红外基本原理介绍2

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（二） 实际物体的红外辐射规律


1． 基尔霍夫定律
物体的辐射出射度M(T)和吸收本领α的比值M/α与物体的性质无关，等于同一温度下黑体的辐射出射度M0(T)。其表明，吸收本领大的物体，其发射本领大，如果该物体不能发射某一波长的辐射能，也决不能吸收此波长的辐射能。

2． 发射率
实验表明，实际物体的辐射度除了依赖于温度和波长外，还与构成该物体的材料性质及表面状态等因素有关。这里，我们引入一个随材料性质及表面状态变化的辐射系数，则就可把黑体的基本定律应用于实际物体。这个辐射系数，就是常说的发射率，或称之为比辐射率，其定义为实际物体与同温度黑体辐射性能之比。
这里，我们不考虑波长的影响，只研究物体在某一温度下的全发射率：
ε(T) = M(T)/M0(T)
则斯蒂芬-玻耳兹曼定律应用于实际物体可表示为：
M(T) =ε(T).σT4


（三） 发射率及其对设备状态信息监测的影响


物体对于给定的入射辐射必然存在着吸收、反射和透射，而且吸 收率α，反射率ρ和透射率τ之和必然等于1：
α+ρ+τ=1
而且，其反射和透射部分不变。因此，在热平衡条件下，被物体吸收的辐射能量必然转化为该物体向外发射的辐射能量。由此可断定，在热平衡条件下，物体的吸收率必然等于该物体在同温度下的发射率：
α(T)=ε(T)
其实由基尔霍夫定律，我们也可以推断出以上公式：
M(T)/ α(T)=M0(T)
ε(T) =α(T)
ε(T) = M(T)/M0(T)

则对于一个不透明的物体ε(T) =1-ρ(T)
根据上式，我们不难定性地理解影响发射率大小的下列因素：
1． 不同材料性质的影响
不同性质的材料因对辐射的吸收或反射性能各异，因此它们 的发射性能也应不同。一般当温度低于300K时，金属氧化物的发射率一般大于0.8。

2． 表面状态的影响


任何实际物体表面都不是绝对光滑的，总会表现为不同的表 面粗糙度。因此，这种不同的表面形态，将对反射率造成影响，从而影响发射率的数值。这种影响的大小同时取决于材料的种类。
例如，对于非金属电介质材料，发射率受表面粗糙度影响较小 或无关。但是，对于金属材料而言，表面粗糙度将对发射率产生较大影响。如熟铁，当表面状况为毛面，温度为300K时，发射率为0.94；当表面状况为抛光，温度为310K时，发射率就仅为0.28。
另外，应该强调，除了表面粗糙度以外，一些人为因素，如施 加润滑油及其他沉积物(如涂料等)，都会明显地影响物体的发射 率。
因此，我们在检测时，应该首先明确被测物体的发射率。在一 般情况下，我们不了解发射率，那么只有用相间比较法来判别故 障。而对于电力设备，其发射率一般在0.85-0.95之间。

3． 温度影响


温度对不同性质物体的影响是不同的，很难做出定量的分析，
只有在检测过程中注意。


（四） 物体之间的辐射传递的影响


上面我们曾经讨论过物体对于给定的入射辐射必然存在着吸收、反射，而当达到热平衡后，其吸收的辐射能必然转化为向外发射的辐射能。因此，当我们在一个变电站中，检测任意一个目标时，所检测出来的温度，必然还存在着附近其它物体的影响。
因此，我们在检测时，要注意检测的方向和时间，使其它物体的影响降到最小。


（五） 大气衰减的影响


    大气对物体的辐射有吸收、散射、折射等物理过程，对物体的辐射强度会有衰减作用，我们称之为消光。
大气的消光作用与波长相关，有明显的选择性。红外在大气中有三个波段区间能基本完全透过，我们称之为大气窗口，分为近红外（0.76 ~ 1.1um），中红外（3 ~ 5um），远红外（8 ~ 14）。


     对于电力设备，其大部分的温度较低，集中在300K ~ 600K(27℃ ~327℃)左右，在这一温度区间内，根据红外基本定律可以推导出，设备发射的红外辐射信号，在远红外8 ~ 14um区间内所占的百分比最大，并且辐射对比度也最大。因此，大部分电力系统的红外检测仪器工作在8 ~ 14um的波长之内。


不    过，请注意，即使工作在大气窗口内，大气对红外辐射还是有消光作用。尤其，水蒸气对红外辐射的影响最大。因此，在检测时，最好在湿度小于85%以下，距离则越近越好。

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