双色红外非接触测温技术应用与探索
发布时间：2017-09-01
红外测温技术已发展到可对有热变化表面进行扫描测温，确定其温度分布图像，迅速检测出隐藏的温差，这就是红外热像仪。红外热像仪最先应用于军事上，美国TI公司19 年研制出世界上第一台红外扫描侦察系统。以后，红外热成像技术在西方国家陆续用于飞机、坦克、军舰和其他武器上，作为侦察目标的热瞄系统，大大提高了搜索、命中目标的能力。但是，怎样使红外测温技术得到广泛应用，目前仍然是一个值得研究的应用课题。目前在冶金行业中被广泛应用。冶金行业中，铁、钢水的表面测温，以及高速线材、热轧板等表面测温精度对于产品质量的至关重要，而双色红外技术无以为提高测温精度以及特殊环境下的测温提供了良好的技术支撑。
1 测温原理
热辐射是一种电磁波辐射，人的眼睛只能感知有限的可见光，光谱范围为0.38~ 0.75μm，其他范围的光谱人眼无法感知，并且人眼能够观察到的红外光谱是不精确的。
1.1 单色测温原理
选择不同的红外探测仪器能够接收不同范围内的红外辐射。使用红外探测器通过一个标准的黑色辐射源，在探测器前加一个窄带滤色片，接收物体在某一个波长范围内的红外辐射来测量物体表面的温度，接收器将接收到的光电流信号经过放大、滤波后送给MCL、MCU完成对信号的处理，将输出结果送给LED显示器和控制系统。
1.2 双色测温原理
通过使用一个标准的黑体辐射源，分别在两个相近的红外波段接收物体发出的红外辐射信号，接收器接收器将接收到的两路光电信号经过放大、滤波后送给MCL、MCU完成对信号的处理，将输出结果送给LED 显示器和控制系统。只要物体的温度不变，则辐射能量的比值也保持不变，如果物体的温度发生变化，则比值相应发生变化。但是测量不同的物体，比值变化的斜率是不同的，需要经过双色斜率系数进行修正。双色测温模式采用信号求值比的方式来确定温度，如测量小目标时，测量现场多灰尘、水汽和雾气，测量距离远和近的变化和物体局部被挡住，被测物体发射率频繁发生变化的场合，由于相邻两波段接收到的信号同时减小，两信号相除的斜率并不发生变化。故而采用双波段信号采集求比的方法，抗干扰能力强，可减少测温体的波动，有效的解决了环境影响对测温准确度的影响。由此，依据被测目标表面红外波段部分的热辐射进行非接触温度测量，影响测温结果的首要因素是被测目标表面发射率，其次是测量通道上的烟雾、水蒸气、灰尘、火焰、隔离玻璃以及阳光直射等光学状况。测量小目标时，测温距离不当也会影响测温精度。红外测温解决了那些由接触测温无法完成的测温要求，如运动目标、容器内目标等。与接触测温相比其最大特点是：对温度场无影响，因不接触高温目标，测试仪器不易损坏经久耐用;另一方面，接触测温可探入目标内部测温，使用简单，而红外测温只能测到目标表面温度，切测温准确度与目标发射率，使用条件等多种因素有关。
2 适用场合
2.1单色模式适用场合
被测物体面积较大、表面比较平整、与测量方向小于30 度角、被测物体表面理化状态稳定、光学通道少积灰和没有阻挡与衰减等场合下物体温度的测量。
2.2 双色模式使用场合
尤其适用于测量小目标，测量现场多灰尘、水汽、雾气，测量物体远和近的变化及物体局部被遮挡等场合。双色模式允许与测量方向小于45 度角。当环境温度比被测物体温度更高时，不适宜选择双色模式，应选择单色模式。
3 应用与系统组成
红外测温采用逐点分析的方式，即把物体一个局部区域的热辐射聚焦在单个探测器上，并通过已知物体的发射率，将辐射功率转化为温度。由于被检测的对象、测量范围和使用场合不同，红外测温仪的外观设计和内部结构不尽相同，但基本结构大体相似，主要包括光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。
辐射体发出的红外辐射.进入光学系统，经调制器把红外辐射调制成交变辐射，由探测器转变成为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。
4 技术参数
以下为DCT1- 6016 红外探测仪的主要技术参数。
工作波长：单色 0.75~1.1μm;双色 0.75~1.1μm/1.1μm
测温范围：单色 600~1450℃;双色 600~1600℃
距离系数：单色模式：在1m 的位置测量物体，目标视场大小最小为20mm，切目标无抖动;双色模式：即使目标不充满视场也能准确测量，不受被测物大小的限制，在目标温度大于900℃时，允许信号有 90% 的衰减。聚焦范围：0.5μm~ 无穷大。瞄准激光：波长650μm±10%，输出功率 <30μW，激光安全等级为Ⅰia。模拟量输出：电流环输出4m A~ 20m A 或 0m A~ 10m A，与温度线性变化;电压环输出0~ 10V，与温度线性变化;相对湿度：10~ 95% ;环境温度：- 20℃~ +50℃，不带水冷;- 20℃~ +120℃，带水冷。
5 红外测温应注意的问题
1) 只测量表面温度，红外测温仪不能测量内部温度。2) 波长在5um 以上不能透过石英玻璃进行测温，玻璃有很特殊的反射和透过特性，不允许精确红外温度读数。但可通过红外窗口测温。红外测温仪最好不用于光亮的或抛光的金属表面的测温(不锈钢、铝等)。3) 定位热点，要发现热点，仪器瞄准目标，然后在目标上作上下扫描运动，直至确定热点。4) 注意环境条件：蒸汽、尘土、烟雾等。它阻挡仪器的光学系统而影响精确测温。5) 环境温度，如果测温仪突然暴露在环境温差为20℃或更高的情况下，允许仪器在20分钟内调节到新的环境温度。
6 结论
双色红外测温技术解决了接触式测温技术的局限性，弥补了在冶金行业中的运用中对动态物体及容器内物体的表面温度的准确测量，使得由于温度影响而决定产品质量的因素由于得到良好掌控而大大减小。虽然双色红外测温在一定区域还存在局限性，但是随着进一步的研究和探索，将会促进测温技术不断发展。
摘自：中国计量测控网
