根据光学镜头的属性,点温仪离测量目标越远,光斑点会越大。同理,目标越小,为了精确测量其温度,点温仪应越靠近测量目标。因此,注意光斑大小至关重要,确保测量点离目标足够近,以覆盖整个光斑,如果能再稍近一点,形成一定的安全边界,效果会更佳。“光斑比”为任何给定的目标距离定义了光斑尺寸。
例如,如果点温仪的SSR为1:30,表示直径为1cm光斑的温度可在30cm距离处进行精确测量。直径为4cm光斑的温度可在120cm(1.2米)处精确测量。大多数点温仪的SSR介于1:5至1:50之间,换言之,大多数点温仪可于5-50cm距离处测量直径为1cm目标的温度。红外热像仪与点温仪相似,其红外辐射被投射至探测器矩阵上,图像上的每个像素点对应一个温度测量值。
红外热像仪生产商在描述其产品空间分辨率时,通常不会明确指出SSR值,而是使用瞬时视场角(IFOV)。IFOV是指热像仪探测器阵列单个像元的视场角。
理论上,IFOV直接决定了红外热像仪的光斑比。由目标发射的红外辐射经过光学镜头,然后投射至探测器时,所投射的红外辐射至少应完全覆盖一个探测器的像元,其对应热图像的一个像素点。因此,理论而言,覆盖热图像的一个像素点应足以确保正确的温度测量值。IFOV通常以毫弧度表示(1弧度的千分之一)。
红外热像仪使您能够“检测”热
弧度表示弧长与半径之比。1弧度在数学意义上表示圆弧长度等于圆的半径时形成的角度。由于圆的周长C=2πr(r为半径),1弧度等于圆周的1/(2π),或近似57.296°,即1毫弧度相当于约0.057°。使用红外热像仪测量某个目标的温度时,我们假定与目标的距离等于圆的半径,同时设想目标相当平整。由于单个探测器像元的视角较小,可以假定,角度的正切值近似等于其弧度值。因此,光斑尺寸=IFOV/1000×目标距离。
在此公式中,光斑尺寸与目标尺寸的单位以厘米(cm)表示,IFOV以毫弧度(mrad)表示。
理想光学镜头与实际光学镜头
使用上述公式可计算IFOV为1.4 mrad的热像仪,理论SSR为1:714,因此,理论上可在超过7m距离处测量直径为1 cm的物体。然而,如前所述,理论值并不代表真实情况,而且还未考虑现实中所使用的光学镜头并非完美。将红外辐射投射至探测器的镜头会导致色散和其它形式的光学像差,无法确保目标能精确投射到单个探测器像元上。投射的红外辐射同样也有可能来自邻近的探测器像元。换言之:目标周围的表面温度可能会影响温度读数。
如点温仪一样,目标不仅应完全覆盖光斑点,而且还应覆盖光斑点附近的安全边界,当使用微测辐射热计红外热像仪测量温度时,建议使用安全边界。安全边界由测量视场角(MFOV)获得。MFOV描述了热像仪的真实测量光斑尺寸,换言之,即:获取正确温度读数的最小测量区域。MFOV通常由许多IFOV表示(单个像素点的视场角)。
微测辐射热计热像仪的常用惯例是:考虑到光学像差,目标至少需覆盖3倍IFOV的区域。这表示:在一幅热图像中,目标不仅要覆盖一个像素点,而且还应覆盖其周围的像素点,在理想条件下,像素点应该足以满足测量需求。使用本惯例时,确定光斑比的公式可考虑真实光学镜头的系数。为更接近真实值,可以使用3倍IFOV,而不是1倍IFOV,其公式如下:
公式中IFOV以毫弧度(mrad)表示
基于这一公式,IFOV为1.4mrad的热像仪SSR为1:238,表示可在将近2.4m距离处测量直径为1 cm的物体。由于存在安全边界,理论值可能趋于保守。真实的SSR可能会更高,但是使用这些保守的SSR值,可确保温度读数的精度。
在理想情况下,投射目标至少应覆盖一个像素点。为了确保精确读数,解释投射时的光色散,建议覆盖面积略大的区域。