淺談影響紅外檢測的幾種因素

張春雷　于　昕　王　亮

[摘要]紅外檢測與診斷技術(shù)是設(shè)備診斷技術(shù)的一種，它是利用紅外技術(shù)來了解和掌握設(shè)備在使用過程中的狀態(tài)，確定其整體和局部是否正常，及早發(fā)現(xiàn)故障及其原因，預(yù)測故障發(fā)展趨勢的技術(shù)。介紹幾種對紅外檢測診斷產(chǎn)生不利影響的因素，并對紅外檢測過程中如何減小這些不利影響進(jìn)行簡單說明。

[關(guān)鍵詞]因素 紅外檢測 影響

中圖分類號：O59文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0120006－01

一、引言

紅外測量的精度和可靠性與很多因素有關(guān)，如大氣、測試背景、距離、物體輻射率、相鄰設(shè)備熱輻射、瞬時視場角等都可能對檢測造成一定的影響。在實際應(yīng)用中要注意盡量消除這些不利影響。

二、自然環(huán)境對紅外檢測的影響

（一）大氣吸收的影響

在紅外輻射的傳輸過程中，由于大氣的吸收作用總要受到一定的能量衰減，即使選擇的波長區(qū)域是紅外線穿透能力很強(qiáng)的“大氣窗口”范圍，也不可能百分之百地通過，造成這種衰減的主要原因之一就是由于大氣吸收的影響。大氣吸收程度隨空氣濕度的變化而變化。

（二）太陽光輻射的影響

當(dāng)被測對象處于太陽光輻射下時，太陽光的反射和漫反射都在3～14μm波長區(qū)域內(nèi)，且它們的分布比例并不固定，因這一波長區(qū)域與紅外測溫儀器工作的波長區(qū)域接近，而極大地影響紅外探測器。同時太陽光的照射造成的被測物體溫度變化將疊加在被測對象的溫度變化上，如太陽光的照射強(qiáng)度為976.3W／m2時，將造成11－13.7℃的附加溫升。

（三）風(fēng)的影響

當(dāng)被檢測對象處于室外露天環(huán)境中運(yùn)行時，在風(fēng)力較大的條件下，由于受到風(fēng)速對流冷卻的影響，存在發(fā)熱缺陷設(shè)備的熱量會被風(fēng)力加速散發(fā)，而使熱缺陷設(shè)的溫度下降。如風(fēng)速在1.5m/s左右時．由于風(fēng)力正面方向強(qiáng)制對流冷卻的影響，大約可使接觸部位的發(fā)熱溫升下降一半左右。

三、輻射率的影響

總體上來說，紅外檢測裝置從物體上接收到的輻射能量大小與該物體的輻射率成正比。不同物質(zhì)的輻射率ε是不相同的，并隨物體的表面狀況而變化，它們在不同的溫度和波長下有不同的值，這些因素是紅外測溫儀器現(xiàn)場應(yīng)用的主要測量誤差來源，也是現(xiàn)場實際應(yīng)用時的困難所在。

實踐證明，物體的輻射率ε對波長最敏感，其次是被測設(shè)備（物體）的表面狀態(tài)，再次是溫度。根據(jù)這個次序選擇與設(shè)備測量范圍相適應(yīng)的紅外檢測儀器及參數(shù)，在使用中對被測物體的輻射率設(shè)定盡量準(zhǔn)確，并根據(jù)被測物體的形狀，改變不同的檢測角度和方向。

不過，大多數(shù)情況下紅外檢測是通過比較法進(jìn)行判斷的，一般只需求出溫度的相對變化，不必對精度過分苛求。但要進(jìn)行熱力學(xué)溫度準(zhǔn)確測量時，必須事先知道被測物體的輻射率，否則測出的溫度值將與實際值有較大的誤差，測試證明最大時可達(dá)19％。紅外檢測儀器的產(chǎn)品資料一般都附有供該儀器使用的被測物體對應(yīng)的輻射率ε的取值范圍。由于上述的影響因素很多，同而提供的各類物體的輻射率也是參考值，而且限定在儀器規(guī)定的工作波長的區(qū)域和溫度范圍內(nèi)使用。

由于輻射率設(shè)定不準(zhǔn)所造成的誤差，短波長檢測儀比長波長檢測儀小得多。例如，當(dāng)輻射率值誤差為10％時，0.9μm波長的檢測儀僅形成2％的測溫誤差，而8～12μm波長的檢測儀形成7％的測溫誤差。因此用8～12μm波長工作波段的儀器測溫時，輻射率的設(shè)定更要盡可能準(zhǔn)確。

輻射率與測試方向也有一定的關(guān)系，如圖1所示。最好保持測試角在30°之內(nèi)，而不宜超過45°。當(dāng)不得不超過45°時，應(yīng)對輻射率做進(jìn)一步修正。

四、其它因素的影響

（一）距離系數(shù)的影響

被測物體與目標(biāo)的距離系數(shù)KL=L/ 決定了儀器與被測目標(biāo)的最大合理距離。其中，KL為距離系數(shù)；L為測量距離； 為目標(biāo)直徑。

當(dāng)被測目標(biāo)大于儀器的光學(xué)目標(biāo)時，儀器能顯示被測物體位于光學(xué)目標(biāo)內(nèi)確定面積的真實溫度；當(dāng)被測物體小于儀器的光學(xué)目標(biāo)時，儀器則顯示被測物體及背景二者溫度的加權(quán)平均值，此時顯示出的溫度誤差與被測物體的背景溫度有關(guān)，同時也與被測物體與背景的大小比例有關(guān)。

（二）鄰近物體熱輻射的影響

當(dāng)鄰近物體溫度比被測物體的表面溫度高很多或低很多，或被測物體本身的輻射率很低時，鄰近物體的熱輻射的反射將對被測物體的測量造成影響。被測物體溫度越低，輻射率越小，來自鄰近周圍物體的輻射影響就越大，因此需要進(jìn)行校正。當(dāng)鄰近物體對被測目標(biāo)存在熱輻射反射影響時，應(yīng)選擇正確的測試角度和位置，或設(shè)置必要的屏蔽措施來消除反射干擾的影響。

（三）檢測儀器工作波段的影響

根據(jù)紅外輻射的特點(diǎn)，即溫度愈高輻射的能量愈大，溫度愈高輻射的波長愈短。常用紅外檢測儀器的工作波長響應(yīng)范圍一般有兩種，即短波段3～5μm和長波段8～12μm（或14μm）。

300～500K(27～227℃)溫度對應(yīng)的峰值輻射波長在5.8～9.65μm之間，因此其表面輻射能量也主要在8～14μm長波段光譜區(qū)的工作波長范圍。只有當(dāng)被測溫度在800K(527℃)左右的目標(biāo)才應(yīng)選擇短波段3～5μm光譜區(qū)工作波長的紅外檢測儀器。

五、結(jié)束語

本文探討了幾種常見因素在紅外檢測中造成的不利影響，在實際應(yīng)用中我們應(yīng)注意盡量消除這些不利影響，進(jìn)一步提高紅外檢測的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王康印編著，紅外檢測，北京：國防工業(yè)出版社，1986.

[2]程玉蘭編著，紅外診斷現(xiàn)場使用技術(shù)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[3]田裕鵬編著，紅外檢測與診斷技術(shù)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.