利用紅外熱像技術(shù)測(cè)量高溫物體表面溫度場(chǎng)是一項(xiàng)全新的技術(shù)，紅外熱像測(cè)溫技術(shù)是一種非接觸、靈敏度高、直觀、準(zhǔn)確、快速、安全、應(yīng)用范圍廣泛的測(cè)定物體表面溫度場(chǎng)分布的檢測(cè)技術(shù)。該技術(shù)己在電站、配電設(shè)備和變電站等電氣設(shè)備和機(jī)器設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、高壓電線巡檢、半導(dǎo)體元件和集成電路的質(zhì)量篩選和故障診斷、石化設(shè)備的故障診斷、火災(zāi)的探測(cè)、材料內(nèi)部缺陷的無(wú)損檢測(cè)和傳熱研究等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，并取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是80年代以后，熱圖實(shí)時(shí)數(shù)字處理技術(shù)的出現(xiàn)，使熱像儀的操作、使用更加方便，使得熱像儀測(cè)溫原理變得更簡(jiǎn)潔，熱像儀的測(cè)溫精度不斷提高，測(cè)溫的動(dòng)態(tài)范圍更大，設(shè)備更加小巧，熱像儀在我國(guó)各行各業(yè)的普及率也迅速提高。紅外熱像儀可以通過(guò)數(shù)字圖像處理技術(shù)實(shí)時(shí)地獲得高溫物體表面的溫度，使得建材、冶金、熱電廠、焊接等方面的應(yīng)用十分廣泛，不但能保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源，在優(yōu)化燃燒、保護(hù)環(huán)境等方面也具有重要意義。在成熟的輻射測(cè)溫原理基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)，在工業(yè)爐溫度場(chǎng)檢測(cè)方面取得了非常好的效果。

圖為紅外熱成像

具體紅外熱像儀測(cè)溫原理為以下幾點(diǎn)：

(1)高溫輻射體表面微小面元分割

高溫物體表面劃分區(qū)域?yàn)锳BCD，為使ABCD在紅外熱像儀上清晰成像，調(diào)節(jié)位于O點(diǎn)的紅外熱像儀焦距，使物面上每一個(gè)物點(diǎn)在像面上都有一個(gè)共軛點(diǎn)與之對(duì)應(yīng)。熱像儀對(duì)光學(xué)圖像進(jìn)行采樣時(shí)，卻破壞了這種一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，因?yàn)榻蛊矫嫔厦恳粋€(gè)光敏單元都是分隔開(kāi)的。與紅外熱像儀分辨率(M×N)相對(duì)應(yīng)，高溫物體表面ABCD分割成M×N個(gè)單元。設(shè)小面元abcd是ABCD平面上第(i,j)個(gè)面元，與紅外熱像儀焦平面上的第(i,j)個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)。

(2)被測(cè)高溫物體具有實(shí)的物面

如果被測(cè)物體具有實(shí)的物面，則可以在紅外熱像儀上得到其清晰的像。忽略紅外熱像儀成像時(shí)空氣的影響，認(rèn)為紅外熱像儀焦平面上的像能準(zhǔn)確反映輻射體表面的溫度。

(3)同一個(gè)面元內(nèi)溫度相同

在加熱時(shí)，爐膛內(nèi)溫度一般是不均勻的，即存在一定的溫度梯度。因?yàn)楣I(yè)爐膛體積龐大，其中填入物料的總質(zhì)量也比較大。雖然如此，但在一個(gè)足夠小的區(qū)域內(nèi)溫度變化不大。若紅外熱像儀分辨率很高，鏡頭選擇的也合適，那么我們就可以考慮在每個(gè)微小面元內(nèi)溫度都相同，對(duì)于高溫輻射體，相同面元的溫度相同。

紅外熱像儀焦平面上的每一像素點(diǎn)的能量，來(lái)源于對(duì)應(yīng)面元的光輻射為了能在紅外熱像儀焦平面上清晰成像，必須使物面上的點(diǎn)與像面上的點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。即物面上的每一個(gè)微小面元都對(duì)應(yīng)像面上唯一的像素單元。這種一一對(duì)應(yīng)關(guān)系恰恰說(shuō)明了紅外熱像儀焦平面的每一像素點(diǎn)，都只接收其對(duì)應(yīng)面元的光輻射能量。高溫物料的亮度，從各個(gè)方向看都是一樣的。因此表面粗糙的自身發(fā)射接近于余弦輻射體。以上就是在測(cè)量高溫物體時(shí)的熱像儀測(cè)溫原理。