| 自然界中的一切物體，只要它的溫度高于溫度（-273℃）就存在分子和原子無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，其表面就不斷地輻射紅外線。紅外線是一種電磁波，它的波長范圍為0.78 ~ 1000um，不為人眼所見。紅外成像設(shè)備就是探測這種物體表面輻射的不為人眼所見的紅外線的設(shè)備。它反映物體表面的紅外輻射場，即溫度場。
注意：紅外成像設(shè)備只能反映物體表面的溫度場。 對于電力設(shè)備，紅外檢測與故障診斷的基本原理就是通過探測被診斷設(shè)備表面的紅外輻射信號(hào)，從而獲得設(shè)備的熱狀態(tài)特征，并根據(jù)這種熱狀態(tài)及適當(dāng)?shù)呐袚?jù)，作出設(shè)備有*及故障屬性、出現(xiàn)位置和嚴(yán)重程度的診斷判別。
為了深入理解電力設(shè)備故障的紅外診斷原理，更好的檢測設(shè)備故障，下面將初步討論一下電力設(shè)備熱狀態(tài)與其產(chǎn)生的紅外輻射信號(hào)之間的關(guān)系和規(guī)律、影響因素和DL500E的工作原理, 紅外輻射的發(fā)射及其規(guī)律:
（一） 黑體的紅外輻射規(guī)律
所謂黑體，簡單講就是在任何情況下對一切波長的入射輻射吸收率都等于1的物體，也就是說全吸收。顯然，因?yàn)樽匀唤缰袑?shí)際存在的任何物體對不同波長的入射輻射都有一定的反射（吸收率不等于1），所以，黑體只是人們抽象出來的一種理想化的物體模型。但黑體熱輻射的基本規(guī)律是紅外研究及應(yīng)用的基礎(chǔ)，它揭示了黑體發(fā)射的紅外熱輻射隨溫度及波長變化的定量關(guān)系。
下面，我著重介紹其中的三個(gè)基本定律。
1． 輻射的光譜分布規(guī)律-普朗克輻射定律
一個(gè)溫度為T（K）的黑體，單位表面積在波長λ附近單位波長間隔內(nèi)向整個(gè)半球空間發(fā)射的輻射功率（簡稱為光譜輻射度）Mλb （T）與波長λ、溫度T滿足下列關(guān)系：
Mλb （T）=C1λ-5[EXP（C2/λT）-1]-1
式中C1-*輻射常數(shù)，C1=2πhc2=3.7415×108w·m-2·um4
C2-第二輻射常數(shù)，C2=hc/k=1.43879×104um·k
普朗克輻射定律是所有定量計(jì)算紅外輻射的基礎(chǔ)，介紹起來比較抽象，這里就不仔細(xì)講了。 2． 輻射功率隨溫度的變化規(guī)律-斯蒂芬-玻耳茲曼定律
斯蒂芬-玻耳茲曼定律描述的是黑體單位表面積向整個(gè)半球空間發(fā)射的所有波長的總輻射功率Mb（T）（簡稱為全輻射度）隨其溫度的變化規(guī)律。因此，該定律為普朗克輻射定律對波長積分得到：
Mb（T）=∫0∞Mλb（T）dλ=σT4
式中σ=π4C1/（15C24）=5.6697×10-8w/（m2·k4），稱為斯蒂芬-玻耳茲曼常數(shù)。
斯蒂芬-玻耳茲曼定律表明，凡是溫度高于開氏零度的物體都會(huì)自發(fā)地向外發(fā)射紅外熱輻射，而且，黑體單位表面積發(fā)射的總輻射功率與開氏溫度的四次方成正比。而且，只要當(dāng)溫度有較小變化時(shí)，就將會(huì)引起物體發(fā)射的輻射功率很大變化。
那么，我們可以想象一下，如果能探測到黑體的單位表面積發(fā)射的總輻射功率，不是就能確定黑體的溫度了嗎？因此，斯蒂芬-玻耳茲曼定律是所有紅外測溫的基礎(chǔ)。
3． 輻射的空間分部規(guī)律-朗伯余弦定律
所謂朗伯余弦定律，就是黑體在任意方向上的輻射強(qiáng)度與觀測方向相對于輻射表面法線夾角的余弦成正比，如圖所示
Iθ=I0COSθ
此定律表明，黑體在輻射表面法線方向的輻射zui強(qiáng)。因此，實(shí)際做紅外檢測時(shí)。應(yīng)盡可能選擇在被測表面法線方向進(jìn)行，如果在與法線成θ角方向檢測，則接收到的紅外輻射信號(hào)將減弱成法線方向zui大值的COSθ倍。
（二） 實(shí)際物體的紅外輻射規(guī)律
1． 基爾霍夫定律
物體的輻射出射度M（T）和吸收本領(lǐng)α的比值M/α與物體的性質(zhì)無關(guān)，等于同一溫度下黑體的輻射出射度M0（T）。其表明，吸收本領(lǐng)大的物體，其發(fā)射本領(lǐng)大，如果該物體不能發(fā)射某一波長的輻射能，也決不能吸收此波長的輻射能。 2． 發(fā)射率
實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)際物體的輻射度除了依賴于溫度和波長外，還與構(gòu)成該物體的材料性質(zhì)及表面狀態(tài)等因素有關(guān)。這里，我們引入一個(gè)隨材料性質(zhì)及表面狀態(tài)變化的輻射系數(shù)，則就可把黑體的基本定律應(yīng)用于實(shí)際物體。這個(gè)輻射系數(shù)，就是常說的發(fā)射率，或稱之為比輻射率，其定義為實(shí)際物體與同溫度黑體輻射性能之比。
這里，我們不考慮波長的影響，只研究物體在某一溫度下的全發(fā)射率：
ε（T） = M（T）/M0（T）
則斯蒂芬-玻耳茲曼定律應(yīng)用于實(shí)際物體可表示為：
M（T） =ε（T）.σT4
（三） 發(fā)射率及其對設(shè)備狀態(tài)信息監(jiān)測的影響
物體對于給定的入射輻射必然存在著吸收、反射和透射，而且吸 收率α，反射率ρ和透射率τ之和必然等于1：
α+ρ+τ=1
而且，其反射和透射部分不變。因此，在熱平衡條件下，被物體吸收的輻射能量必然轉(zhuǎn)化為該物體向外發(fā)射的輻射能量。由此可斷定，在熱平衡條件下，物體的吸收率必然等于該物體在同溫度下的發(fā)射率：
α（T）=ε（T）
其實(shí)由基爾霍夫定律，我們也可以推斷出以上公式：
M（T）/ α（T）=M0（T）
ε（T）
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