一种提高红外测温精度的温度补偿方法
改善环境光照对强反光体表面红外测温精度影响的补偿算法研究
〈测量技术〉改善环境光照对强反光体表面红外测温精度影响的补偿算法研究魏绍亮，韩连伟，程奉玉（河南理工大学，河南焦作 454000）摘要：针对铝业加工中的轧辊表面光滑，具有强反光特性，红外测温传感器测温易受环境光照影响，致使轧辊表面测温精度低，影响冷却控制系统对轧辊表面降温处理精度，进而造成产品质量差的现象，本文提出并构建了一种基于光照强度的红外测量温度补偿算法，以提高环境光照对强反光体表面温度测量的精度。
实验结果证明本方法能较好地弥补光照强度变化对红外温度测量产生的测量误差，提高了测量精度。
该补偿算法运算简单、适应性强，为改善光照强度变化对测量精度的影响提供了新的方法。
关键词：强反光体；红外温度传感器；测温精度；光照强度；补偿算法中图分类号：TH701 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2020)12-1179-06Compensation Algorithm to Improve the Influence of Ambient Light on the Infrared Temperature Measurement Accuracy of a Strong Reflector SurfaceWEI Shaoliang，HAN Lianwei，CHENG Fengyu(Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China)Abstract：A roll surface in aluminum processing is smooth, has strong reflective characteristics, and is easily affected by ambient light when using an infrared temperature sensor to measure the temperature, resulting in low temperature measurement accuracy on the roll surface. The cooling control system affects the precision of cooling treatment on the roll surface, resulting in poor product quality. In this study, an infrared temperature compensation algorithm based on light intensity is proposed and constructed to improve the accuracy of ambient light measurement of the surface temperature of a strong reflector. Experimental results show that this method can compensate for measurement errors caused by changes in illumination intensity, thereby improving the measurement accuracy. The algorithm is simple and adaptable and provides a new approach to strengthening the accuracy of temperature measurement given speed change.Key words：strong reflector, infrared temperature sensor, accuracy of temperature measurement, illumination intensity, compensation algorithm0 引言精确测量温度是工业、农业、仓储、环境监测等领域中重要的基本数据之一，有利于安全生产、提高产品质量和生产效率等。
