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如何才能测量高速移动或温度骤变物体的热量?


时间:2017-09-29 作者:菲力尔
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对于这一图形,我们使用7 ms作为热像减半时间的估值,所以我们可以很密切地追踪随5倍时间常数变化的过程。在经过1个减半时间常数,微测辐射热计报告温度达到50 ˚C——或是沸水实际温度的一半。


2个减半时间常数后,温度达到75˚C3个减半时间常数后,温度达到87.5˚C,以此类推,每经过一个半跃阶,就越接近100˚C

0 ˚C100 ˚C过渡的系统响应图

时间常数=10 ms,减半时间常数 = 7 ms

现在,假设整个跃阶的温度读数介于8-12 ms。从图表中可以看出,微测辐射热计读取的沸水温度在60 ˚C附近,存在40 ˚C的误差。热像仪仍会精确报告像素点的温度。问题是,像素点本身没有足够的时间达到所测量场景的温度值。它仍需要4倍多的时间常数才能达到稳定的温度。

真实数据

现在,我们从测量机械系统的角度,看看量子探测器的积分时间与微测辐射热计的时间常数之间的区别。第一个示例是一个打印过程,纸张在整个宽度和长度上都需要均匀加热到60˚C。打印纸绕着显影辊输出的速率为50英寸/秒。

打印纸离开经过加热的显影辊的热图像

使用制冷型量子探测器红外热像仪与微测辐射热计红外热像仪捕获每边的数据。

光子计数量子红外探测器与微测辐射热计在测量热瞬时事件中的比较图

图中表明,两类热像仪所获得的数据明显不同。微测辐射热计热像仪获得的数据沿着长度方向表现出较大而相对稳定的突起。而量子探测器热像仪随着时间的推移,温度明显有所不同。这一变化表明经过加热的显影辊

组件在转动的第一周时,由于与纸张接触,温度会有所降低。双滞环控制器感应到降温后,会全幅开启加热器控制器。最后,当显影辊加热至预设温度后,控制器会关闭加热过程,然后再重复这一过程。这张图形足以帮助研发工程师确认两件事:检测产品需要一台光子计数热像仪;如需获得理想的设计目标,需要在加热的显影辊上加装PID控制系统。

再来看第2个例子,我们的目标是获取以40 mph速率转动的风扇叶片定格画面。正如我们预期的那样,非制冷型微测辐射热计热像仪的曝光速度不够快,整个显示的转动基本上是透明的。(见下图)

使用微测辐射热计红外热像仪(左图)和使用量子探测器红外热像仪(右图)记录以40 mph速率旋转的轮胎

为了实现卡尺和转子腐蚀区域的精确测量,需要注意制冷型热像仪要达到多快的积分时间才能获得叶片的定格画面。相反,因叶片转速过快,非制冷型红外热像仪无法记录温度值。由于被旋转叶片干扰,所测的温度将会偏低。

停格拍摄性能之外的优势

除了快照速度的优势之外,量子探测器红外热像仪优于微测辐射热计红外热像仪的方面还有:它能提供更高的分辨率和更快的记录帧速。

比如,FLIR X6900sc可以以每秒1000帧的速率记录640 x 512全帧图像。而最新的微测辐射热计红外热像仪只能提供640 x 480的分辨率,分辨率的全帧速度也只有30 fps

关键词:红外热像仪 非制冷型 探测器 测试测量    浏览量:1715

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