紅外輻射測量的案例
探索熱輻射—紅外發射率測量儀
發射率的測量需要建立在有關紅外輻射學的基礎上，發射率在輻射測溫以及材料的性能中扮演著重要的角色，在航天航空、軍事國防、工業生產、能源利用、節能方面均有所滲透。在國防和軍事中的發射率主要被應用于雷達等，可供輻射監測設備進行對比監測，以及滿足隱身涂層等性能需要；在工業生產、節能和能源領域，發射率主要應用在輻射測溫，可以實時非接觸式探測工作現場變化；在能源環保方面發射率主要應用在高低發射率涂層，目的是提高能量的收集或者能量的散去。
紅外發射率（Emissivity,ε）作為表征材料表面熱輻射能力的核心物理參數（定義為物體在相同溫度下輻射能量與理想黑體輻射能量的比值，0≤ε≤1），其數值大小深刻影響著材料與外界環境的熱交換過程。這一參數并非固定不變，而是受材料成分、表面粗糙度、工作溫度及觀測波段等多種因素的綜合調控。正是由于這種可調控性及其對熱輻射行為的決定性作用，紅外發射率在眾多科技領域扮演著至關重要的角色，其精確測量與有效調控是實現特定功能的關鍵。
我司推出 手持式紅外發射率測量儀，此儀器專為精準監測表面材料的關鍵紅外特性參數——紅外發射率而精心設計。
該儀器具備卓越的性能優勢，能夠在任意時間、任意地點迅速完成對表面材料紅外發射率參數的檢測工作。通過快速獲取這些參數，得以實現對材料性能的實時動態評估，為用戶提供及時、準確的材料性能反饋。
值得一提的是，這款產品可同時對 3 - 5μm、8 - 14μm 波段內的材料性能進行測量。這兩個波段的參數乃是最為常用的特性參數，在眾多領域發揮著至關重要的作用。
展開 手持紅外發射率測量技術：打開紅外世界的“密碼鑰匙”
在現代紅外技術應用中，有一個關鍵參數常常被忽視，卻又無處不在——發射率。它不僅是紅外測溫精準性的決定因素，更是紅外隱身、材料檢測、節能環保等眾多領域的核心密碼。今天，我們就從威睛光學的專業視角，帶您深入了解手持式紅外發射率測量技術及其廣闊的應用場景。
一、什么是發射率？為什么它如此重要？
在自然界中，一切溫度高于絕對零度的物體都會向外輻射紅外能量。但不同材料輻射紅外能量的能力各不相同——有的擅長輻射，有的則善于反射。發射率正是描述這種能力的物理參數，它表示實際物體的熱輻射與理想黑體輻射的接近程度，取值范圍在0到1之間。
簡單來說，發射率越高，物體輻射紅外能量的能力越強；發射率越低，則反射能力越強。這個看似簡單的參數，卻是紅外技術應用的基石。無論是紅外測溫、紅外熱像，還是紅外隱身、材料檢測，都必須準確掌握被測物體的發射率，否則一切測量結果都可能是“空中樓閣”。
二、國防安全領域：隱身與反隱身的博弈
在國防安全領域，發射率測量技術扮演著至關重要的角色。
紅外隱身涂層性能評估是典型應用之一。現代無人機、艦船等裝備廣泛采用紅外隱身涂層，以降低被敵方紅外探測設備發現的概率。而這些涂層的紅外隱身效果，核心指標就是其表面發射率。通過手持發射率測量儀，技術保障人員可以在外場快速檢測涂層的發射率參數，評估隱身性能是否達標，發現涂層缺陷，及時進行維護補涂。
此外，在武器裝備紅外特性研究中，發射率測量也是不可或缺的一環。無論是發動機尾噴口的紅外輻射特征分析，還是整機/整車的紅外信號評估，都需要精確的發射率數據作為支撐。
三、民用領域：從節能建材到新能源
隨著“雙碳”目標的推進，發射率測量技術在民用領域同樣展現出巨大潛力。
節能建筑材料是重要應用方向。建筑外墻的輻射制冷涂料、Low-E玻璃等節能材料，其節能效果與表面發射率密切相關。
展開 精準測量萬物的“熱指紋”：紅外發射率測量儀
