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

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：輻射率通俗地說就是某物體會將自身溫度轉(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零度（-273.15℃）的時候，其物體表面就會有紅外能量也就是紅外線發(fā)射出來，溫度越高，發(fā)射的紅外能量越強(qiáng)。紅外線測溫儀和紅外熱像儀就是根據(jù)這個特點(diǎn)來測量物體表面的溫度的，因?yàn)榧t外線測溫儀和紅外熱像儀是測量物體表面的溫度的，所以在測量時會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，就需要對不同物體的表面對紅外能量的衰減情況做出補(bǔ)償，即設(shè)置一個補(bǔ)償系數(shù)，這個補(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)探測過程中想要得到較為準(zhǔn)確的溫度值時，就需要設(shè)置被探測物體的輻射系數(shù)。（若僅是為了成像則無需這么嚴(yán)格）

河北穩(wěn)控科技MLX90640 紅外熱成像儀測溫傳感器成果展示

靈敏度與溫度探測精度

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

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

紅外探測計(jì)算出的絕對溫度值與被測物體的輻射率參數(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直接改變輻射率，這就導(dǎo)致了紅外探測絕對溫度無法絕對準(zhǔn)確，問題不在于紅外探測器的對輻射量的感知準(zhǔn)確度而在于材料的輻射率是隨時在小范圍變化的。所以，衡量紅外探測器的性能指標(biāo)一般不能用絕對溫度，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，進(jìn)而展示為帶有顏色的圖像，只有溫度區(qū)分開以后，圖像才會細(xì)致分明。

紅外探測距離

紅外熱成像儀是用光學(xué)鏡頭來收集被測物體的熱輻射能量的，故此探測距離會受到鏡頭視場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 條激光來探測 1024 個點(diǎn)的溫度（32 行*32 列）， 每行 32 個點(diǎn)，每列 32 個點(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，兩條激光線的間距會變大，當(dāng)被測物體足夠小時，有可能處于兩條激光線之間未被探測到，這就是探測距離的問題。

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

計(jì)算公式

審核編輯：湯梓紅