α的具体步骤包括: 步骤4.21:选取被测物体，将该物体加热至预设温度T1 ； 步骤4.22:测量环境反射温度为Tu，将温度为T1的被测物体放入该环境，被测物体受到环境温度的辐射，在环境反射温度Tu下测出物体的辐射温度Trt ； 步骤4.23:改变被测物体温度为T2，待其稳定后，测出物体的辐射温度Trf ； 步骤4.24:将测量数据Tu、T1, Trl, T2、Tr2代入红外辐射测温设备得到环境反射温度信号I (Tu)，被测物体温度信号I (T1)、I (T2)，物体辐射温度信号I (Trt)、I (Tr2)，将所得值代入计算公式
6.根据权利要求1所述的红外辐射精确测温方法，其特征在于:对于黑体和灰体，取发射率与反射率之和α =1，所述步骤5中实际物体红外测温公式为:
【文档编号】G01J5/00GK103604504SQ201310481620
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年10月15日 优先权日:2013年10月15日
【发明者】杨立, 杨桢, 寇蔚, 杜永成, 吕事桂 申请人:中国人民解放军海军工程大学