<p class="ql-align-justify">在伸手不見五指的暗夜，熱成像儀卻能勾勒出清晰的輪廓；航天器穿越大氣層時，表面溫度始終可控——這些神奇現象的背后，都藏著一個關鍵的物理參數：<strong>紅外發射率</strong>。它如同物質與生俱來的“熱指紋”，決定了物體如何與外界交換熱能。然而，要精準獲取這把解鎖熱感知世界的鑰匙，卻是一項巨大的挑戰，而這正是<strong>威睛光學手持式紅外發射率檢測儀</strong>的價值所在。</p><h1 class="ql-align-justify"><strong>一、從無形到可測：理解紅外發射率</strong></h1><p class="ql-align-justify">自然界中，任何溫度高于絕對零度的物體都在持續輻射紅外線。科學家們通過“黑體”這一理想模型建立了完善的熱輻射理論。但現實中的物體并非理想黑體，為了描述其真實的輻射能力，我們引入了<strong>發射率（ε）</strong> 的概念。</p><p class="ql-align-justify">發射率，定義為物體與同溫度黑體輻射能力的比值，取值范圍在0到1之間。它并非固定不變，而是受到<strong>材料類型、表面狀態、溫度乃至觀測波段</strong>等多種因素的復雜影響。例如，拋光金屬的發射率可能低至0.02，而常見非金屬材料則可高達0.95。這種不確定性使得精確測量成為一切應用的前提。</p><h1 class="ql-align-justify"><strong>二、從認知到掌控：精準測量的革命性工具</strong></h1><p class="ql-align-justify">認識到發射率的復雜性與重要性后，如何在實際應用場景中快速、精準地測量它，就成為推動材料研發、質量控制和前沿科技發展的關鍵。
展開 SYNOPSYS?前視紅外輻射計（FLIR）設計， 冷反射效應
概述
什么是冷反射
NAR透鏡冷反射特性
GHPLOT不良冷反射透鏡圖
PSPRD衍射點擴散圖
RGHOST鬼像分析
優化冷反射
設置工作目錄
選擇Dbook工作目錄
參考Donald Dilworth《Lens Design Automatic and quasi-autonomous computational methods and techniques》第30章
在293K時的黑體曲線
在Command Window中輸入MSW
人體皮膚接近室溫在 20°C 或 293 K，根據下圖發射輻射，峰值波長為10μm
什么是冷反射
冷反射效應經常被忽視，在掃描紅外系統中，在 像面的中心顯示為一個黑色的污點
前視紅外輻射計二維圖
FETCH C30L1
它已經處于衍射極限，人們可能認為它不需要更 多的優化。然而，我們還沒有控制冷反射。
透鏡的冷反射特性
在Command Window中輸入NAR
YNI顯示量?A0N的值，為了控制冷反射，必須確保 YNI 的值永遠不會低于限制值。 最差的冷反射來自表面 3，其中值為 6.1E-4，這非常小。
鬼像特性設置
在Command Window中輸入MGH
輸入如圖數據，點擊GHPLOT按鈕
不良冷反射透鏡圖
光線從左側進入，以紅色顯示，直到它到達表面 11，從表面11反射之后，以藍色顯示，并且在第二次反射之后，在表面3處，它們以綠色繪制。
選擇左圖虛線框的區域，在選擇矩形內單擊以放大該部分，如右圖所示。
衍射點擴散圖
在Command Window中輸入MDI。
展開 
SYNOPSYS?前視紅外輻射計（FLIR）設計， 冷反射效應
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概述
什么是冷反射
NAR透鏡冷反射特性
GHPLOT不良冷反射透鏡圖
PSPRD衍射點擴散圖
RGHOST鬼像分析
優化冷反射
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參考Donald Dilworth《Lens Design Automatic and quasi-autonomous computational methods and techniques》第30章
在293K時的黑體曲線
在Command Window中輸入MSW