红外测温误差分析及温度校正
2020年第5期上海电力21针对红外测温的优势以及在测温过程中产生 误差的缺点,本文首先对红外测温的原理以及影 响测温精度的主要因素进行分析，在此基础上，通 过实验给出红外测温系统的温度修正模型，提高 系统测量准确度。
1红外测温基本原理凡是温度高于绝对零度的物体都可以产生红 外辐射，物体所发出的红外辐射能量强度与其温度 成比例。
物体温度越高，所发出的红外辐射能量也 越强。
测温仪的光学系统将物体辐射能量会聚到 探测器上，探测器将人射的辐射转换成为电信号， 电信号再经过信号处理及补偿之后就可以得到相应 的温度数据。
红外测温法原理方框图如图1所示。
光学系统图1红外测温原理示意图2红外测温的误差分析由于红外测温是非接触式的，存在着各种误差，影响误差的因素很多，除了仪器本身的因素外，主要在以下4个方面.(1)大气吸收衰减红外辐射在到达红外探测器之前，必须经过 大气的吸收散射，红外辐射在大气中的传输特性 对红外测温质量有着极其重要的影响不同波长 的红外辐射在大气中传输时会受到不同程度的衰 减，大气对红外辐射的衰减由大气中水蒸汽、C 02、CO 、0,、CH 4等气体的选择性吸收衰减和大气中悬浮的各种微粒散射衰减共同确定。
电气设 备运行状态的红外监测主要适用于地球表面环 境，而且测量距离较近，气体吸收衰减主要由水 蒸汽（H :0)和co 2选择性红外辐射吸收造成的。
近距离测量红外辐射时，随着距离的增大，大气衰 减的影响呈增强的趋势。
光谱透过率可用布盖尔-朗伯定律表示，即T a = e x p ( - A t ( A ) • l )(1)式中/x (A )衰减系数；/—目标与红外像机之间的距离：从上式可以看出，距离越大，衰减越严重。
(2)物体发射率对红外测温的影响实际物体红外辐射的功率与相同条件下黑体 红外辐射功率的比值，称为比辐射率、辐射率或发 射率，其比值是一个小于黑体发射率1的数。
实 际物体的发射率大小与与物体的材料形状、表面 粗糙度、凹凸度等有关。
红外线测温的距离补偿
红外线测温的距离补偿
红外线测温是一种非接触式的温度测量方法，可以通过检测目标表面辐射的红外线，来测量目标表面的温度。
但是在实际应用中，由于红外线传输过程中会受到多种因素的影响，如大气吸收、反射、散射等，因此测量结果可能会存在误差。
其中一个重要的误差源就是测量距离。
在实际应用中，红外线测温仪通常都有一个测量距离范围，例如0.5米到2米。
如果在测量时距离目标表面的距离不在这个范围内，就会影响测量结果的准确性。
通常情况下，如果距离太近，测量结果会偏高；如果距离太远，测量结果会偏低。
因此，在进行红外线测温时，需要进行距离补偿，以提高测量的准确性。
距离补偿的方法有很多种，其中比较常见的方法包括：
1.手动补偿法：即根据实际距离和测量距离范围的差异，手动设定一个补偿值，用于纠正测量误差。
2.自动补偿法：一些高端的红外线测温仪，可以通过内置的算法自动计算距离补偿值，从而减小距离对测量结果的影响。
3.辅助设备法：有些红外线测温仪配备了激光测距仪或者摄像头等辅助设备，可以帮助用户准确测量目标表面与测量仪之间的距离，从而进行距离补偿。
距离补偿是保证红外线测温准确性的一个重要环节，特别是在一些精度要求较高的场合，如工业生产、医疗卫生等领域，距离补偿的作用更加明显。
因此，在进行红外线测温时，需要根据具体情况选择
合适的距离补偿方法，以提高测量结果的准确性和可靠性。
红外测温仪调整方法
红外测温仪调整方法红外测温仪是一种用于非接触式测量物体表面温度的设备。
它可以通过红外线来检测物体表面的热辐射，并根据辐射的强度计算出物体的温度。
在使用红外测温仪时，正确的调整方法非常重要，可以确保测量结果的准确性。
以下是一些常见的红外测温仪调整方法。
1.环境调整：在进行测温之前，确保环境条件符合测量要求。
