CN111947785A - 一种测温红外热像仪噪声等效温差校准方法 - Google Patents

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王洪超
应承平
吴斌
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Abstract

本发明公开了一种测温红外热像仪噪声等效温差校准方法，采用以下步骤，步骤1：将被测温红外热像仪的发射率等参数和目标黑体辐射源的一致；步骤2：分别选择两个温度点进行计算，将两者作为计算区域；步骤3：设置双黑体辐射源，使目标辐射黑体高于背景温度并稳定在目标辐射黑体与背景辐射黑体的差分温度上，按一定公式计算所选计算区域上的噪声等效温差。本发明采用双黑体辐射源校准测温红外热像仪噪声等效温差，方便现场校准，拆卸重装方便快捷，整体测量***简单，可以满足测温红外热像仪现场的校准需求。

Description

一种测温红外热像仪噪声等效温差校准方法
技术领域
本发明涉及噪声等效温差校准领域，尤其涉及的是，一种测温红外热像仪噪声等效温差校准方法。
背景技术
目前在实验室红外热像仪噪声等效温差的测量一般由差分黑体辐射源、靶标、红外准直光学***、帧采样器、计算机及测控软件等组成，如图1所示，红外准直光学***由一块平面镜和一块离轴抛物镜组成准直光路。靶标置于平行光管的焦平面上，靶标的表面涂有高发射率的黑色涂层，通常称其为辐射靶，用来提供具有高热稳定性的均匀背景。辐射靶的温度由高性能的温度传感器进行测量。在辐射靶的后面是差分黑体，工作时差分黑体与辐射靶的温度差保持恒定。于是不同温度的两个表面构成辐射差，通过准直辐射***形成红外像，投射到红外热像仪上，用以测量红外热像仪的各项参数。由于红外准直光学***比较庞大，因此，该方法目前只局限在实验室环境下使用，无法满足现场的校准。除此之外，在用的测温红外热像仪大都使用在人员流动比较大的场所，而且全天24小时工作，另外还有采用壁挂形式，拆卸重新安装有一定的困难，以上校准实验室的方法***庞大，携带困难，因此现有技术中的校准方法不能满足现场的校准需要，因此需要研究新的校准方法。
发明内容
针对以上测温红外热像仪噪声等效温差校准存在的问题，本发明针对现有的校准技术及测量***，设计了在基于可便携式测温红外热像仪噪声等效温差校准装置的基础上，提供了一种测温红外热像仪噪声等效温差校准方法，以满足测温红外热像仪噪声等效温差现场校准的需求。所要解决的技术问题包括：1、测温红外热像仪噪声等效温差现场校准技术。2、本发明性能稳定、结构紧凑、使用方便，测试准确度高。
本发明的技术方案如下：一种测温红外热像仪噪声等效温差校准方法，其特征在于，设置双黑体辐射源***、测温红外热像仪以及控制及数据采集***，本发明采用双黑体辐射法测量噪声等效温差，噪声等效温差NETD测量时，双黑体辐射将被测测温红外热像仪视场分成两个区域，第一个区域为背景辐射区域，温度设为TA；第二个区域为目标黑体辐射区域，温度设为TB，具体包括以下步骤得到噪声等效温差：
步骤1：将被测温红外热像仪的发射率等参数和目标黑体辐射源的一致，调整测温红外热像仪的焦距，使背景辐射黑体和目标辐射黑体清晰成像；
步骤2：在测温红外热像仪的背景黑体辐射区域内选择一个区域ZA，在目标黑体辐射区域中选择一个区域ZB，将两者作为计算区域；
步骤3：设置双黑体辐射源，使目标辐射黑体高于背景温度并稳定在目标辐射黑体与背景辐射黑体的差分温度ΔT上，对目标辐射黑体和背景辐射黑体连续测量N次，N≥50次，计算出ZA区域和ZB区域上的平均温度
Figure BDA0002619895170000021
和
Figure BDA0002619895170000022
以及ZB目标区域上绝对温度的四次方的标准偏差
Figure BDA0002619895170000023
按公式1计算所选计算区域上的噪声等效温差NETD：
公式1：
Figure BDA0002619895170000024
公式1中：εA为黑体发射率；Topt为大气传输率；ΔT为目标辐射黑体与背景辐射黑体的差分温度；
Figure BDA0002619895170000025
为目标区域绝对温度的四次方的平均值；
Figure BDA0002619895170000026
为背景区域绝对温度的四次方的平均值；
Figure BDA0002619895170000027
为目标区域上绝对温度的四次方的标准偏差。
上述中，所述步骤2中，当测温红外热像仪无法选择区域时，分别选择两个温度点进行计算，将两者作为计算区域。
本发明采用双黑体辐射源校准测温红外热像仪噪声等效温差，方便现场校准，拆卸重装方便快捷，整体测量***简单，可以满足测温红外热像仪现场的校准需求。并且本发明的校准方法性能稳定、结构紧凑、使用方便，测试准确度高。
附图说明
图1为现有技术中实验室红外热像仪噪声等效温差的测量原理框图。
图2本发明实施例中噪声等效温差校准原理框图。
图3本发明实施例中双黑体辐射将被测测温红外热像仪视场示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例一