人體皮膚接近室溫在 20°C 或 293 K，根據下圖發射輻射，峰值波長為10μm
什么是冷反射
冷反射效應經常被忽視，在掃描紅外系統中，在 像面的中心顯示為一個黑色的污點
前視紅外輻射計二維圖
FETCH C30L1
它已經處于衍射極限，人們可能認為它不需要更 多的優化。然而，我們還沒有控制冷反射。
透鏡的冷反射特性
在Command Window中輸入NAR
YNI顯示量?A0N的值，為了控制冷反射，必須確保 YNI 的值永遠不會低于限制值。 最差的冷反射來自表面 3，其中值為 6.1E-4，這非常小。
鬼像特性設置
在Command Window中輸入MGH
輸入如圖數據，點擊GHPLOT按鈕
不良冷反射透鏡圖
光線從左側進入，以紅色顯示，直到它到達表面 11，從表面11反射之后，以藍色顯示，并且在第二次反射之后，在表面3處，它們以綠色繪制。
選擇左圖虛線框的區域，在選擇矩形內單擊以放大該部分，如右圖所示。
衍射點擴散圖
在Command Window中輸入MDI。
展開 紅外溫度傳感器無需物理接觸測量的好處
紅外測溫儀也稱為IR溫度計，是一種非接觸式紅外溫度傳感器，用于無需物理接觸即可測量溫度。它檢測并捕獲物體發出的熱輻射，并將其轉換為溫度讀數。紅外溫度傳感器通常是帶有激光指示器的手持設備，可幫助瞄準目標區域。
紅外溫度傳感器如何工作？
紅外溫度傳感器的工作原理是紅外輻射原理。所有高于絕對零的物體都會發射紅外輻射，紅外輻射會隨著溫度的變化而增加或減少。這些溫度傳感器利用探測器來感應物體發出的紅外輻射并將其轉換為電信號。然后信號被處理并在設備上顯示為溫度讀數。
使用紅外溫度傳感器有什么好處？
（1）非接觸式測量
紅外溫度計提供了一種衛生且非侵入性的溫度測量方法。它們可以在安全距離內使用，從而降低交叉污染的風險，并允許快速有效地進行測量。
（2）即時結果
使用紅外傳感器，幾乎可以立即獲得溫度讀數，提供即時反饋，無需物理接觸或等待時間。
（3）應用范圍廣泛
紅外高溫計可用于醫療保健、工業應用、HVAC（供暖、通風和空調）、食品安全等領域。具體示例包括監測體溫、檢測電氣系統中的熱點、評估機械設備、發現絕緣故障以及確保食品安全。
展開 德國Optris PI 05M：超短波長紅外熱像儀，專為超高溫精密測量而生
德國Optris PI 05M是一款專為非接觸式測量超高溫目標而設計的精密紅外熱像儀。它在0.50–0.54 μm的超短波長紅外范圍內工作，具備900°C至2450°C的寬廣連續測量范圍。這款熱像儀尤其適用于熔融金屬、超高溫材料的溫度分析，以及近紅外（NIR）和二氧化碳（CO2）激光加工等苛刻應用。
德國Optris紅外熱像儀生產廠家：https://www.shphgd.com/
德國Optris PI05M紅外熱像儀：https://www.shphgd.com/products_details_id_17.html
技術原理與應用優勢
金屬及光亮材料在長紅外波段通常表現出低發射率，導致測量結果不一致。PI 05M的超短波長設計恰好與大多數金屬材料的高發射率峰值相匹配，從而確保了更可靠的遠程溫度測量。此外，根據普朗克輻射定律，物體在短波長范圍內輻射的能量更強，這有效減少了發射率變化對測量重復性的影響。因此，在超高溫環境下對光亮材料進行測量時，PI 05M在精度和準確性上顯著優于傳統的長波長紅外熱像儀。
高性能成像與靈活配置
PI 05M搭載了高動態CMOS探測器，提供多種分辨率與幀率組合，以適應不同的應用需求：
高分辨率模式：在764 x 480像素分辨率下，以32 Hz幀率運行，提供細節豐富的清晰成像。
高速模式：在382 x 288像素分辨率下，幀率可達80 Hz，適合捕捉快速移動的目標。
超高速模式：在72 x 56像素分辨率下，幀率高達1 kHz，能夠精準監測快速變化的溫度過程。
線掃描模式：支持764 x 8像素分辨率下的1 kHz寬子圖像模式，特別適用于對連續生產線進行精確的溫度監控。
展開 艦船、潛艇、魚雷的輻射噪聲特性及其測量方法