首先，要确保背景环境没有明显的热辐射源，如阳光直射、热风吹动的空调等。
另外，尽量选择相对干燥的环境，因为水蒸气会对红外测温仪的准确性产生影响。
2.距离调整：红外测温仪对于测量目标的距离非常敏感。
测量距离会影响测量区域的大小和测温精度。
不同型号的红外测温仪具有不同的最佳测量距离范围，应该根据生产商的推荐进行设置。
通常来说，测量距离应该保持在测温仪的最佳范围内，并且在测量距离范围内，目标物体的尺寸越大，测量精度越高。
3.反射率调整：红外测温仪在测量时需要考虑目标物体的反射率，因为不同的材质对红外辐射的吸收和反射能力不同。
一些红外测温仪具有可调整的反射率参数，可以根据目标物体的材质进行设置。
一般来说，黑色物体的反射率较低，而银色物体的反射率较高。
如果测量目标是镀锌钢板等反射率较高的物体，则需要将反射率参数调整为较高值。
4.环境温度补偿：红外测温仪在测量时需要考虑环境温度对测量结果的影响。
因为环境温度会对测量目标的热辐射产生干扰。
一些红外测温仪具有环境温度补偿功能，可以通过测量环境温度并进行补偿来提高测量精度。
5.多次测量：为了确保测量结果的准确性，建议对同一目标进行多次测量，并取平均值。
由于红外测温仪对于目标物体表面温度的测量具有一定的随机误差，多次测量可以减小误差并提高测量精度。
总的来说，红外测温仪在使用前需要进行一系列的调整，包括环境调整、距离调整、反射率调整、环境温度补偿和多次测量。
这些调整方法可以确保测量结果的准确性，并提高红外测温仪的性能和可靠性。
红外辐射探测器灵敏度补偿方案
红外辐射探测器灵敏度补偿方案红外辐射探测器是一种常用于工业和军事领域的重要设备，用于探测和测量物体发出的红外辐射能量。
然而，由于环境因素和器件本身的不足，探测器在不同条件下的灵敏度存在差异。
为了解决这个问题，开发了灵敏度补偿方案。
本文将探讨红外辐射探测器灵敏度补偿的原理、方法和应用。
一、灵敏度补偿的原理红外辐射探测器的灵敏度受到环境温度、物体距离、探测器退化和敏感元件参数漂移等因素的影响。
灵敏度补偿的原理是通过引入补偿电路或软件算法，校正探测器输出的信号，使其在不同条件下保持一致的响应。
传感器的灵敏度补偿通常包括两个主要方面：热干扰补偿和距离渐减补偿。
1. 热干扰补偿环境温度的变化会导致红外辐射探测器的灵敏度发生变化，称为热干扰。
为了抵消热干扰的影响，可以在探测器中引入温度传感器，并利用它测量环境温度。
然后，根据环境温度的变化，调整探测器的工作参数，使其输出信号保持一致。
热干扰补偿可以通过几种方式实现，例如热电堆（thermopile）和热电阻（thermistor）等。
热电堆是一种通过测量热量差异产生电压信号的设备，它可以感知温度变化并在探测器中进行补偿。
热电阻则通过测量其电阻值的变化反映环境温度，并根据温度变化调整红外探测器的工作参数。
2. 距离渐减补偿红外辐射随着距离的增加而减弱，这是由于辐射能量在传播过程中的衰减所导致的。
为了补偿距离渐减的影响，可以引入距离传感器来测量探测器与目标物体之间的距离。
然后，根据距离信息调整探测器的灵敏度，以使其在不同距离下保持一致的响应。
距离渐减补偿可以通过多种技术实现，例如激光测距仪和超声波测距仪等。
这些传感器可以高精度地测量目标物体与探测器之间的距离，并根据测量结果进行灵敏度补偿。
二、灵敏度补偿的方法灵敏度补偿可以通过硬件电路和软件算法两种方法实现。
1. 硬件电路补偿硬件电路补偿是指通过改变探测器的电路结构和参数来实现灵敏度补偿。
通过添加补偿电路，可以根据环境温度和距离信息来调整探测器的灵敏度。
（完整版）红外测温算法——最终版
（完整版）红外测温算法——最终版红外热像仪测温算法红外热像测温原理⿊体辐射的基本规律是红外辐射理论研究和技术应⽤的基础。
所谓⿊体，就是在任何温度下能吸收任何波长辐射的物体。
斯蒂芬⼀波尔兹曼定律指出，⿊体的辐出度，即⿊体表⾯单位⾯积上所发射的各种波长的总辐射功率与其热⼒学温度T的四次⽅成正⽐：在相同温度下，实际物体在同⼀波长范围内辐射的功率总是⼩于⿊体辐射的功率。
