发射率是指物体表面辐射出的能量与相同温度的黑体辐射能量的比率。(黑体是一种理想化的辐射体,可辐射出所有的能量,其表面的发射率为 1.00)

各种物质的发射率是由物体的本身材质所决定,相同的温度下,物质不同,向外辐射的能量也会不同。如右图,电工绝缘胶带贴在不锈钢杯的表面,同时使用接触式热电偶测量温度,可以看到绝缘胶带处温度与接触式测温一致,而不锈钢杯表面与胶带的发射率不同,故温度显示有较大差别。

检测目标可分为非金属和金属材料两大部分:大多数非金属材料(如塑料、油漆、皮革、 纸张等)发射率通常为 0.95,相同材质、不同颜色的目标的发射率非常接近,误差通 常不超过测量精度范围;部分表面光亮的非金属材料发射率较低(如瓷砖、玻璃等发射 率一般为 0.92)。

金属材料的发射率会受到下列因素的影响:
● 材料:不同材料发射率不同,如铜的发射率一般比铝高。
● 表面光洁度:通常表面粗糙的材料发射率比光洁表面高。
● 表面颜色:以黑色为代表的深色系表面发射率比浅色系高。
● 表面形状:表面有凹陷、夹角或不平整规则的部位比平整的部位发射率高。

另外,温度(需超过 500°C)和探测器波段也会影响发射率。

红外线的波长

通常在红外检测中，将红外测温仪器（包含红外热像仪和红外测温仪）按波长划分为：

• 短波 0.76-3μm
• 中波 3-6μm
• 长波 8-15μm

波长的确定与需要检测的目标温度范围有关，同时检测不同波长的探测器材料也不同。比较常见的探测器有：

红外测温仪：热电堆探测器
红外热像仪：氧化钒、非晶硅、碲镉汞(HgCdTe，制冷型) 探测器

红外测温仪：热电堆探测器
红外热像仪：氧化钒( 加滤光片)、非晶硅( 加滤光片)、碲镉汞(HgCdTe，制冷型) 探测器

红外测温仪：硅光电池探测器
红外热像仪：铟镓砷(1nGaAs，制冷型) 探测器

• -40-1200℃（长波）
• 200-2000℃（中波）
• 500-3000℃（短波）

不同的波段对某些材料的透过性能也有很大差别：
8-14μm 长波 -- 不能透过玻璃，但可透过硅（Si）、锗（Ge）、氟化钙（CaF）、硫化锌（ZnS）、硒化锌（ZnXe）等材料。
5 μm 中波 -- 可以直接检测高温熔融玻璃的辐射。
3.43 μm 中波 -- 可以直接检测塑料薄膜的辐射。
2.2 μm 短波以下 – 可以穿透玻璃。

不同温度的光谱辐射分布曲线，图中虚线表示了峰值辐射波长λm 与温度的关系曲线。从图中可以看到，随着温度的升高其峰值波长向短波方向移动。这个定理被称为韦恩位移定律。红外检测仪器需要接收最大的辐射能量，这对于电路系统处理探测器输出的微弱信号（一般为μA 级信号）至关重要；所以对于不同温度的检测量程，选择适合的探测器响应波段是红外检测仪器研发的基本要素。

背景（反射）温度补偿

发射率较低的测量目标可以反射来自附近的背景能量，这部分额外的反射能量会被添加到测量目标自身发射的能量中，从而使热像仪读数变得不准确。

部分情况下，位于测量目标附近的物体（设备、或者其他热源）的温度会比测量目标的温度高出很多。因此，在实际使用中，需要根据现场情况修正“背景温度补偿”等参数来消除这部分干扰。
有时背景温度补偿也被称为“反射温度补偿”。

从斯蒂芬- 玻尔兹曼扩展公式可以看出：

• 对于发射率较高的目标（通常为非金属物体），背景温度补偿设置不准确的影响会比较小，甚至小于0.1℃。
• 对于发射率较低的目标（通常为光亮金属表面，或背景温度较高的情况，必须准确设置背景温度补偿，否则会引起较大误差。

 

斯蒂芬- 玻尔兹曼扩展公式：
Q =σ× ε × T⁴目标 + (σ× (1- ε) × T⁴ 背景 )

反射 发射

Q ：热像仪接收的总能量
σ：斯蒂芬- 玻尔兹曼常量
ε：发射率
T ：绝对温标

红外热像仪的透射

仅有少数材料可以透过红外能量，特别针对于8-14μm 长波红外热像仪，能透过的材料通常是：

• 锗、硅（主要做红外镜片）
• 氟化钙、硫化锌、硒化锌（主要做红外窗口材料）
• 塑料薄膜（主要作为防尘、防水保护使用）

注意：
不论何种透红外材料遮挡在热像仪与目标间的光路上，必须设置透过率参数；若材料没有透过率参数提供，可使用无遮挡时测温与有遮挡时测温的温差进行透过率参数修正。若该热像仪没有透过率修正设置，发射率修正可起到相同的修正效果。

在中、高压电气柜上安装的红外窗口特别需要注意下列性能：

• 耐弧闪，至少50KA；
• 耐高压，至少50KV；
• 密封等级，至少IP65；
• 透明，带盖。

红外线的反射

红外线的反射红外线和可见光一样，也会被反射，反射的能量与目标的辐射能量一并进入热像仪进行温度计算。
当反射能量很强时，会对温度的准确测量带来误差，所以在使用红外热像仪检测时，需要注意下面情况：

• 目标是否金属
• 目标表面是否光亮
• 目标周围是否有高温物体( 包括太阳)

拍摄角度的选取：

• 对于表面粗糙的材料，在满足目标尺寸的情况下，红外热像的拍摄角度没有限制；
• 对于表面光滑的非金属（如：玻璃、瓷砖等），拍摄角度建议不超过垂直方向45°；
• 普通金属表面的拍摄角度建议不超过垂直方向45°；
• 表面光亮的金属材料，尽量垂直检测，若一定需要倾斜，倾斜角度不能超过垂直方向30°。

自动校准/ 内置黑体校准

当目标温度与热像仪探测器的环境温度完全一致，这时探测器的输出为零（这与热电偶的测温是一样的), 但目标实际温度不为零，故需要有内部温度传感器进行环温补偿，在补偿中探测器也需要对机内温度进行检测，以提高检测准确性，这就是自动校准。

通常在探测器前端设置一块挡片，在进行自动校准时挡片将探测器遮挡，这时会形成类似黑体腔的环境温度检测效果，所以有时也被称为内置黑体校准。

一般情况下，热像仪会定期进行自动校准（间隔两分钟左右），当环境温度发生剧烈变化时, 热像仪会相应缩短校准周期。自动校准可以减少环境温度变化对探测器准确性的影响，热像仪会暂停运行2 至3 秒，稍等片刻即可回复正常检测状态。在开机时会有一次强制自动校准，待完成后进入热像画面。

红外热像仪的基本构造是怎么样的？

包括5 大部分：
1)红外镜头: 接收和汇聚被测物体发射的红外辐射；
2)红外探测器组件: 将热辐射型号变成电信号；
3)电子组件: 对电信号进行处理；
4)显示组件: 将电信号转变成可见光图像；
5)软件: 处理采集到的温度数据，转换成温度读数和图像。

为什么热像仪会发出“咔咔”声？什么是自动校准？

仪器内部发出“咔咔”声是热像仪自动校准引起的，通常发生在1）热像仪快速移动；2）刚开机。
自校原因：热像仪会根据环境温度变化，自动调整以抵消该变化对探测器准确性的影响，该过程一般持续2~3 秒，屏幕出现停滞并显示“正在校准”。