用于測量輻射噪聲的水聽器布設
輻射噪聲通常以1Hz帶寬內譜級表示，但對于測量儀器設備工作帶寬為W，該帶寬內噪聲級為BL，則1Hz帶寬內的譜級為BL-10lgW。
注意：上述噪聲為白噪聲，如果被測帶寬內有線譜噪聲，則歸算方法不在適用。
通常測量是在遠場，一般按照球面波擴展規律進行修正，歸算到離聲源聲中心1米處。因此，需要精確知道水聽器與被測艦船之間的距離，一般采用同步鐘測距裝置(主動聲納)。目前，艦船輻射噪聲測量是一項專門測量技術，隨著潛艇隱身技術水平的提高，對測試技術和設備提出更高的要求。
本文摘自百度文庫《水下噪聲》一文
展開 德國Optris Xi 1M：專為高溫金屬測量打造的緊湊型短波紅外熱像儀
德國Optris Xi 1M是一款專為工業環境設計的高性能短波紅外（SWIR）熱像儀。它突破了傳統長波紅外的限制，專門針對熱金屬、鋼鐵、陶瓷和半導體等“難以測量”的物體進行非接觸式表面溫度成像。憑借其緊湊堅固的設計和自主運行能力，Xi 1M能夠在無需額外硬件的情況下，為工業制造過程提供精確、可靠的熱數據。
德國Optris紅外熱像儀生產廠家：https://www.shphgd.com/
德國Optris Xi1M紅外熱像儀：https://www.shphgd.com/products_details_id_18.html
核心技術優勢：為何選擇短波紅外？
在測量高溫光亮材料（如鋼、鐵、銅、半導體）時，傳統長波紅外熱像儀常因材料發射率低且不穩定而導致讀數偏差。Optris Xi 1M采用0.85–1.1 μm的短波紅外光譜設計，完美解決了這一痛點：
匹配金屬發射率：短波范圍與大多數金屬材料的高發射率區域相匹配，顯著提高了測量的準確性和重復性。
高輻射強度：根據普朗克輻射定律，高溫物體在短波段發射的紅外輻射顯著增加，這使得Xi 1M在測量450°C以上的高溫時，比長波設備更具優勢。
穿透氧化層干擾：在鍛造等工藝中，工件表面的氧化層往往掩蓋真實溫度，短波技術能更準確地捕捉表面實際溫度，減少誤差。
關鍵性能參數
寬廣的高溫量程：測量范圍覆蓋450°C至1800°C，且無需切換子量程，即可實現全量程的高精度測量。
高清熱成像：配備高動態CMOS探測器，分辨率為396 x 300像素，能夠捕捉細微的溫度分布差異。
卓越的光學性能：擁有極高的距離系數比（D:S），即使在遠距離也能精準鎖定小目標。
展開 衛星遙感探測原理與數據應用
氣象衛星遙感探測原理
在地球大氣系統中各自然表面以及大氣本身的輻射過程是一個十分復雜的問題，它涉及到各輻射源的特性和物體和氣體的吸收、發射、透射、目標物反射、粒子散射和透射等諸多方面的特性。地球大氣系統作為一個整體，它一方面要接受入射的太陽輻射，另一方面又要反射太陽輻射和以其自身的溫度發射紅外輻射。在它的視場范圍內測量到輻射主要有:
1) 地表、云層發出的紅外輻射，將衛星在大氣窗通道測量的輻射轉換成圖象就得紅外云圖。
2)大氣中吸收氣體發射的紅外輻射，由衛星測量到的大氣氣體發射的輻射，就可反演獲取大氣的有關參數，如選取CO2 發射的輻射可以得到大氣垂直溫度，由H2O 發射的輻射可以得到水汽分布。
3)地面、云面反射的大氣向下的紅外輻射，由于在紅外波段衛星測量的地面反射大氣輻射很小，可以忽略不計。
4) 地面和云面反射太陽輻射，衛星在可見光-近紅外譜段測量的輻射就獲取可見光云圖。
5）大氣分子、氣溶膠等對太陽輻射的散射輻射，根據衛星測量的大氣分子、氣溶膠的后向散射輻射可以獲取大氣分子、氣溶膠的分布。
衛星在空間接收地球大氣中各種輻射源發射輻射的相對大小，對于反射太陽輻射部分，衛星測量的主要是云反射的太陽輻射，占入射太陽輻射的20%，其次的空氣分子的后向散射輻射僅6%，而地面反射太陽輻射較小4%。衛星接收的紅外輻射主要是由H2O、CO2，其次是云發射的，直接收到地面的較小。
01
增加和豐富了氣象觀測及其它領域資料的內容和范圍
