[發明專利]在線式網絡測溫熱像儀標定方法

有效

• 申請號: 201410249310.7
• 申請日: 2014-06-06
• 公開（公告）號: CN103983361B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 廖懷軍;李曉斌;李彥生;任躍;許渝;何俊;趙江來;鄭文云;張興頻;蘇凡
• 申請（專利權）人: 昆明北方紅外技術股份有限公司
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00
• 代理公司: 昆明祥和知識產權代理有限公司53114
• 代理人: 和琳

技術領域

本發明涉及一種非接觸式溫度測量計量技術領域，具體為一種工程化應用的熱像儀測溫的標定方法。

背景技術

熱像儀測溫為非接觸式溫度測量，具有測溫范圍寬，響應快，靈敏度高、空間分辨率高、不需達到與目標物體的熱平衡、不影響目標的溫度分布、可以檢測某些不能接觸或禁止接觸的目標等特點。廣泛應用于電力行業、微電子行業、森林火險預警、故障診斷等行業。

根據普朗克分布定律，溫度高于絕對零度的物體都產生紅外輻射。熱像儀測溫是通過探測器接收被測目標的紅外輻射，將接收的輻射能量轉換為相應的電信號，對應圖像灰度。通過圖像處理技術將整個目標不可見的溫度分布特性形成一個可視的二維圖像呈現在顯示器上。根據目標圖像的灰度值計算得到被測目標的溫度。熱像儀實際測溫應用前，必須經過溫度標定，才能使它正確地測量出被測目標的溫度場。因此，溫度標定是熱像儀測溫的基礎，是建立輻射能量與溫度對應關系的過程，是測溫型熱像儀在設計開發過程中必須考慮的重要環節。

傳統的測溫型熱像儀溫度標定是在熱像儀出廠前, 利用高精度黑體對其進行標定，找出黑體溫度與圖像灰度值之間的關系, 并將這個關系用一個公式或查找表來描述；實際測溫時，應用上述對應關系，根據目標物體的輻射能對應的灰度值得到物體的輻射溫度T_R ；對T_R 進行換算，計算物體的真實溫度。這種標定方法簡單易行，但測量精度低。原因是在實際測溫時, 被測目標物體一般不是黑體，受到大氣輻射和反射輻射的影響較大，使用熱像儀進行測溫還會受到各種噪聲的干擾，熱像儀接收的有效輻射能量不但包括被測目標自身的輻射、還有環境反射輻射和大氣輻射等，這些影響因素會使物體溫度與圖像灰度的對應關系偏離在實驗室中確定的黑體溫度與圖像灰度值之間的關系，嚴重影響熱像儀的測溫精度。此時，通過黑體標定關系式得到的溫度值并不是目標物體的真實溫度, 而是黑體輻射能等于熱像儀接收的總輻射能時所對應的黑體溫度。

由于熱像儀測溫為間接測量，測量結果受被測目標表面的發射率、反射率、環境溫度、大氣溫度、測量距離和大氣衰減等因素的影響，溫度標定過程中，考慮的補償因素越接近實際應用環境，測溫結果準確度就越高。

發明內容

本發明所要解決的就是測溫型熱像儀受實際環境影響大，測溫精度低的問題，結合測溫理論模型和溫度標定原理，建立一種工程實際中實用的測溫型熱像儀標定數學模型。

本發明的在線式網絡測溫熱像儀標定方法，其特征在于該標定方法是把影響測溫型熱像儀測溫精度的主要因素融合到標定工藝流程中，把影響因素分解為能在實驗室中通過工程測量方法分別確定的獨立的參數，再根據測溫理論建立標定的數學模型，由數學模型確定具體標定實施方法，其中影響測溫型熱像儀測溫精度的主要因素為環境溫度、距離和儀器因子，被測目標的輻射溫度T_R的校正公式如下：

式中，T_R為被測目標的輻射溫度；K為儀器因子，針對具體熱像儀，則K為一個常數；D為距離-誤差比例因子；ΔT_d為距離-溫度誤差；H_obj為熱像儀測量的被測目標的輻射溫度對應的圖像灰度值；H_BB為室溫下，熱像儀測量的黑體目標輻射溫度對應的圖像灰度值；ΔH為影響熱像儀溫度測量結果的灰度分量，具體計算式為：

若僅考慮環境影響時，則（2）式變換為：

其中，環境溫度T_環境變化引起熱像儀灰度變化ΔH_環境的數學表達式如下：

在實際工程測量中，ΔH_環境用下列公式表達：

其中，H_BB（T_室溫）為室溫下熱像儀測量的某一黑體溫度對應的灰度值；H_環境（T_環境）為其他溫度環境下熱像儀測量的與室溫狀態相同黑體溫度對應的灰度值。

所述的在線式網絡測溫熱像儀標定方法，具體步驟為：

（1）首先將三個校正公式（1）、（2）和（6）存儲在測溫熱像儀的數據處理模塊中；

（2）然后在實驗室內完成以下五個標定步驟：

A在相同環境溫度、固定測量距離的條件下，建立黑體輻射能量與溫度的對應關系：

其中：T_BB為黑體溫度；f(T_BB)與F（H_obj）互為反函數；