《能源监测与评价》——能源监测技术（三）

(7)最小可分辨温差。最小可分辨温差通常用MRTD表示，它是评价红外热成像系统温度分辨率的主要参数。对具有某一空间频率的四个条带(宽高比为1：7)目标的标准图案，由观察者在显示屏上作无限长时间的观察，当目标与背景的温差从零逐渐增大至观察者确认能分辨出四个条带的方波图案时，目标与背景的温差称为该空间频率的最小可分辨温差。

(8)最小可探测温差。最小可探测温差通常用MDTD表示，它也是红外热成像系统的一个重要参数，它既反映了系统的热灵敏特性，也反映了系统的空间分辨率。与MRTD不同之处是，MDTD是目标尺寸的函数，其定义为：当景物中两相邻单元的温差所产生的辐射强度的增量等于噪声等效辐射强度时，该温度即为系统的MDTD。

4.红外热成像测量物体表面温度

红外热成像探测技术在测量、搜索、跟踪、制导、侦察、预警、遥感等方面都有着非常重要的应用，此处只讨论与测量物体表面温度场有关的热成像探测技术。

(1)红外热成像测温的优点。红外热成像系统广泛用于测量固体表面温度，这种测量方法有如下优点：

1)非接触测量，不会影响被测目标的温度分布，对远距离目标、高速运动目标、带电目标、高温目标及其他不可接触目标都可采用。

2)响应快，它不必像一般热电偶、热电阻那样要求与被测目标达到热平衡，只要接受目标的辐射能即可，而辐射能的传播速度为光速，因此测温的速度仪取决于红外热成像系统自身的响应速度。

3)测温范围宽，如一台AGA型红外热成像仪的测温范围为-45～2000℃。

4)灵敏度高，目前最灵敏的红外热成像系统能测出0.01℃的温度变化。

5)空间分辨率高，如点红外热成像系统的取像速率为25帧/s，每帧200条扫描线，每条扫描线100个像元，垂直和水平的扫描效率分别为0.8和0.5，则Is内可测出20万个点，因此特别适合温度场的测量。

(2)被测物体发射率对测温的影响。红外热成像测温，实际上是测量在一定波长范围内物体表面的辐射能量，再换算成温度，并以黑白(或彩色)图像的形式将物体表面的温度场显示出来，而不同的灰度值(或彩色)就代表了不同的温度。但是，由于物体表面发射率不同，且随温度和波长变化，这就给红外热成像测量(也包括其他辐射测温方法)带来复杂的问题。虽然物体处于同样的温度，但由于其发射率不同而使探测器接收到的能量不同，从而显示出不同的温度值。

实际物体都是非黑体，其发射率均小于l，这些非黑体的发射率的变化有如下三种情况：

1)发射率小于l，但不随波长变化，此为灰体。

2)发射率不仅小于1，而且随波长变化，如一些高分子有机材料、玻璃及气体分子等。

3) 发射率既随波长变化，又随温度变化，如某些金属。

普朗克定律只是对黑体辐射而言的，对于发射率小于1的非黑体，红外热成像探测器测得的只是所谓光谱亮度温度。物体实际温度和测得的亮度温度之间的关系，可以由普朗克定律确定。因此为了解决被测物体发射率对测温的影响，在红外热成像系统中都设置有发射率设定功能，只要事先知道被测物体的发射率，并在测温系统中予以设定，便可得到正确的温度测量结果。因此，为获得物体表面准确的真实温度，确定被测表面的发射率是非常必要的。

测定物体表面发射率有很多种方法，但由于表面发射率不仅与材料本身的性质有关，还与表面的状况，如粗糙度、氧化程度等有密切的关系;而且许多材料的发射率还会随波长而变，因此在红外热成像技术中常用如下几种方法来简单地确定被测表面的发射率：

1)首先用热电偶或其他方法测出物体的真实温度，然后用红外热成像仪进行测量，调节仪器上发射率的设定值，使指示温度与真实温度一致，此时发射率的设定值就是该物体的发射率。

2)对于温度不太高的物体(通常为260℃以下)，可以在被测物体表面上贴一块发射率已知的薄片，。在温度达到平衡状态时，用红外热成像仪分别测出覆盖和未覆盖部分的温度，便可求出被测物体的发射率，也可通过在被测表面上涂已知发射率的油漆类物质，再用上述方法确定发射率。

3)对于高温物体，还可在被测物体上钻一空腔，由于空腔发射率接近于黑体，测出空腔及其旁边的温度，便可算出被测物体的发射率。

表2-6给出了金属类和非金属类物体在不同红外波段上发射率的参考值。值得注意的是，表中的数据只是近似值，因为发射率还受物体表面光洁程度和温度的影响。