也就是说，实际物体的单⾊辐出度⼩于⿊体的单⾊辐出度。
我们把与的⽐值称为物体的单⾊⿊度，它表⽰实际物体的辐射接近⿊体的程度：即（1）将式（1）两端积分（2）如果物体的单⾊⿊度是不随波长变化的常数，即，则称此类物体为灰体。
结合关系式：和可得所以（3）实际物体的热辐射在红外波长范围内，可以近似地看成灰体辐射。
被定义为物体的发射率。
表明该物体的辐射本领与同温度同测量条件下的⿊体辐射本领之⽐。
式(3)正是红外测温技术的理论依据。
作⽤于热像仪的辐射照度为（4）其中，为表⾯发射率，为表⾯吸收率，为⼤⽓的光谱透射率，为⼤⽓发射率，为被测物体表⾯温度，为环境温度，为⼤⽓温度，d 为该⽬标到测量仪器之间的距离，通常⼀定条件下，为⼀个常值，为热像仪最⼩空间张⾓所对应的⽬标的可视⾯积。
热像仪通常⼯作在某⼀个很窄的波段范围内，或之间，、、通常可认为与⽆关。
得到热像仪的响应电压为（5）其中，为热像仪透镜的⾯积，令，,则（5）式变为（6）红外热成像系统的探测器可以将接收到的红外波段的热辐射能量转换为电信号，经过放⼤、整型，模数转换后成为数字信号，在显⽰器上通过图像显⽰出来。
图像中的每⼀个点的灰度值与被测物体上该点发出并到达光电转换器件的辐射能量是对应的。
但直接从红外热成像系统显⽰的图像中读出的温度是物体表⾯的辐射温度，并不是真实温度，其值等于辐射出相同能量的⿊体的真实温度。
因此在实际测温时，要先⽤⾼精度⿊体对热像仪进⾏标定，找出⿊体温度与光电转换器件输出电压(在热图像上表现为灰度)的对应关系。
红外温度补偿算法
红外温度补偿算法：让测温变得更精准的小妙招在日常生活中，我们经常会遇到需要测量温度的情况，比如量体温、看家里暖气热不热，或者检查机器设备有没有过热。
红外测温就是一种很方便的方法，它不用直接接触物体，就能快速测出温度。
不过，红外测温也有个小烦恼，就是容易受到环境温度的影响，导致测出来的温度不太准。
这时候，红外温度补偿算法就派上用场了，它就像是个“调温师”，能让红外测温变得更精准。
红外测温的小秘密红外测温的原理其实挺简单的，就是利用了物体都会发热这个特性。
每个物体都会发出红外辐射，就像我们晒太阳时感受到的热量一样。
红外测温仪就是捕捉这些红外辐射，然后转换成温度显示出来。
不过，问题就在于，环境温度也会影响红外辐射的接收，比如夏天热的时候，测温仪可能会因为周围空气热而多测几度；冬天冷的时候，又可能因为空气冷而少测几度。
这样一来，测出来的温度就不准了。
温度补偿算法登场为了解决这个问题，科学家们想出了红外温度补偿算法。
这个算法就像是给测温仪装了个“智能大脑”，能够自动调整因为环境温度变化而产生的误差。
它有好几种实现方式，下面我们就来聊聊其中几种比较常见的。
线性补偿算法线性补偿算法就像是给测温仪画了一条直线，这条直线代表了环境温度和测温误差之间的关系。
比如，科学家们通过实验发现，环境温度每升高1度，测温仪就会多测0.5度。
那么，在测温的时候，只要知道当前的环境温度，就可以根据这条直线，把多测的部分减掉，得到准确的温度。
这种方法简单易懂，适用于环境温度变化不太大的情况。
二次修正算法二次修正算法就像是给测温仪画了一个更复杂的曲线。
有时候，环境温度和测温误差之间的关系并不是一条直线，而是一个曲线。
这时候，就需要用二次修正算法了。
它会根据环境温度的变化，对测温仪的输出值进行二次调整，让测温结果更准确。
这种方法适用于环境温度变化比较大的情况。
自适应滤波算法自适应滤波算法就像是给测温仪装了个“自动调节器”。
它能够根据环境温度的变化，自动调整滤波程度，让测温结果更稳定。
基于距离与环境温度补偿算法的红外测温精度优化策略
基于距离与环境温度补偿算法的红外测温精度优化策略摘要：为了提高红外热像仪在电力设备巡检时的温度测量精度，本文针对目标距离和环境温度对测量精度的影响，研究了一种基于距离与环境温度补偿算法的红外温度传感器的温度精度优化算法策略，使得测温精度能够显著提高，满足电力巡检的需求。
关键词：红外测温；精度优化策略；补偿算法1 引言红外热成像技术用于诊断电力设备的热故障时，具有效率高、安全可靠、不接触测温、探测距离远和检测速度快等特点。
