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2.紅外基本原理介紹ppt課件幻燈片

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紅外理論基礎介紹 關于紅外 熱傳遞 發射率 黑體 & 實體 普朗克定律 大氣窗口 熱像技術 熱像技術 vs. 可見光 發射 & 反射 測量規律 紅外熱像儀的工作原理 Sir William Herschel 的實驗 什么是紅外? 紅外光是電磁光譜中介于可見光的紅光和微波之間的波段. 什么是紅外? 所有超過絕對零度的物體都在紅外波段輻射能量. 紅外遵從可見光的基本規律. 人眼是看不見紅外光的. 可見光和紅外光最大的不同是它們的波長不一樣. 熱傳遞 熱能通過三種方式傳遞. 傳導 – 固體. 對流 – 液體和氣體 . 輻射 – 不需要媒介. 熱傳遞 熱量通常是從高溫處傳到低溫處,從而使得物體間溫度升高或者降低. 通過熱輻射傳遞的能量為: 他們之間的絕對溫度四次方之差(T4hi - T4lo). 并依賴于: 物體材料, 物體表面特征, 表面朝向, 物體表面幾何結構, 物體溫度 紅外波長. 紅外輻射 紅外輻射是熱量通過輻射而傳遞. 一個物體的紅外輻射 = 100% 入射輻射 (W) = 吸收 (aW) + 反射 (gW) + 透射 (tW) (aW + gW + tW)/W = 1 發射率 物體吸收的紅外輻射等于物體發射的紅外輻射. 易于吸收的物體就是易于發射的物體. 紅外吸收 = 紅外發射 吸收率 = 發射率 = e, a + g + t = 1 e + g + t = 1 = 100% 對于不透明物體: t = 0 e + g = 1 e = 1 - g, i. e, e <=1 發射率 發射率 發射率 發射率: 如果表面拋光時會更低. 經過粗糙處理的表面發射率高. 入射角變小時更低. 熱輻射是和表面垂直的. 垂直的時候最高. 低于 45o 會迅速降低. 物體溫度高時會更高. 發射率依賴于: 物體的基本材料 金屬發射率通常很低 非金屬通常高 紅外波段 發射率可以通過實驗來測定. 發射率 發射率 e 是物體的紅外輻射效率. 發射率高則同樣溫度的物體發射出更多的能量. 黑體 & 實體 黑體是反射和透射都為零的物體 . 對于黑體: g = 0, t = 0, e = 1 黑體是完美的輻射體. 一個發射率 < 1 的物體通常成為灰體. 對于灰體 : e < 1, e = 常數 一個發射率 < 1 的物體,并且隨波長變化稱之為實體. 對于實體: e < 1, e = f(l) 普朗克定律 普朗克定律: Wlb = 2hc2/l5(ehc/lkT - 1) x 10-6 W/m2mm Wlb = 黑體輻射(l) h = 普朗克常數 = 6.6 x 10-34 Js c = 光速 = 3 x 108 m/s k = 玻爾茲曼常數= 1.4 x 10-23 J/K T = 黑體絕對溫度 (K) l = 波長 (m) 維恩定律 lmax = C/T = 2898/T mmK lmax = 能量最大時的波長(mm) C = 2898 mmK = 常數 T = 絕對溫度( Kelvin) 對普朗克公式求微分就可以求出維恩定律,從而求得 lmax. 斯蒂芬-玻爾茲曼定律 是由普朗克公式從0到無窮遠積分導出的. 斯蒂芬-玻爾茲曼定律 W = e s T4 W = 灰體的輻射功率 W/cm2 e = 發射率 s = 斯蒂芬-玻爾茲曼常數(=5.67 x 10-12 W/cm2K4) T = 灰體溫度( Kelvin) 大氣吸收 我們認為大氣應該是透明的 我們能看見可見光 大氣對于可見光是透明的 但是大氣對于所有波段并不是透明的. 大氣窗口 中波紅外 3 - 6 µm 中波 溫度越高越靈敏. 高對比 (溫度每變化一度會帶來更高水平的信號變動). 濕度高時更易穿透. 需要晴朗的天氣. 大氣吸收最多4.2 - 4.5 mm范圍. 對塑料和玻璃透明. 太陽輻射更多的MW 而不是 LW. 長波紅外 6 - 15 µm 長波 常溫時靈敏度更好. 給定溫度目標的信號水平更好. 更少的大氣吸收. 對于玻璃和塑料不透明, 測量它們的表面溫度很方便. 陽光下反射更少. 更高的信噪比. 穿透煙、霧、塵和擾流. 對于可將光背景干擾不敏感. FLIR – ITC 給出的定義 紅外熱像技術是一門利用非接觸式熱像設備獲取和分析熱信息的科學。 非接觸性 – 遠程感應 使得用戶遠離危險 不會侵擾或者影響目標 二維性 可以比較物體的不同區域 利用圖像可以觀察整個目標 熱分布可以可視化后進行分析 實時性 固定物體進行高速掃描 高速移動物體捕獲 高頻溫度變化的圖像捕捉

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