热图象法

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第173页（2679字）

热成象技术于近二十年获得飞速的发展。热象仪是辐射测温技术与热成象技术的结合；将不可见的红外辐射转换成可见的直观的图象。热象仪主要工作在红外波段，利用红外扫描原理来测量物体表面温度分布及热状态。所以，也称为红外扫描温度计。测量结果为二维温度场，称热图象或温度图，同时也可测量空间二维分布各温度点的温度值。

热象仪的测温原理与辐射温度计相同。测量较低的温度时，应考虑背景辐射的影响。来自目标的光谱辐射通量可分为两部分：

W=k(W₁+W₂) (4．3－19)

其中：

和

式中：k为仪器的几何系数。ε₁，ε₂分别为目标和背景的发射率；W₁为目标发射的光谱辐射出度；W₂为被测目标的反射背景的辐射出度。

若接受的辐射波长λ₁到λ₂足够宽，则可用斯忒藩－玻尔兹曼公式表示为：

热象仪按其测量二维空间热辐射的接收方式可分为以下四大类：

(1) 红外变象管成象

红外变象管是直接把物体红外图象变成可见图象的电真空器件。

(2) 红外摄象管

红外摄象管将物体的红外辐射转换为电信号。如热释电摄象管等。其输出信号由监视器在荧光屏上还原成可见图象。此种热象仪也称热电视。

(3) 光学机械扫描方式

光学机械扫描方式利用机械装置驱动光学扫描部件(摆动反射镜或旋转棱镜)改变成象系统的反射角或折射角，使红外探测器所对应的物点在被测物体上移动(扫描)，探测器轮流测量物体不同位置的红外辐射。利用探测器输出信号与水平和垂直扫描信号在显象管屏幕上显示出被测目标表面的温度分布图象。目前大多数热象仪采用光机扫描方式。

(4) 电荷耦合器件(CCD)

电荷耦合器件是70年代初发展起来的新型半导体器件。20年来对CCD的研究取得飞速进展，CCD器件广泛应用。红外CCD器件也取得长足进展。电荷耦合摄象器件的功能是把二维空间的辐射信号变成随时间变化的一维电信号输出。这种输出方式容易做成标准视频信号输出。部分热象仪已采用CCD红外器件作为探测器。由于CCD具有自扫描能力、体积小、重量轻、功耗小、噪声低、成象质量好、坚固耐用等一系列优点，以及在价格上的潜在优势，采用红外CCD是热象仪的发展趋势。

图4．3－8表示光机扫描的热象仪原理方块图。

图4．3－8 光机扫描的热象仪原理方块图

热象仪的测温范围为－30～2000℃，波长范围为3～5μm或～814μm，分辨力在30℃为0．05～0．2℃，准确度约为3%，视场角为3．5_x3．5～40_x40(度)。热象仪的温度分辨能力与空间分辨能力和扫描速度有关。

热象仪在军事、建筑、石化、发电、输电、医疗、材料和半导体器件等行业领域的应用日益广泛。特别适用于注重了解被测物相对温度分布的场合。

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