科學(xué)研究—提高非制冷紅外熱像儀測(cè)溫精度的方法

非制冷紅外熱像儀具有許多明顯的優(yōu)勢(shì)，例如非接觸式測(cè)量、無(wú)損壞、溫度范圍寬、測(cè)量結(jié)果圖像化、低功耗以及良好的便攜性。近幾年，紅外熱像儀已受到越來(lái)越多的關(guān)注，成為了最廣泛的紅外溫度測(cè)量?jī)x器之一。但是，由于探測(cè)器溫度變化的嚴(yán)重影響，其測(cè)量精度可進(jìn)行進(jìn)一步提升。非制冷式紅外熱像儀溫度測(cè)量精度的提高對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。

為了提高非制冷紅外熱像儀的溫度測(cè)量精度，目前已經(jīng)進(jìn)行了大量研究。在本研究中，通過(guò)消除溫度測(cè)量結(jié)果上紅外熱像儀的內(nèi)部輻射，收集標(biāo)準(zhǔn)黑體紅外數(shù)據(jù)，建立紅外圖像像素值—黑體溫度—環(huán)境溫度和熱像儀溫度變量之間的關(guān)系，可以進(jìn)一步提高精度，進(jìn)而準(zhǔn)確測(cè)量被測(cè)物體表面的絕對(duì)溫度。

圖為不同溫度下像素值與檢測(cè)器溫度之間的關(guān)系。

具體為針對(duì)熱像儀內(nèi)部輻射的影響，使用中低溫黑體爐進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，提出了一種基于電壓補(bǔ)償?shù)姆椒?。首先，結(jié)合非制冷紅外熱像儀的原理，將被測(cè)物體的輻射轉(zhuǎn)換為電壓值，將電壓值轉(zhuǎn)換為灰度值，從而建立被測(cè)物體的輻射與灰度值之間的關(guān)系。其次，根據(jù)輻射量與灰度值之間的關(guān)系，建立了非制冷紅外熱像儀溫度測(cè)量模型。給出了計(jì)算物體真實(shí)表面溫度的公式。通過(guò)收集標(biāo)準(zhǔn)黑體的紅外圖像數(shù)據(jù)，可以在溫度測(cè)量公式中獲取系數(shù)（詳細(xì)理論可參考文章末尾的文獻(xiàn)）。最后，為驗(yàn)證補(bǔ)償方法的正確性，進(jìn)行黑體實(shí)驗(yàn)。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，非制冷紅外熱像儀測(cè)量溫度的最大誤差為1.1℃，平均誤差為0.61℃，最大相對(duì)誤差為4.0％。通過(guò)使用校正公式校正后顯示，非制冷紅外熱像儀測(cè)量溫度的最大誤差為0.4℃，平均誤差為0.27℃，最大相對(duì)誤差為2.0％。結(jié)果表明，校正后最大誤差和相對(duì)誤差大大減小，該方法有效，誤差控制在0.4℃以內(nèi)，滿足精度要求。該研究為在精確溫度測(cè)量領(lǐng)域開(kāi)發(fā)紅外熱像儀奠定了基礎(chǔ)。

參考資料：

Yu-cun Zhang, Yi-ming Chen, Cheng Luo. A method for improving temperature measurement precision on the uncooled infrared thermal imager. Measurement. 74:64-69, 2015.