《能源监测与评价》——能源监测技术（三）

(3)背景对测温的影响。在用红外热成像系统测量物体温度时，探测器接受的不仅有被测物体表面投射到响应平面上的辐射能，还可能有背景(即周围环境)投向物体表面被物体表面反射的辐射能，以及背景投向物体表面并透过物体表面的辐射能。后两部分的辐射能会直接影响到测温的准确度。显然，只有物体为绝对黑体，即背景入射到被测物体的辐射能全部被吸收，既无反射，又无透射，背景对测温的影响才减至零;而且，背景温度越高，对测温的影响也越大。此外，发射率低的物体比发射率高的物体受背景温度的影响更大。因此，被测物体表面若发射率低，而被测温度又和背景温度相差不大时，就会引起很大的测温误差。

通常在用红外热成像系统测温时，有以下几种情况：

1)被测物体的温度与背景相同，这时只要知道被测物体的发射率，便可将背景的辐射能扣除，直接得到被测物体的真实温度，被测物体的发射率越高，背景温度的影响越小。

2)被测物体发射率较低，背景温度与红外热成像仪相同，此时测量和计算结果也会是准确的。

3)被测物体发射率较低，背景温度高于红外热成像仪温度，这时所测得的温度将高于物体的真实温度，即使背景温度低于被测物体温度，所测温度也金有较大误差。为了消除背景温度对测温的影响，红外热成像系统应有背景温度补偿功能，通常有两种补偿方法：

1)以背景温度不变为前提，进行补偿，这种补偿比较简单，只要知道背景温度，通过系统软件的计算，即可得到正确的测量值。这种补偿只适于背景温度变化不大的情况，补偿时，对背景温度的变化取平均值。

2)实时补偿，当背景温度随时间变化很大、很快时，使用另外一个专测背景温度的传感器，再通过软件进行实时补偿。

(4)大气对测温的影响。被测物体辐射的能量必须通过大气才能到达红外热成像，由于大气中某些成分对红外辐射能的吸收作用，会减弱由被测物体到探测器的红外辐射能，引起测温误差。另外，大气本身的发射率也将对测量产生影响。为此，除了充分利用“大气窗口”以减少大气对辐射能的吸收外，还应根据辐射能在气体中的衰减规律，即贝尔(Beer)定律，在红外热成像仪的计算软件中对大气的影响予以修正。

(5)工作波长的选择。在用红外热成像仪测量物体表面温度时，选择工作波长是非常重要的。选择工作波长的依据是测量温度范围、被测物体的发射率、大气传输的影响。

1)依据测温范围选择工作波长。根据有关辐射的知识，物体的温度越高，辐射的能量越大，且峰值波长随着温度的升高将向短波方向移动，因此从能量利用的角度考虑，高温测量一般选用短波，低温测量选择长波，中温测量波长选择介于两者之间。从普朗克定律可看出另一种情况，即峰值波长右侧的能量占总能量的75%左右，左侧只占总能量的25%左右，如果采用宽波段测温，似乎选用峰值右侧的波段可能能量更大些。实际上，因为红外辐射测温还有一个更重要的因素要考虑，就是能量随温度的变化率，这个数值越大，测温的灵敏度越高，在峰值波长的左边能量随温度的变化率较大，因此选用峰值左边的波段较为合适。

2)依据被测物体的发射率选择工作波段。由于被测物体是多种多样的，因此某一种红外测温装置不可能同时满足所有被测物体的要求，对于发射率既随温度变化又随波长变化的物体，其工作波段的选择不能只依据温度范围，而主要依据发射率的波长随温度的变化情况。例如，高分子塑料在波段3.43um或7.9um处，玻璃在波段5um处，只含C02和NO的清洁火焰在4.5um处均有较大的发射率，为了测量这些对象的温度，就要选用这些具有大发射率的波段。

3)依据大气窗口选择工作波段。为了减少辐射在大气中的衰减，工作波段应选择大气窗口，特别是对长距离的测量，如从卫星处探测地面辐射的遥感，更是如此。当然对一些特殊场合，如测量现场含有大量的水蒸气，则工作波段应特别避开水蒸气的几个吸收波段。在选用红外热成像仪或红外辐射仪时，应注意生产厂家所提供的工作波段。

5.红外探测器的制冷装置

为了消除背景噪声和提高探测器的灵敏度，探测器要求配置制冷装置，不同的探测器要求的制冷温度也不同，如对锑化铟、碲镉汞探测器，其要求的制冷温度为77K。获得制冷的方法主要有：

(1)把探测器置于杜瓦瓶内，然后向瓶内直接灌液氮。

(2)使用高纯压缩空气或氮气，通过毛细管口突然膨胀降温而变成液体，再将此液体导人杜瓦瓶中。

(3)利用半导体致冷或脉管致冷、热声制冷等新型的微型制冷装置。