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浅析红外热像仪的精度与不确定性概念


  来源: 菲力尔 时间:2021-08-18 编辑:清风
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在我们的工作中所用到的测量仪器,如果不清楚其所导出测量数据的灵敏度和精度,这些数据就很难作为依据。在讨论红外热像仪的测量精度时,由于某些复杂术语和行话,可能会让研究人员避开热像仪,从而失去热成像技术在研发领域的优势。下面,小菲将用通俗易懂的语言阐述红外热像仪在测温方面的不确定性,帮助你更好地理解红外热像仪的标定流程和精度。



1、热像仪精度参数与不确定性方程式



仔细观察你会发现,大多数红外热像仪的数据表上的精度参数显示为±2ºC或读数的±2%。这一参数是基于广泛采用的名为“平方和根值”(RSS)的不确定性分析技术结果。


它的概念是计算温度测量公式每个变量的局部误差值,取每个误差项的平方,然后将其全部相加,最后取其平方根值。虽然这个公式听起来复杂,但其实很简单。从另一方面来讲,局部误差值的确定可能会很难。


“局部误差”来自于典型红外热像仪温度测量公式中多个变量中的一个,包括:


● 发射率

● 反射的环境温度

● 大气温度及大气透射率

● 热像仪的响应值

● 校准器(黑体)的温度精度


一旦确定上述各个值的“局部误差”响应值,那么整个误差公式就是:



其中,ΔT1、ΔT2、ΔT3...是测温公式中变量的局部误差值。


为什么公式是这样的? 事实证明,随机的误差值有时是在同一个方向上相加,使你离正确值的偏差越来越远;有时,误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”是计算总误差值最适合的方法,并一直作为FLIR红外热像仪数据表上显示的参数。


这里需要说明的是,目前所讨论的计算值有效的条件是只有当热像仪用于实验室或户外短距离范围(20米以内)。由于大气吸收因素,还有影响程度较小的大气发射率因素,距离变长会增加测量值的不确定性。


当红外热像仪的研发工程师在实验室条件下对大部分现代的红外热像仪系统采用“平方和根值”的分析方法时,所得结果近似为±2˚C或±2%,因此成为热像仪技术参数中使用的合理精度率。


但是,实践表明,诸如FLIR X6900sc这样的高性能热像仪比像FLIR E40这样的经济型热像仪的精度效果要好,因此,我们仍需要做些工作来更好地解释这一观察结果。


2、实验室测量值和±1℃或1%精度


我们发现在观察已知发射率和温度的物体时,热像仪实际产生的温度测量值,此类物体一般指代为“黑体”。在引用已知发射率和温度的物体的理论概念前,你可能听说过这个术语,黑体的这一概念也用来指代一些实验室设备。


FLIR校准实验室里1/4圈的2个以上腔式黑体


实验室测量值的不确定性包括将校准热像仪指向校准的黑体,并画出随时间变化的温度变化。虽然经过仔细的校准,但在测量中总会出现一些随机误差。所产生的数据集可以对精度和精确性进行量化。请参见下图中的校准黑体测量值结果。


观测37˚C黑体时典型FLIR A325sc红外热像仪的响应值


图形显示的是FLIR A325sc红外热像仪在室内距离0.3米观测37˚C黑体的2小时以上的数据结果。


热像仪每秒记录一次温度。数据图形是图像中所有像素的平均值。数据直方图虽然显示得更清楚,但大部分的数据点都位于36.8˚C至37˚C之间。记录的最宽温度范围是从36.6˚C至37.2˚C。

关键词:红外热像仪 FLIR 测量仪器    浏览量:8785

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