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      淺析紅外熱像儀的精度與不確定性概念


        來源: 菲力爾 時間:2021-08-18 編輯:清風
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      在我們的工作中所用到的測量儀器,如果不清楚其所導出測量數據的靈敏度和精度,這些數據就很難作為依據。在討論紅外熱像儀的測量精度時,由于某些復雜術語和行話,可能會讓研究人員避開熱像儀,從而失去熱成像技術在研發領域的優勢。下面,小菲將用通俗易懂的語言闡述紅外熱像儀在測溫方面的不確定性,幫助你更好地理解紅外熱像儀的標定流程和精度。



      1、熱像儀精度參數與不確定性方程式



      仔細觀察你會發現,大多數紅外熱像儀的數據表上的精度參數顯示為±2oC或讀數的±2%。這一參數是基于廣泛采用的名為“平方和根值”(RSS)的不確定性分析技術結果。


      它的概念是計算溫度測量公式每個變量的局部誤差值,取每個誤差項的平方,然后將其全部相加,最后取其平方根值。雖然這個公式聽起來復雜,但其實很簡單。從另一方面來講,局部誤差值的確定可能會很難。


      “局部誤差”來自于典型紅外熱像儀溫度測量公式中多個變量中的一個,包括:


      ● 發射率

      ● 反射的環境溫度

      ● 大氣溫度及大氣透射率

      ● 熱像儀的響應值

      ● 校準器(黑體)的溫度精度


      一旦確定上述各個值的“局部誤差”響應值,那么整個誤差公式就是:



      其中,ΔT1、ΔT2、ΔT3...是測溫公式中變量的局部誤差值。


      為什么公式是這樣的? 事實證明,隨機的誤差值有時是在同一個方向上相加,使你離正確值的偏差越來越遠;有時,誤差值又是在相反方向上相加,相互抵消。所以,采用“平方和根值”是計算總誤差值最適合的方法,并一直作為FLIR紅外熱像儀數據表上顯示的參數。


      這里需要說明的是,目前所討論的計算值有效的條件是只有當熱像儀用于實驗室或戶外短距離范圍(20米以內)。由于大氣吸收因素,還有影響程度較小的大氣發射率因素,距離變長會增加測量值的不確定性。


      當紅外熱像儀的研發工程師在實驗室條件下對大部分現代的紅外熱像儀系統采用“平方和根值”的分析方法時,所得結果近似為±2?C或±2%,因此成為熱像儀技術參數中使用的合理精度率。


      但是,實踐表明,諸如FLIR X6900sc這樣的高性能熱像儀比像FLIR E40這樣的經濟型熱像儀的精度效果要好,因此,我們仍需要做些工作來更好地解釋這一觀察結果。


      2、實驗室測量值和±1℃或1%精度


      我們發現在觀察已知發射率和溫度的物體時,熱像儀實際產生的溫度測量值,此類物體一般指代為“黑體”。在引用已知發射率和溫度的物體的理論概念前,你可能聽說過這個術語,黑體的這一概念也用來指代一些實驗室設備。


      FLIR校準實驗室里1/4圈的2個以上腔式黑體


      實驗室測量值的不確定性包括將校準熱像儀指向校準的黑體,并畫出隨時間變化的溫度變化。雖然經過仔細的校準,但在測量中總會出現一些隨機誤差。所產生的數據集可以對精度和精確性進行量化。請參見下圖中的校準黑體測量值結果。


      觀測37?C黑體時典型FLIR A325sc紅外熱像儀的響應值


      圖形顯示的是FLIR A325sc紅外熱像儀在室內距離0.3米觀測37?C黑體的2小時以上的數據結果。


      熱像儀每秒記錄一次溫度。數據圖形是圖像中所有像素的平均值。數據直方圖雖然顯示得更清楚,但大部分的數據點都位于36.8?C至37?C之間。記錄的最寬溫度范圍是從36.6?C至37.2?C。

      關鍵詞:紅外熱像儀 FLIR 測量儀器    瀏覽量:8547

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