在我們的工作中所用到的測(cè)量?jī)x器，如果不清楚其所導(dǎo)出測(cè)量數(shù)據(jù)的靈敏度和精度，這些數(shù)據(jù)就很難作為依據(jù)。在討論紅外熱像儀的測(cè)量精度時(shí)，由于某些復(fù)雜術(shù)語(yǔ)和行話，可能會(huì)讓研究人員避開熱像儀，從而失去熱成像技術(shù)在研發(fā)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。下面，小菲將用通俗易懂的語(yǔ)言闡述紅外熱像儀在測(cè)溫方面的不確定性，幫助你更好地理解紅外熱像儀的標(biāo)定流程和精度。

1、熱像儀精度參數(shù)與不確定性方程式

仔細(xì)觀察你會(huì)發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)紅外熱像儀的數(shù)據(jù)表上的精度參數(shù)顯示為±2oC或讀數(shù)的±2%。這一參數(shù)是基于廣泛采用的名為“平方和根值”(RSS)的不確定性分析技術(shù)結(jié)果。

它的概念是計(jì)算溫度測(cè)量公式每個(gè)變量的局部誤差值，取每個(gè)誤差項(xiàng)的平方，然后將其全部相加，最后取其平方根值。雖然這個(gè)公式聽起來(lái)復(fù)雜，但其實(shí)很簡(jiǎn)單。從另一方面來(lái)講，局部誤差值的確定可能會(huì)很難。

“局部誤差”來(lái)自于典型紅外熱像儀溫度測(cè)量公式中多個(gè)變量中的一個(gè)，包括：

● 發(fā)射率

● 反射的環(huán)境溫度

● 大氣溫度及大氣透射率

● 熱像儀的響應(yīng)值

● 校準(zhǔn)器(黑體)的溫度精度

一旦確定上述各個(gè)值的“局部誤差”響應(yīng)值，那么整個(gè)誤差公式就是：

其中，ΔT1、ΔT2、ΔT3...是測(cè)溫公式中變量的局部誤差值。

為什么公式是這樣的? 事實(shí)證明，隨機(jī)的誤差值有時(shí)是在同一個(gè)方向上相加，使你離正確值的偏差越來(lái)越遠(yuǎn)；有時(shí)，誤差值又是在相反方向上相加，相互抵消。所以，采用“平方和根值”是計(jì)算總誤差值最適合的方法，并一直作為FLIR紅外熱像儀數(shù)據(jù)表上顯示的參數(shù)。

這里需要說(shuō)明的是，目前所討論的計(jì)算值有效的條件是只有當(dāng)熱像儀用于實(shí)驗(yàn)室或戶外短距離范圍(20米以內(nèi))。由于大氣吸收因素，還有影響程度較小的大氣發(fā)射率因素，距離變長(zhǎng)會(huì)增加測(cè)量值的不確定性。

當(dāng)紅外熱像儀的研發(fā)工程師在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)大部分現(xiàn)代的紅外熱像儀系統(tǒng)采用“平方和根值”的分析方法時(shí)，所得結(jié)果近似為±2?C或±2%，因此成為熱像儀技術(shù)參數(shù)中使用的合理精度率。

但是，實(shí)踐表明，諸如FLIR X6900sc這樣的高性能熱像儀比像FLIR E40這樣的經(jīng)濟(jì)型熱像儀的精度效果要好，因此，我們?nèi)孕枰鲂┕ぷ鱽?lái)更好地解釋這一觀察結(jié)果。

2、實(shí)驗(yàn)室測(cè)量值和±1℃或1%精度

我們發(fā)現(xiàn)在觀察已知發(fā)射率和溫度的物體時(shí)，熱像儀實(shí)際產(chǎn)生的溫度測(cè)量值，此類物體一般指代為“黑體”。在引用已知發(fā)射率和溫度的物體的理論概念前，你可能聽說(shuō)過(guò)這個(gè)術(shù)語(yǔ)，黑體的這一概念也用來(lái)指代一些實(shí)驗(yàn)室設(shè)備。

FLIR校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室里1/4圈的2個(gè)以上腔式黑體

實(shí)驗(yàn)室測(cè)量值的不確定性包括將校準(zhǔn)熱像儀指向校準(zhǔn)的黑體，并畫出隨時(shí)間變化的溫度變化。雖然經(jīng)過(guò)仔細(xì)的校準(zhǔn)，但在測(cè)量中總會(huì)出現(xiàn)一些隨機(jī)誤差。所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集可以對(duì)精度和精確性進(jìn)行量化。請(qǐng)參見下圖中的校準(zhǔn)黑體測(cè)量值結(jié)果。

觀測(cè)37?C黑體時(shí)典型FLIR A325sc紅外熱像儀的響應(yīng)值

圖形顯示的是FLIR A325sc紅外熱像儀在室內(nèi)距離0.3米觀測(cè)37?C黑體的2小時(shí)以上的數(shù)據(jù)結(jié)果。

熱像儀每秒記錄一次溫度。數(shù)據(jù)圖形是圖像中所有像素的平均值。數(shù)據(jù)直方圖雖然顯示得更清楚，但大部分的數(shù)據(jù)點(diǎn)都位于36.8?C至37?C之間。記錄的最寬溫度范圍是從36.6?C至37.2?C。