矿用红外成像仪及实际应用

红外成像仪检测的基本理论

    在自然界中，任何温度高于OK的物体都是红外辐射源，具有辐射现象。通过红外探测器将物体辐射的功率信号转换成电信号后，成像装置的输出信号就可以完全一一对应地模拟扫描物体表面温度的空间分布，经电子系统处理传至显示屏上，得到与物体表面热分布相应

的热像图。运用这一方法，便能实现对目标进行远距离热状态成像和测温，并对被测物体的状态进行分析判断。

    红外成像仪检测的基本理论是基于热辐射的普朗克定律和斯忒藩·玻耳兹曼定律，即利用物体的辐射能与温度的关系进行检测的一种方法。其通过扫描、记录被测试零件表面上由于缺陷和材料不同的热特性而引起的温度变化来进行红外检测。由斯忒藩·玻耳兹曼定律可知，当一个物体表面的发射率不变时，该物体的辐射功率与其温度的四次方成正比o囚此，对物体辐射功率的探测，实际上就形成了对物体表面温度的探测。

矿用红外成像仪及实际应用

    矿用红外成像仪的选择

    波段选择：被测物体的辐射能量必须经过大气才能到达仪器，因此正确选择仪器工作波段至关重要。地面大气中有三个红外透过的大气窗口。但煤矿井下红外辐射受到不同气体、煤尘颗粒等影响而产生散射、吸收与辐射率起伏，使发光强度严重衰减和不稳定，对准确测量温度产生直接的影响。波长在2.7—3. 2pm波段是最不适宜使用的。此外井下空气中还有水蒸气、二氧化碳、甲烷等气体，这些气体都有一个或者几个吸收峰，因此，在选择工作波段时必须综合考虑各种因素。权衡后如果在掘进和回采工作面条件下若测量距离超过8m，宜采用3.5—6.OpLm波段；若测量距离小于Sm

可选用8一14SLm波段。

  煤体辐射率的确定：严格讲辐射率不是一个常数，其与物体表面性质、温度、辐射波长，以及观察条件都有关系。所以要对煤炭的辐射率进行测定。比较简单和准确的方法是用点测仪或热电偶测定煤炭的表面温度。用红外热像仪再测时，不断调节辐射率占的值，使其显示温度为点测值，此时的8就是诙被测物体的辐射率。前人经过大量的工作取得了各种常见材料的辐射率，如煤矿井下煤壁的辐射率为0. 95，大巷喷浆壁和岩巷的辐射率为0. 92—0.94，顶板的辐射率一般为0.93—0.950

    误差分析和真实温度的计算：考虑到环境和仪器自身误差的影响，需要对仪器显示温度进行计算。在2～5卜m波段，当大气吸收率达到20%时，测温误差为5.3%左右；在8—13pm波段，当大气吸收率达到20%时，测温误差只有4.5%左右。当辐射率测量误差为20%时，短波热像仪的测温误差为6.5%左右，而长波热像仪的测温误差则可达到9.5%。因此，对8—13 cm工作波段的热像仪辐射率的测定要尽可能准确。

   井下实际应用

    红外探测法主要是探测红外能量场，通过能量场可综合判断煤的自燃区域。红外探测技术简单、迅速、精确，是目前探测领域的高新技术，是煤炭自燃高温火源点区域探测的发展方向。所使用的仪器主要有红外探测仪和红外成像仪。

    在我国，红外探测仪和红外成像仪主要用于煤田地质调查、地质构造判断、地震预报、地下水探测、岩突、岩爆等方面。美国采用红外探测仪和成像仪探测煤壁和煤柱自燃温度和位置。我国采用红外探测仪在煤矿火源位置的判断方面得到应用，取得了良好的效果。但由于红外探测仪仅能实现红外能量的点监测，要精确地确定火区范围，需布置很多测点，且要进行长时间的观测，不易确定火区的温度和深度。