噪声等效温差(NETD)是红外热像仪要产生一个等于均方根时间噪声的信号变化所需要的物体与环境之间的温度差，亦即目标信号与噪声之比为1时目标与背景的温度差。考虑到直接在信噪比为1情况下测试难以得到准确结果，实际测量NETD时通常选择3K～10K的目标与背景温度差。本发明的一个实施例是，对于测温红外热像仪的噪声等效温差校准，无法采用实验室的方法利用平行光管来实现，另外考虑还需要现场来完成，因此，本发明采用双黑体辐射法来完成对测温红外热像仪噪声等效温差的现场校准。
校准原理框图如图2所示，主要由图2中双黑体辐射源***、测温红外热像仪以及控制及数据采集***。其中双黑体辐射源***，包含两个黑体辐射源，用于产生两个不同温度的均匀辐射面；测温红外热像仪作为被测件，用于测试；控制及数据采集***包括对双黑体辐射源和被测测温红外热像仪的控制，用于对被测测温红外热像仪的输出温度进行采集处理。在被测测温红外热像仪正常工作的模式下，本发明采用双黑体辐射法测量噪声等效温差，噪声等效温差NETD测量时。双黑体辐射将被测测温红外热像仪视场分成两个区域，如图3所示，第一个区域为背景辐射区域，温度设为TA；第二个区域为目标黑体辐射区域，温度设为TB。
通过以下测量步骤和计算方法得到噪声等效温差：
步骤1：将被测温红外热像仪的发射率等参数和目标黑体辐射源的一致，调整测温红外热像仪的焦距，使背景辐射黑体和目标辐射黑体清晰成像；
步骤2：在测温红外热像仪的背景黑体辐射区域内选择一个区域ZA，在目标黑体辐射区域中选择一个区域ZB，如测温红外热像仪无法选择区域可分别选择两个温度点进行计算，将两者作为计算区域；
步骤3：设置双黑体辐射源，使目标辐射黑体高于背景温度并稳定在ΔT上(ΔT为目标辐射黑体与背景辐射黑体的差分温度)。对目标辐射黑体和背景辐射黑体连续测量N次(N一般≥50次)，计算出ZA区域和ZB区域上的平均温度
Figure BDA0002619895170000041
和
Figure BDA0002619895170000042
以及ZB目标区域上绝对温度的四次方的标准偏差
Figure BDA0002619895170000043
按公式1计算所选计算区域上的噪声等效温差NETD：
公式1：
Figure BDA0002619895170000044
公式1中：
εA——为黑体发射率；
Topt——为大气传输率；
ΔT——为目标辐射黑体与背景辐射黑体的差分温度；
Figure BDA0002619895170000051
——为目标区域绝对温度的四次方的平均值；
Figure BDA0002619895170000052
——为背景区域绝对温度的四次方的平均值；
Figure BDA0002619895170000053
——为目标区域绝对温度的四次方的标准偏差。
本发明采用双黑体辐射源校准测温红外热像仪噪声等效温差，方便现场校准，拆卸重装方便快捷，整体测量***简单，可以满足测温红外热像仪现场的校准需求。并且本发明的校准方法性能稳定、结构紧凑、使用方便，测试准确度高。
需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种测温红外热像仪噪声等效温差校准方法，其特征在于，设置双黑体辐射源***、测温红外热像仪以及控制及数据采集***，本发明采用双黑体辐射法测量噪声等效温差，噪声等效温差NETD测量时，双黑体辐射将被测测温红外热像仪视场分成两个区域，第一个区域为背景辐射区域，温度设为TA；第二个区域为目标黑体辐射区域，温度设为TB，具体包括以下步骤得到噪声等效温差：
步骤1：将被测温红外热像仪的发射率等参数和目标黑体辐射源的一致，调整测温红外热像仪的焦距，使背景辐射黑体和目标辐射黑体清晰成像；
步骤2：在测温红外热像仪的背景黑体辐射区域内选择一个区域ZA，在目标黑体辐射区域中选择一个区域ZB，将两者作为计算区域；
步骤3：设置双黑体辐射源，使目标辐射黑体高于背景温度并稳定在目标辐射黑体与背景辐射黑体的差分温度ΔT上，对目标辐射黑体和背景辐射黑体连续测量N次，N≥50次，计算出ZA区域和ZB区域上的平均温度
Figure FDA0002619895160000011
和
Figure FDA0002619895160000012
以及ZB目标区域上绝对温度的四次方的标准偏差
Figure FDA0002619895160000013
按公式1计算所选计算区域上的噪声等效温差NETD：
公式1：
Figure FDA0002619895160000014
公式1中：εA为黑体发射率；Topt为大气传输率；ΔT为目标辐射黑体与背景辐射黑体的差分温度；
Figure FDA0002619895160000015
为目标区域绝对温度的四次方的平均值；
Figure FDA0002619895160000016
为背景区域绝对温度的四次方的平均值；
Figure FDA0002619895160000017
为目标区域上绝对温度的四次方的标准偏差。
2.如权利要求1所述的测温红外热像仪噪声等效温差校准方法，其特征在于，所述步骤2中，当测温红外热像仪无法选择区域时，分别选择两个温度点进行计算，将两者作为计算区域。
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