当电力设备发生故障时，在早期会产生热异常现象。
通过红外热成像技术，可快速的对电力设备故障进行反应，以防更大的事故发生，但是，由于红外测温自身原理以及周围一些环境因素，比如，环境温度、距离等一些因素的限制，从而造成测温精度误差较大的问题[1]-[3]。
2 红外辐射基本理论红外热像仪是通过被测物体表面发出的辐射来确定物体温度的，在实际测量中，被测物体接收到的辐射包括自身辐射以及周围环境的辐射，因此被测物体表面的单色辐射照度为[4]：由于在红外热像仪工作过程中，被测物体的辐射亮度受到环境的影响会发生衰减，同时大气辐射也会作用于热像仪，故作用于热像仪的辐射照度为[4]：（2）（2）式中：图1 最小二乘法拟合曲线温度补偿流程图4.实验方案设计我们的实验是在一个可以调节室内温度的实验室内进行，以保证可以测得环境温度对红外探测器测量精度的影响。
实验过程所采用的主要设备有：1）Yado-EIP-D1型号的红外热像仪，通过USB接口与移动终端屏幕相连。
红外工作波段为8-14um，具有方便快捷，像素高的优点。
2）RX24-50N5ΩJ型号的热电偶作为黑体和油浸式的温度传感器测量环境温度。
3）在热电偶两端连接可控电压的电压源，通过改变电压的大小来控制热电偶的温度。
5相关实验过程与数据如下：1）环境温度固定为18℃时、不同测温距离引起的误差校正首先用红外热像仪采集了5组热电偶的实际温度及其在1～8m的测量距离下的数据如表1所示表1 不同测量距离测温值环境温度=__18__℃由表1可知，在保证环境温度不变的情况下，随着距离的增加，测温结果与热电偶的实际温度的误差越来越大，且当热电偶的温度较小时，在较远的距离无法红外热像仪测量到热电偶的温度。
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一种提高红外测温精度的温度补偿方法
作者：郭珂等
来源：《科协论坛·下半月》2013年第09期
摘要：为改进因测量距离增大引起的红外测温精度不高的问题，建立一种新的温度补偿方法。
该方法研究引起测量误差的主要影响因素、红外测温的基本原理以及红外能量衰减规律后，推导出温度补偿公式。
满足一定条件下，通过实验，将补偿前与补偿后的温度进行比较，获得较为精确的温度值，从而验证方法的有效性。
关键词：红外测温影响因素精度提高补偿方法
中国分类号：TP202+.2 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）009-025-03
1 引言
温度是表征物质状态的主要参数之一。
目前，测温方法主要分为接触式测温与非接触式测温。
后者主要以红外测温为主。
由于是非接触测温，故测温结果受到中间介质的影响比较大，当距离超过一定范围时，红外测温仪的测温精度将会降低，从而导致测量值不准确。
红外辐射在大气传播过程中，不可避免地要受到各种因素的干扰。
目前提高测温精度的方法主要通过搭建特定的测温系统和传感器后级补偿电路来实现，比如仪器内部的温度漂移和增益补偿、镜头视场外的辐射补偿以及不同季节下的操作温度补偿。
但此方法存在可变性差，只有在标称环境下使用才能达到较高精度的缺点。
进行温度补偿时，补偿公式与系统本身参数有关，导致补偿方法复杂难懂，适用条件苛刻，实用性不强。
为此，作者通过对影响红外测温精度的因素、红外辐射的基本原理进行分析和试验研究，提出了一种新的温度补偿方法。
通过实验，将所测温度与被测目标的真实参考温度做对比分析，并在不同的测温距离下，利用补偿公式得到一个相应的温度差值，使测温仪的精度得到提高。
相比目前的温度补偿方法，该方法具有简单易懂，应用方便，且不需要知道测量仪器的详细参数的优点，这对于工业测温应用领域获取设备运行精确温度参数具有重要意义。
2 红外测温原理
自然界中任何高于绝对零度的物体都会向外界辐射红外电磁波。
通过对物体红外辐射能量的测量，来确定其表面温度，这就是红外测温仪测温的理论基础。
