深圳亚泰浅析红外热像原理
仪器信息网 · 2012-11-27 08:46 · 41330 次点击
深圳亚泰是红外热像领域专业的系统提供商,我们专注于针对不同应用现场的特殊需要,开发相应的红外热像分析软件和硬件产品。作为革命性的技术,红外热像正在越来越多的领域被广泛应用。
热物理学指出自然界中的物质都是由持续运动的分子构成,分子的运动或快或慢,热的分子运动的快些,冷的分子运动慢些。一个物质的所有分子动能的总合就是热能。热能总是从高能级区域向低能级区域转移,并且这个过程是不可逆的。蜡烛的燃烧产生热能很多人都会把热能和热等同起来,认为热就是热能。其实严格意义上讲,热不是能量的一种形式,而是分子从高能级区域向低能级区域转移的过程。因此物理界普遍认为能量的传递就是热。温度温度是用来表示物体热强度的物理量,从分子运动论观点看,温度是物体分子平均动能的标志。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量,如水银温度计。而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点(零点)和测量温度的基本单位。目前国际上用得较多的温标有华氏温标(°F)、摄氏温标(°C)、热力学温标(K)。物理界将0K定义为绝对零度。开氏温度与摄氏温度的换算公式TK=t℃+273.15K华氏温度与摄氏温度的换算公式T℉=1.8t℃+32绝对零度到底有多冷呢?理论上该点上的分子都静止不动,但这样的情况不会发生在自然界,甚至在外太空。能量守恒定律简单来讲能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到另一个物体,在转化或转移的过程中,能量的总量不变热传递同样,物体之间或者同一物体的不同部位存在温度差,热能也会从高能级区域向低能级区域转移,并最终达到热平衡,这种现象我们称为热传递。(此图例在不考虑环境温度及其他因素影响的情况下)热是如何进行传递的呢?热有三种传递模式:
1、传导
2、对流
3、辐射
发生热传递现象时,通常会有几种传递方式同时发生热传导热传导是固体与固体间唯一的热传递方式。比如您和客人握手,您感觉到对方手上传递热量,这就是热传导。傅里叶定律可帮助我们进行热传导分析:
通过热传导公式我们可以得出影响热传导的因素:
●材料的导热系数
●温差的大小
●热传递的区域大小热对流对流是流体(气体、液体)中热传递的主要方式。热量靠物质的流动从一部分向另一部分转移的传递方式称为对流。
热对流又分为自由热对流和强迫热对流两种方式。早在三国时期,诸葛亮就发现热对流的作用而发明了孔明灯,孔明灯的升空过程就是一个典型的强迫热对流案例。两种对流方式的区别在于自由对流无外力驱动而强迫热对流需要外力驱动。牛顿冷却定律可帮助我进行热对流分析:影响对流的主要因素:●热对流的系数
●温差的大小
●对流区域面积的大小热辐射热辐射:高温热源通过空间射向低温物体,使低温物体受热升温,这种热量的传递方式叫做热辐射。
热辐射虽然也是热传递的一种方式,但它和热传导、对流不同。它无需依靠传输媒介就可以进行热交换,所以热辐射是在真空中唯一的传热方式。如太阳辐射到地球上的热能就是典型的热辐射案例。史提芬-波兹曼定律可以帮助我们进行热辐射分析:
Q=s●●T4e根据史提芬-波兹曼定律可以确定,一个表面的辐射热能取决于:s=史提芬-波兹曼常数
发射率()
温度(T)
温度越高,热辐射越强。
注:所谓黑体是指将入射的电磁波全部吸收,并全部转化为自身能量向外辐射的物体,在此过程中即没有发生反射,也无透射。黑体辐射物的发射率ε=1,在现实自然界中不存在这种绝对的黑体,黑体辐射物被认为是一种理想物体,通常用作校准热像仪温度的标准物体。如黑体炉。所有温度高于绝对零度(-273.15℃)的物体都能产生热辐射,即红外辐射。因此热辐射是我们使用红外技术探测温度的基础。电磁波谱自然界中有各种各样的电磁辐射,每种电磁辐射都拥有不同的波长和振动频率,它们一起组成了电磁光谱。人眼所能感觉到的可见光只是波谱中的一部分。除此之外,还有我们现在比较熟悉的红外线,紫外线等。
电磁辐射波谱图电磁波谱可任意划分成许多波长范围,这些波长范围我们称为“波段”。从电磁波谱上可以看到人眼所能感知的可将光的波段为380nm到780nm,而红外光的波段从780nm到1mm。红外线红外线是由超过绝对零度的物体自身散发的,所以它是安全的。红外线根据不同的应用领域可划分为四个更小的波段:近红外线波段:0.75μm—3μm
中红外线波段:3μm—6μm
远红外线波段:6μm—15μm
极远红外线波段:15μm—1000μm因此,针对不同波段的红外进行测试也要选择不同波长的热像仪。目前商业领域中常用的热成像仪有8μm—14μm的长波热像仪和3μm—5μ的短波热像仪以及一些针对特殊应用的热像仪。为什么热像仪要做这样的红外波段划分呢?大家都知道太阳辐射之所以能传输到地球上,是因为有大气窗口,有了这些大气窗口,部分太阳辐射才能照射到地球上,地球上的生命才会存在。所谓的大气窗口是指太阳辐射在通过大气层时,未被反射、吸收和散射的那些透射率高的电磁辐射的波段范围。同样,红外波段也存在的大气窗口,在1μm—3μm、3μm—5μm以及8μm—14µm范围的红外波段有稳定的大气透射率,因此在这些波段使用红外技术测量的效果也尤为明显。红外大气窗口图红外热像仪的分类红外热像仪根据应用可分为两大类:手持式热像仪和在线式热像仪。无论是手持式热像仪还是在线式热像仪,硬件上都是由光学镜头、红外探测器、信号处理系统及显示系统构成的。