红外监测与诊断技术.ppt

红外监测与诊断技术
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红外线的基本特性
～1000um之间，分近红外(～3um)、中红外(3um～6um)、远红外(6um～15um)和极远红外(15um～1000um) 。
任何温度超过绝对零度的物体都会辐射红外线。
红外线的频程比可见光宽，可以表现丰富的“颜色”。
红外线要受大气的吸收使能量衰减，但空间中的大气、烟云、对红外的吸收程度与红外波长有关，对(2um～) (3um～5um)及(8um～14um)三个区域吸收相对较弱，通常成为“大气窗口”。
无线电波
红外线
可见光谱
紫外线
X射线
宇宙射线
频率(Hz)
10^5
10^10
10^15
10^20
10^25
波长(m)
300
3*10^ -2
780~380nm
3*10^ -7
3*10^ -12
3*10^ -17
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红外辐射的基本规律
黑体辐射的基本规律：
绝对温度为T(K)的黑体，单位表面积在波长附近单位波长间隔内向整个半球空间发射的辐射功率与波长、温度的关系：
C1:第一辐射常熟。C2:第二辐射常熟。
实际物体的红外辐射规律
实际物体的总辐射功率与绝对温度4次方成正比，还与实际物体的发射率ε有关。
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第一节 红外测温仪
1、基本原理
光学系统 收集被测目标的幅射能量，使之汇聚在红外探测器的接收光敏面上。
红外检测器 将接收到的红外幅射能量转换成电信号输出。
信号处理 提高信号的信噪比和进行线性化输出、辐射率调整等的处理。
温度指示、存贮和纪录 有多种方式，可根据应用场合选用不同的纪录和存贮方式。
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第一节 红外测温仪
2、光电检测器的选择
光电检测器 典型的有硅光电二极管、硫化铝、锑化铟，灵敏度高响应快。
适用于制作扫描、高速、高温度分辨率的测温仪。由于对光谱有选择吸收的特性，只能在特定的红外光谱波段使用，有的使用条件苛刻。给使用带来不便。
热检测器 对红外光谱无选择性，使用方便而价廉，响应慢灵敏度低。
适用对准确度要求不太高的测温仪。其中热释电探测器灵敏度较高，是对中低温较合适的红外探测器。
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第一节 红外测温仪
3、适用范围
红外测温仪的测温范围一般分为高、中、低三类，往往中、低温(约700℃以下)在一起。
红外测温仪的局限性是只能测量“点”温度，若干个“瞄准点”的温度常不足以反映整个设备的表面温度分布，特别是有些不容易被注意到的地方，往往又是散热相当多的部位。
红外测温仪的局限性是无法对大型和远距离的电气设备进行检测。目前多数产品的视场角大而距离系数小，例如10视场角，其距离系数(距离／目标尺寸)为60，即当距离60米时，目标直径尺寸为l米才行，若目标面积过小，则测温结果不准。故多数红外测温仪适合于近距离(例如户内电气设备)测温，对于远距离小目标的测温需选用远距离测温仪。
对大型设备的监测应配备红外热象仪或红外热电视。
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美国FLIR 公司的TPT2-8系列重量轻、结构紧凑、使用方便。测试时，只要瞄准目标，扳动扳机，即可在背面的LCD显示屏上的温度值。具有激光瞄准精确定位所测目标、高低温报警，温度最大、最小、平均值、温差显示等功能。
测温范围：
TPT2,3型:   -32℃--400℃    
TPT6,8型:   -32℃--500℃ 
距离系数比:
TPT2,3,6型:   8:1      
TPT8型：     30：1         
分辨率：  ℃
精度： ± 1%
第一节 红外测温仪
4、典型产品
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第二节 红外热像仪
1、基本原理
热像仪是一个红外热成像系统，它利用红外线传感器接收被测目标的红外线信号，经放大和处理后送至显示器上，形成该目标温度分布二维可视图像，从而将目标的不可见热图像转换为可见图像。
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第二节 红外热像仪
1、基本原理
红外摄像机由光学系统、扫描机构、致冷红外探测器、控制电路和前置放大器所组成。
光机扫描机构可扫描被测目标的全部外表面，以达到测定整个目标温度分布的目的。有两种组成，一种是由垂直、水平两扫描棱镜及同步系统组成；另一种是只由一个旋转扫描棱镜构成。
红外检测器一般选用光敏器件如锑化铟，碲镉***。为降低热噪声，提高光电检测器的信噪比和灵敏度以及较短的响应时间，要求将这种光敏元件粘贴在致冷剂室(即绝热容器或杜瓦瓶内)的末端进行冷却，致冷器的工作温度由致冷剂决定，例如液氮为77K。检测器的主要技术性能探测度D*即表示检测器冷却在77K时的检测能力。
红外检测器