河北穩(wěn)控科技MLX90640 紅外熱成像儀測(cè)溫傳感器模塊開(kāi)發(fā)筆記（八）擴(kuò)展知識(shí)-輻射率、靈敏度、精度、探測(cè)距離

河北穩(wěn)控科技MLX90640 紅外熱成像儀

輻射率

是描述面輻射源特性的物理量。它表示某物體的單位面積輻射的熱量和黑體在相同溫度、相同條件下的輻射熱量之比。即：輻射率通俗地說(shuō)就是某物體會(huì)將自身溫度轉(zhuǎn)換為輻射擴(kuò)散出去的能力， 1 表示可以將自身溫度轉(zhuǎn)換為 100%的輻射， 0.9 表示可以降低自身溫度的 90%轉(zhuǎn)換為熱輻射擴(kuò)散出去。實(shí)際上輻射率為 1 的物質(zhì)（黑體）是不存在的，所以任何材料的輻射率均是 0~1 之間的數(shù)值。

任何物體在高于絕對(duì)零度（-273.15℃）的時(shí)候，其物體表面就會(huì)有紅外能量也就是紅外線發(fā)射出來(lái)，溫度越高，發(fā)射的紅外能量越強(qiáng)。紅外線測(cè)溫儀和紅外熱像儀就是根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)來(lái)測(cè)量物體表面的溫度的，因?yàn)榧t外線測(cè)溫儀和紅外熱像儀是測(cè)量物體表面的溫度的，所以在測(cè)量時(shí)會(huì)被物體表面的光潔度所影響。實(shí)驗(yàn)證明：物體表面越接近于鏡面（反射越強(qiáng)），其表面所發(fā)出的紅外能量衰減越厲害，就需要對(duì)不同物體的表面對(duì)紅外能量的衰減情況做出補(bǔ)償，即設(shè)置一個(gè)補(bǔ)償系數(shù)，這個(gè)補(bǔ)償系數(shù)就是輻射率。

不同材料的輻射率差別還是很大的，比如人體是 0.95~0.98，而光滑的不銹鋼是 0.16，生銹的鐵是 0.65 左右，當(dāng)探測(cè)過(guò)程中想要得到較為準(zhǔn)確的溫度值時(shí)，就需要設(shè)置被探測(cè)物體的輻射系數(shù)。（若僅是為了成像則無(wú)需這么嚴(yán)格）

河北穩(wěn)控科技MLX90640 紅外熱成像儀測(cè)溫傳感器成果展示

靈敏度與溫度探測(cè)精度

噪聲等效溫差（NETD） 是指紅外探測(cè)器能探測(cè)到的最小溫差，即：當(dāng)被測(cè)物體的溫度變化多少時(shí)紅外探測(cè)器可以探測(cè)出來(lái)。衡量紅外探測(cè)器性能的主要指標(biāo)之一。

熱探測(cè)器的噪聲等效溫差在 100mK 左右（0.1℃）。第二代光探測(cè)器在 20mK 左右（0.02℃）。第三代探測(cè)器目標(biāo)是在 1mK（0.001℃）。

紅外探測(cè)計(jì)算出的絕對(duì)溫度值與被測(cè)物體的輻射率參數(shù)有直接關(guān)系，不同材料的輻射率值是不同的，更為嚴(yán)重的是即便是同種材料，表面光潔度、含水率、溫度高低等因素的影響也會(huì)直接改變輻射率，這就導(dǎo)致了紅外探測(cè)絕對(duì)溫度無(wú)法絕對(duì)準(zhǔn)確，問(wèn)題不在于紅外探測(cè)器的對(duì)輻射量的感知準(zhǔn)確度而在于材料的輻射率是隨時(shí)在小范圍變化的。所以，衡量紅外探測(cè)器的性能指標(biāo)一般不能用絕對(duì)溫度，而應(yīng)該用溫度靈敏度，即： 噪聲等效溫差（NETD）。這也可以得出一個(gè)結(jié)論，紅外熱成像儀的主要作用是盡量區(qū)分出不同區(qū)域的溫度差異，用數(shù)字表現(xiàn)出來(lái)，進(jìn)而展示為帶有顏色的圖像，只有溫度區(qū)分開(kāi)以后，圖像才會(huì)細(xì)致分明。

紅外探測(cè)距離

紅外熱成像儀是用光學(xué)鏡頭來(lái)收集被測(cè)物體的熱輻射能量的，故此探測(cè)距離會(huì)受到鏡頭視場(chǎng)角和熱成像像素分辨率有關(guān)。假如某成像儀的成像分辨率為 32*32 像素，視場(chǎng)角為 75 度，則可以理解為從鏡頭里發(fā)射出 32*32=1024 條激光來(lái)探測(cè) 1024 個(gè)點(diǎn)的溫度（32 行*32 列）， 每行 32 個(gè)點(diǎn)，每列 32 個(gè)點(diǎn)。每相鄰兩條激光線的夾角為 75/31=2.4193°發(fā)散出去。隨著距離的增長(zhǎng)，兩條激光線的間距會(huì)變大，當(dāng)被測(cè)物體足夠小時(shí)，有可能處于兩條激光線之間未被探測(cè)到，這就是探測(cè)距離的問(wèn)題。

即：當(dāng)成像儀的像素?cái)?shù)量和視場(chǎng)角一定時(shí)，它的有效探測(cè)距離就與被測(cè)物體的大小有關(guān)。當(dāng)被測(cè)物體尺寸已知時(shí)，對(duì)其進(jìn)行探測(cè)的理論最遠(yuǎn)距離為：

計(jì)算公式

審核編輯：湯梓紅