氣象衛星觀測體系的建立，大大地豐富了氣象觀測的內容和范圍，使大氣探測技術和氣象觀測進入了一個新價段，突破了人類只能在大氣底層觀測大氣的局限性。一些難以觀測的資料和地區，現在都可以從氣象衛星上得到實現。
展開 FRED在雜散光分析中的應用
?紅外系統中的自輻射
熱紅外或者熱成像系統中也可以出現雜散光，該雜散光是由設備自身的熱輻射引起的。 這類系統通過檢測疊加在一個大背景上的一個小的信號來運轉。 室溫情況下，黑體發射率曲線的峰值在大概10μm處. 因而在這種波長下，環境也會"發光"。隨著溫度或者發射率的變化，黑體發射曲線在發熱過程中會有很小的變化。熱成像系統一般通過減去背景來增強紅外圖像的對比度。當背景不均勻，比如說有”水仙花效應”, 就產生了一個雜散光信號。 特別是， 當冷卻了的探測器的一個圖像在其自身成像的時候，背景的局部嚴重缺損就產生了。典型的表現為在圖像的中心形成黑斑。人們可能稱它為“雜斑”而不是雜散光。
紅外輻射計測量絕對輻射而不是一個相對輻射，所以任何背景輻射都是不允許的。在這樣一個設備中，有必要冷卻整個設備以降低溫度，用來消除因為自身散射引起的雜散光。
圖4 該圖演示了一個簡單的模型：一個溫熱的茶壺，其表面有著不同的發射率和溫度分布。茶壺通過一個單透鏡成像，探測器放置在透鏡后面（觀察不到）。許多紅外系統中都發現機械結構自身輻射到探測器的問題。而解決的方法不是移除自輻射源就是對這些輻射加以遮擋。
?以上幾種現象的組合
以上現象的組合也會發生，并且可能很重要。 比如， 自輻射光線可能繼而從光學器件上散射進入視場里面。由孔徑衍射的光線也可能從光學器件上面散射進入視場內。
2.FRED如何呈現散射光？
有幾種方法可以跟蹤散射光。第一種方法是制造一個光源，再追跡其通過光學系統的光線。第二種方法是通過系統從探測器的反向逆追跡光線。通過使用任何3D光線追跡軟件程序來顯示雜散光光路是相當重要的。光學工程師可以利用FRED來顯示雜散光發生的位置。反射光線以及折射光線僅僅是問題的一部分，散射光也是一個問題。
展開 
FRED在雜散光分析中的應用
?紅外系統中的自輻射
熱紅外或者熱成像系統中也可以出現雜散光，該雜散光是由設備自身的熱輻射引起的。 這類系統通過檢測疊加在一個大背景上的一個小的信號來運轉。 室溫情況下，黑體發射率曲線的峰值在大概10μm處. 因而在這種波長下，環境也會"發光"。隨著溫度或者發射率的變化，黑體發射曲線在發熱過程中會有很小的變化。熱成像系統一般通過減去背景來增強紅外圖像的對比度。當背景不均勻，比如說有”水仙花效應”, 就產生了一個雜散光信號。 特別是， 當冷卻了的探測器的一個圖像在其自身成像的時候，背景的局部嚴重缺損就產生了。典型的表現為在圖像的中心形成黑斑。人們可能稱它為“雜斑”而不是雜散光。
紅外輻射計測量絕對輻射而不是一個相對輻射，所以任何背景輻射都是不允許的。在這樣一個設備中，有必要冷卻整個設備以降低溫度，用來消除因為自身散射引起的雜散光。
圖4 該圖演示了一個簡單的模型：一個溫熱的茶壺，其表面有著不同的發射率和溫度分布。茶壺通過一個單透鏡成像，探測器放置在透鏡后面（觀察不到）。許多紅外系統中都發現機械結構自身輻射到探測器的問題。而解決的方法不是移除自輻射源就是對這些輻射加以遮擋。
?以上幾種現象的組合
以上現象的組合也會發生，并且可能很重要。 比如， 自輻射光線可能繼而從光學器件上散射進入視場里面。由孔徑衍射的光線也可能從光學器件上面散射進入視場內。
2.FRED如何呈現散射光？
有幾種方法可以跟蹤散射光。第一種方法是制造一個光源，再追跡其通過光學系統的光線。第二種方法是通過系統從探測器的反向逆追跡光線。通過使用任何3D光線追跡軟件程序來顯示雜散光光路是相當重要的。光學工程師可以利用FRED來顯示雜散光發生的位置。反射光線以及折射光線僅僅是問題的一部分，散射光也是一個問題。
3.FRED如何產生幾何界面？
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