1900年，普朗克提出了黑体辐射量子假设后，利用谐振子能量分布应该满足麦克斯韦-波尔兹曼统计，求得普适函数表示如下，用波长可表示如下：
（4）
式（4）表示大气介质中辐射电磁波的衰减遵循指数衰减规律，称为波尔盖定律。
在接近地面的大气中，对红外辐射吸收起到了主导作用的是水蒸气和二氧化碳。
3.2 环境对红外辐射的散射作用
当红外辐射在大气中传播时，大气分子会引起辐射散射。
散射可以看做是光子与大气分子发生弹性碰撞，改变了辐射方向，使得本应进入测量系统的能量并没有被吸收，从而造成误差。
大气中云、雾、水滴的半径分子大小与红外波长差不多，对红外辐射具有强烈的散射作用。
对于散射作用电磁波强度的衰减和传输距离关系可用下式表示：
W=W0e- x （5）
由式（4）和（5）可见，无论对与吸收还是散射，红外电磁波能量都随距离增大成指数衰减。
4 补偿方法
大气对红外能量的衰减作用，随着测量距离的增大而增大，导致测量时引起测量误差，本方法就是针对该误差进行补偿。
假设仪器设定的发射率为 1，物体的实际发射率为 2，根据斯蒂芬-玻耳兹曼定律，设在距离R时红外测温仪测量温度为T1，物体的表面温度T2、环境温度T0之间的关系可以表示为：
（10）
式（10）中：为消光系数，此公式为进行温度修正的理论依据。
在测量环境较为稳定时，忽略大气散射和其它因素对红外辐射的影响，近似大气消光系数为 = + ，通过上式较为准确地求解出被测目标表面的真实温度。
5 实验验证
5.1 实验条件及仪器
实验在室内进行，其测量环境稳定，大气消光系数近似为常数。
实验仪器为在线式红外测温仪IS-500V，测温范围：0-500℃，对应正比输出0-5V；吸收光谱波长为：8-14 m；参考发射率：0.95固定；距离系数：1：30。
被测物体使用聚丙烯树脂密封盒（发射率0.920.95）。
5.2 实验方法与分析
将被测物均匀加热至80℃，利用标准温度计测量被测物体的表面温度，作为其真实温度。
用红外测温仪以20cm为单位不断增加测量距离，并记录该测量距离时红外测温仪所显示的温度。
得到温度-距离的关系，见表1。
由公式（4）（5）可知，红外辐射在大气中的透过率呈现指数衰减。
测温仪所测物体温度是对其接收到红外能量的一种体现。
由公式（2）给出的斯蒂芬-波尔兹曼定律表明对于同一材质的物体，其温度与辐射红外能量是一一对应的关系，红外测温仪所测温度大小可以反映距离对红外辐射的衰减作用强弱。
温度与测量距离关系已由公式（10）给出。
利用实验中测得T2、T0、T1和R的大小，可以绘出T14-T04—R曲线，对其进行拟合，便可得到消光系数，如图1所示。
将代入公式（10）中求出修正后的温度值T1，并将其与参考温度进行比较，可得到被测目标参考温度、红外测温仪测得的温度以及红外测温仪修正后的温度与距离关系曲线。
图2所示虚线是物体真实温度曲线，由图可知，随着测量距离增大，测量温度减小很快，远远超过了被测物体真实温度减小速度，造成测量误差。
当测量距离为400cm时，物体真实温度与测量温度相差15℃，相对误差超过20%。
带“*”的曲线是经过修正后的温度变化曲线，它分布在物体真实温度曲线附近，测量误差小于1℃，相对误差小于1.5%。
相比于没有修正时，误差明显减小。
6 结束语
由理论分析结合实验验证可知，在一定的距离范围内，红外测温仪测量值随着测量距离的增加而不断减小，引起测量误差，往往使之达不到测量精度要求。
这就要求实际测量时必须利用补偿模型来修正由于大气衰减以及环境的影响。
根据公式（10）建立的温度补偿公式，将测量温度进行适当的修正，可大幅提高测量精度。
该补偿方法在应用时，要求测量环境环境温湿度恒定、被测物发射率和仪器参考发射率尽量一致，这样才能使衰减系数基本为一定值，达到补偿效果。
该方法原理简单，通俗易懂，方法实用，适用于如测量室内电力设备运行温度等诸多场合，具有很高的应用价值。
（基金项目：重庆大学国家级大学生创新训练计划项目（编号1210611025））
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