浅谈影响红外检测的几种因素

张春雷　于　昕　王　亮

[摘要]红外检测与诊断技术是设备诊断技术的一种，它是利用红外技术来了解和掌握设备在使用过程中的状态，确定其整体和局部是否正常，及早发现故障及其原因，预测故障发展趋势的技术。介绍几种对红外检测诊断产生不利影响的因素，并对红外检测过程中如何减小这些不利影响进行简单说明。

[关键词]因素 红外检测 影响

中图分类号：O59文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0120006－01

一、引言

红外测量的精度和可靠性与很多因素有关，如大气、测试背景、距离、物体辐射率、相邻设备热辐射、瞬时视场角等都可能对检测造成一定的影响。在实际应用中要注意尽量消除这些不利影响。

二、自然环境对红外检测的影响

（一）大气吸收的影响

在红外辐射的传输过程中，由于大气的吸收作用总要受到一定的能量衰减，即使选择的波长区域是红外线穿透能力很强的“大气窗口”范围，也不可能百分之百地通过，造成这种衰减的主要原因之一就是由于大气吸收的影响。大气吸收程度随空气湿度的变化而变化。

（二）太阳光辐射的影响

当被测对象处于太阳光辐射下时，太阳光的反射和漫反射都在3～14μm波长区域内，且它们的分布比例并不固定，因这一波长区域与红外测温仪器工作的波长区域接近，而极大地影响红外探测器。同时太阳光的照射造成的被测物体温度变化将叠加在被测对象的温度变化上，如太阳光的照射强度为976.3W／m2时，将造成11－13.7℃的附加温升。

（三）风的影响

当被检测对象处于室外露天环境中运行时，在风力较大的条件下，由于受到风速对流冷却的影响，存在发热缺陷设备的热量会被风力加速散发，而使热缺陷设的温度下降。如风速在1.5m/s左右时．由于风力正面方向强制对流冷却的影响，大约可使接触部位的发热温升下降一半左右。

三、辐射率的影响

总体上来说，红外检测装置从物体上接收到的辐射能量大小与该物体的辐射率成正比。不同物质的辐射率ε是不相同的，并随物体的表面状况而变化，它们在不同的温度和波长下有不同的值，这些因素是红外测温仪器现场应用的主要测量误差来源，也是现场实际应用时的困难所在。

实践证明，物体的辐射率ε对波长最敏感，其次是被测设备（物体）的表面状态，再次是温度。根据这个次序选择与设备测量范围相适应的红外检测仪器及参数，在使用中对被测物体的辐射率设定尽量准确，并根据被测物体的形状，改变不同的检测角度和方向。

不过，大多数情况下红外检测是通过比较法进行判断的，一般只需求出温度的相对变化，不必对精度过分苛求。但要进行热力学温度准确测量时，必须事先知道被测物体的辐射率，否则测出的温度值将与实际值有较大的误差，测试证明最大时可达19％。红外检测仪器的产品资料一般都附有供该仪器使用的被测物体对应的辐射率ε的取值范围。由于上述的影响因素很多，同而提供的各类物体的辐射率也是参考值，而且限定在仪器规定的工作波长的区域和温度范围内使用。

由于辐射率设定不准所造成的误差，短波长检测仪比长波长检测仪小得多。例如，当辐射率值误差为10％时，0.9μm波长的检测仪仅形成2％的测温误差，而8～12μm波长的检测仪形成7％的测温误差。因此用8～12μm波长工作波段的仪器测温时，辐射率的设定更要尽可能准确。

辐射率与测试方向也有一定的关系，如图1所示。最好保持测试角在30°之内，而不宜超过45°。当不得不超过45°时，应对辐射率做进一步修正。

四、其它因素的影响

（一）距离系数的影响

被测物体与目标的距离系数KL=L/ 决定了仪器与被测目标的最大合理距离。其中，KL为距离系数；L为测量距离； 为目标直径。

当被测目标大于仪器的光学目标时，仪器能显示被测物体位于光学目标内确定面积的真实温度；当被测物体小于仪器的光学目标时，仪器则显示被测物体及背景二者温度的加权平均值，此时显示出的温度误差与被测物体的背景温度有关，同时也与被测物体与背景的大小比例有关。

（二）邻近物体热辐射的影响

当邻近物体温度比被测物体的表面温度高很多或低很多，或被测物体本身的辐射率很低时，邻近物体的热辐射的反射将对被测物体的测量造成影响。被测物体温度越低，辐射率越小，来自邻近周围物体的辐射影响就越大，因此需要进行校正。当邻近物体对被测目标存在热辐射反射影响时，应选择正确的测试角度和位置，或设置必要的屏蔽措施来消除反射干扰的影响。

（三）检测仪器工作波段的影响

根据红外辐射的特点，即温度愈高辐射的能量愈大，温度愈高辐射的波长愈短。常用红外检测仪器的工作波长响应范围一般有两种，即短波段3～5μm和长波段8～12μm（或14μm）。

300～500K(27～227℃)温度对应的峰值辐射波长在5.8～9.65μm之间，因此其表面辐射能量也主要在8～14μm长波段光谱区的工作波长范围。只有当被测温度在800K(527℃)左右的目标才应选择短波段3～5μm光谱区工作波长的红外检测仪器。

五、结束语

本文探讨了几种常见因素在红外检测中造成的不利影响，在实际应用中我们应注意尽量消除这些不利影响，进一步提高红外检测的准确性。

参考文献：

[1]王康印编著，红外检测，北京：国防工业出版社，1986.

[2]程玉兰编著，红外诊断现场使用技术，北京：机械工业出版社，2002.

[3]田裕鹏编著，红外检测与诊断技术，北京：化学工业出版社，2006.