图3.观测37 ˚C黑体时典型FLIR A325sc红外热像仪的标准差。
如图3所示。该图形显示出其典型的标准差小于0.1 ˚C。突破到0.2 ˚C左右的偶然情况也是因为热像仪进行了单点校准。单点校准是自校准流程中的一种类型,是所有采用微测辐射热计的红外热像仪都必须定期执行的流程。
到目前为止,我们讨论的都是非制冷型微测辐射热计红外热像仪采集的数据。那么高性能量子探测器红外热像仪的结果会有何不同?
图4.观测35 ˚C黑体时典型锑化铟红外热像仪的响应值。
图4显示的是典型3‐5 µm带锑化铟(InSb)探测器的红外热像仪,比如FLIRX6900sc。该热像仪的规格文档中标明,该测试精度为±2 ˚C或2%。你会发现数据在这些规格范围内:该天的精度读数约0.3 ˚C,精确性读数约0.1 ˚C。但为什么偏移误差是在0.3 ˚C?这可能是因为黑体的校准、热像仪的校准或第2节中提到的局部误差术语造成的。另一种可能是热像仪只在测量开始的时候进行了简单的暖机。如果光学镜头或机身的内部没有产生温度变化,那么可能会抵消温度测量值。[pagebreak]
我们从这两个校准测试中可以得出这样的结论,微测辐射热计红外热像仪和光子计数量子探测器红外热像仪可能经过出厂校准,在典型的室内环境条件下,观测已知发射率的37 ˚C物体时的精度小于1 ˚C。
环境温度补偿
出厂校准的一个最关键步骤是环境温度补偿。无论是热探测器红外热像仪还是量子探测器红外热像仪,都会对落在探测器上的总红外能量做出响应。如果热像仪的设计精良,大部分能量都来自于物体:极少是来自热像仪本身。但是,不可能完全消除探测器和光程周围材料的影响。没有适当的补偿,机身或镜头的任何温度变化都可能明显改变热像仪提供的温度读数。
FLIR Systems的校准室。
实现环境温度补偿最好的方法是从最多3个不同位置测量热像仪和光程的温度,然后将测量数据并入校准公式中。这样可以确保整个工作温度范围的准确读数(一般为-15 ˚C至50 ˚C)。这对将要用于室外的热像仪来说尤为重要,否则的话便会受到温度波动的影响。和环境温度补偿一样重要的是,在进行关键测温前要对热像仪进行完全的预热。同时,也要确保热像仪和镜头没有直接曝露于光照或其他热源下。改变热像仪和光学镜头的温度会对测量的不确定性产生不利影响。
我们应该注意到,并非所有的热像仪制造商在他们的校准过程中都会进行环境温度补偿。如果对环境温度偏移补偿做的不好,这些热像仪的数据可能出现明显的错误 — 偏差可能在10 ˚C以上。因此,在购买红外热像仪前,一定要询问其有无进行过校准,以及如何执行的校准。
其他测量值考量因素
无论与热像仪的校准有无直接的相关性,某些考量因素,如发射率和距离系数比都可能影响热像仪的精度。发射率设置错误或测试条件不合适会影响热像仪能否正确测量物体。