红外热像仪黑体校准及温度校准曲线

首先是环境条件，JJF1187中校准条件之环境的要求，环境温度应为（23±5）℃，温湿度应不大于85％RH（无结露），且校准环境应无强环境热辐射。由于在校准热像仪中需要使用到黑体辐射源作为测量目标，保证检测环境则是为了除目标表面以外，无影响黑体辐射源的其他背景温度，造成温度的反射、散射，黑体靶面不因为高湿度而结露，改变黑体表面发射率改变，空气中不会因为过多的水汽衰减热辐射的接收，造成温度计量的不准确。其中被测物体表面发射率及大气因素对热像仪检测的影响。其次，计量标准器，在实际运作工程中，通常会使用铂电阻温度计、辐射温度计或者热电偶来测量热像仪黑体的温度分布情况，其中热电偶需要配置电测设备。

热像仪黑体辐射源温度的测量方式有两种：一种是接触温度计；另一种是辐射温度计。这个阶段的标准器通常为接触温度计和精密辐射温度计。另外检测时需配备红外热像仪校准所需仪器支架，以避免操作人员在检测过程中因人为因素造成的不可复现的温度偏差。同时需要注意的是，如果标准器为辐射温度计时，也应该配备相应的工作台架，以保证计量的准确性。随着计量仪器高速发展，在新修订的辐射测温法计量检定规程JJG856《工作用辐射温度计》（以下简称JJG856）中，对计量标准器提出了新的要求。JJG856是2015年发布，在2016年6月实施，并在2016年年底到2017年年初顺利过渡并替换旧校准规范，其中对标准器及计量方法的要求更适宜当下的标准器水平。

图为红外热成像

红外热像测温系统在显示器上显示的热图像，能够反映被测物体表面的热分布情况。红外探测器接收到的红外辐射和目标温度之间的关系不是线性的，同时还受物体表面发射率、反射率、大气衰减及物体所处环境的反射辐射等影响，热图像只给出了物体表面辐射温度的定性描述，如果想要通过热图像获得物体的绝对温度，则必须要与基准物体热像相比较来标定绝对温度值。热像仪校准有两个原因，一是要把被测目标的辐射能量转化为温度，二是要补偿热像仪的内部辐射。应用最广泛的校准方法是在固定的较短距离下使用热像仪黑体，利用高精度的黑体炉作为标准，用红外热像仪测量其表面温度，做出光电转换器件输出信号与黑体炉温度的关系曲线。黑体发射的辐射能量与温度之间的关系是非线性的，可以通过热像仪光谱响应和普朗克辐射定律计算得到。为了建立辐射量和温度之间的关系，对黑体进行不同温度的设置对其进行测量，并将测量结果与黑体精确的温度值进行拟合，就得到了校准曲线。具体的标定方法有两种：查找表法和拟合曲线法。将在不同的精度及测量条件下得到的校准数据存在存储器里。当进行温度测量时，直接查找相应的修正曲线表，就可以得到温度值。曲线拟合法是用最小二乘法将标定得到的数据进行拟合运算，得到灰度与温度的拟合曲线。这种方法比较简单易行，只要采集部分灰度值与温度数据，即可实现拟合运算。但是测量精度略低，只适用于测量精度要求不高的场合。