基于方向发射率校正的红外测温补偿方法

红外热成像仪具有实时在线、非接触获取被测对象二维温度分布等优点,在钢铁、农业、电力电子等众多领域应用广泛。但是,红外测温结果容易受到干扰因素的影响。针对方向发射率变化引起的红外测温误差,本文提出了基于方向发射率校正的红外测温补偿方法。首先,基于红外测温原理,构建了针对方向发射率变化的红外测温补偿模型。其次,为确定补偿模型中的方向发射率,利用红外热像仪和激光扫描仪构建的三维热成像系统,提出了基于参考体的方向发射率校正方法。然后,通过多项式拟合确定方向发射率随视角变化的规律。实验结果表明所提红外测温补偿方法可以有效降低方向发射率变化造成的红外测温误差,经过补偿温度后,红外测温最大误差由9.64℃降低为2.97℃,标准差由3.57℃降低为0.71℃。

光洁金属表面方向发射率的一种计算方法

用红外光谱仪测定光洁金属表面反射率谱,再根据Kramers-Kronig积分式和Fresnel方程,计算出几种金属表面的折射率n(ω)和消光系数κ(ω),然后使用n(ω),κ(ω)和Mcmahon关系式求出全波长方向发射率(0～90°).与用'全波长方向发射率测定装置'测定的结果的比较表明,在0°～60°的范围内两者基本一致.本文提出的方法克服了在实验上获得材料表面大角度方向发射率的困难.

黑体涂层宽温区红外光谱发射率特性研究(内封面文章)

为了研究高发射率黑体涂层的宽温区红外辐射特性,基于两种发射率测量装置测量了应用于不同温度场景的JSC-3和GR两种涂层宽温区3~14μm内的光谱发射率。其中JSC-3和GR涂层的测量温度范围分别是室温~1000℃和室温~150℃。分析了两种涂层光谱发射率与温度之间的关系以及不同角度下方向光谱发射率的变化。实验结果表明:宽温区内JSC-3和GR涂层在8~14μm的光谱发射率分别优于0.96和0.97,且光谱发射率保持稳定,变化量分别小于0.01和0.003。两种涂层在0°~30°内的方向光谱发射率均具有较好的一致性,变化量均小于0.005。最后利用积分球反射法得到了两种涂层在室温下3~14μm内的连续光谱发射率数据,实现了两种涂层在宽温区宽波段内的光谱发射率数据覆盖。

地面热红外发射率的天顶角变化效应

文中着重研究了自然地表面的红外辐射的方向特征 ,实地测量了发射率随观测天顶角的变化 ,分别对卫星资料反演地面温度和地面辐射测量作出红外发射率的观测天顶角修正 ,两者比较的结果表明 ,发射观测天顶角修正在精确地面温度的反演计算中不可忽视 ,尤其在大角度观测情况下 ,对某些地物发射率方向特征的修正比发射率本身的修正更重要。

各向异性发射球体热红外辐射概率特性

针对红外探测制导和检测等研究的热点问题,探讨了目标红外辐射的方向性对红外探测的影响.以各向异性等温球体为研究对象,建立从目标到探测器敏感面阵的红外传输整体模型.以能量概率密度分布函数为基础,构造敏感面上单元格的能量描述方法.采用蒙特卡洛法,计算单元格的红外信号强度,分析红外小目标的方向辐射特性对探测敏感面上能量分布的影响.结果表明,当目标表面半球方向发射率一定时,提高法向发射率可显著增强目标中心所在像元的红外信号强度,增大目标像元间红外信号对比度.

Ti-6Al-4V合金方向光谱发射率特性研究

利用傅里叶红外光谱仪在温度范围为573~953 K、波长范围为3~20μm下测量Ti-6Al-4V合金在0°~84°下的方向光谱发射率,并系统研究了方向变化对其光谱发射率的影响。实验结果表明,在波长小于10.3μm的短波处,Ti-6Al-4V合金发射率在0°~84°下随角度变化呈现出类似绝缘体的特性,而在大于10.3μm的长波处,其变化呈现出类似金属的特性。该合金的光谱发射率在573~773 K范围内随温度的升高而增大,并且在0°~70°与80°~84°内随波长变化趋势相反。当Ti-6Al-4V合金氧化后,其发射率在60°时达到最大值且非金属特性在长波处随氧化时间增加越来越明显。由此可见,在不同测量角度下,温度、波长和氧化程度等因素对Ti-6Al-4V发射率的影响很大,该研究可以丰富Ti-6Al-4V合金的方向光谱发射率数据库,为辐射测温技术提供数据支持。

材料光学性能测试与设备

TB96 99053370用双向反射法测量漆层的红外发射率=A method ofmeasuring infrared emissivity of paint coatings by bidirectional reflectance[刊,中]/谢品华,魏庆农,刘建国,郑小兵,黄友锐(中科院安徽光机所.安徽,合肥(230031))//激光与红外.—1999,29(1).—42—45介绍了一种常温红外发射率测量方法。利用双向反射分布函数测量系统,通过对物体表面双向反射分布的测量来获得其方向发射率。给出了测量原理,实验和分析。图4表1参5(李瑞琴)

各向异性发射点源几何外形对目标红外信号的影响

基于材料的各向异性发射特性,以点目标红外探测为应用模型,采用蒙特卡洛法建立从目标到探测器的红外传输模型,分析四种简单几何体表面的各向异性发射特性对目标红外信号的影响。结果表明,点源红外信号对各向异性发射特性的灵敏性与目标几何外形及目标表面发射率的角度分配性有关。当半球发射率保持一定时,点源信号对法向小辐角发射模型灵敏度较高,且增大法向发射率可提高目标总红外辐射强度。另外,相比椭球体、圆柱体和圆锥体,球体红外信号对各向异性发射的灵敏度最低,即发射率的角度分配性对球体目标红外信号影响最小。

滚动轮胎表面红外成像测温的偏差及其修正

使用红外热像仪从三个方向测量了滚动轮胎的表面温度,结果表明从不同方向对同一表面的测温结果不相同。根据几何光学和热辐射原理,造成这一偏差有两个原因:一是轮胎表面点的像面照度按其辐射入射角α的余弦四次方定律变化;二是轮胎表面点的发射率与β(该点入射方向与其法向之间的夹角)有关。本文首先采用余弦四次方定律对三个方向下的轮胎表面红外测试结果进行了与α相关的修正,然后依据轮胎表面任意点温度的同一性(即与测量方向无关)进行了与β相关的进一步修正,并给出了一个轮胎表面发射率与β的经验关系。具体表现为发射率在法向上最大,当β在60°以内时其变化相对平缓,超过60°则急剧下降,最终得到了一个表征轮胎表面点红外像面照度下降的双角度(α和β)修正函数以及相应的温度修正公式。修正后不同方向下的温度分布趋于一致,其平均结果即可视为轮胎表面真实的温度分布。