人体表皮肤的红外发射率测试评估技术研究(2)
由于红外辐射存在普遍性,决定了红外测温应用的广泛性。但是想要通过红外测技术得知物体表面温度, 做出精确判断的前提是要准确的知道人体表皮的红外发射率的数值,由此,物体的红外发射率必须被准确的知道.国内外学者对于人体表皮的红外测量技术的研究不断进行着改进和创新.,因此研究物体材料的红外发射率,对于红外测温技术的准确性是十分重要的前提和保证.
同样,人体表皮肤的红外发射率的研究对于医疗领域,快速非接触测量人体温度,判别病变组织方面有着十分重要的意义.
1.2 本次论文主要工作
人体皮肤发射率测量技术是材料发射率测量技术下的一个部分,目前国内外的测量方法层出不穷,国际上也没有一个统一的标准,但是由于红外技术的发展,如何准确,快速测定材料发射率成为一个热点问题,使得红外发射率的测量及评估变得十分重要.
本次毕业设计主要需要查阅国内外有关发射率测量和人体皮肤红外发射率测量方面的文献和资料,对国内外有关人体表皮肤发射率测量方面的发展和进展有较为全面的了解.掌握有关发射率测量方面的方法和原理,并且结合学校的实验条件,自己设计一套实验方案,选取多个个体,对人体表皮肤的红外发射率进行测量.并且就有关误差进行分析.对于可能影响人体表皮肤红外发射率的各个因素进行讨论和分析,最后得出自己的研究结论,并和国内外有关研究结论对比,对人体表皮肤红外发射率的特性有较好的认识.
2 发展和现状
2.1 发展背景
1800 年,英国物理学家F. W. 赫胥尔从热的观点来研究各种色光时,发现了红外线。当时他称之为“不可见之光”。之后,人们花了一百多年的时间认识红外辐射的电磁本质,并建立了热辐射的基本规律,为红外技术的应用奠定了理论基础。随着光学技术、半导体技术、电子技术的不断发展,红外技术也日趋完善,其中红外测温技术也形成了完整的理论并成功地应用于医学、工农业、矿业等领域。
物体都会因自身的分子运动而辐射出红外线,红外测温是利用物体的热辐射原理来测量物体的温度。通过红外探测器将物体辐射的能量吸收后转换成电信号,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,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图像成像和测量物体的温度。红外辐射的基本依据是斯特藩—玻耳兹曼、普朗克等人的黑体辐射定律。黑体是一种理想物体,它们在相同的温度下都发出同样的电磁波谱,而与黑体的具体成分和形状等特性无关。斯特藩和玻耳兹曼通过实验和计算得出黑体辐射定律:
式中: ———温度为T 时,单位时间从黑体单位面积上辐射出的总辐射能,称为总辐出度; —斯特藩- 玻耳兹曼常量; T —物体温
上式是黑体的热辐射定律。实际物体(非黑体) 的辐射定律一般比较复杂,需借助于黑体的辐射定律来研究。设被测物体的温度为T 时,总辐出度为M 等于黑体在温度为TF 时的总辐出度MO ,即:
, 化简可以得到:
其中ε为发射率,从公式中可以看到,利用红外测温技术来确定物体材料表面的温度,首先是必须准确的了解到物体材料的发射率,否则之后的一系列测量措施都是没有意义的.因此,准确测量物体的发射率是十分重要的.由此,对于材料发射率的测量技术的研究和创新一直受到了国内外的研究者的极大关注.
2.2 发射率测量技术的发展及现状
2.3 发射率测量技术特点
材料发射率测量已经经历了吹冰七十年的发展过程。综上所述，有以下4 个特点：(1) 多种方法并存， 没有一种测量方法能够取得主导地位；(2) 没有国际(国家)的标准建立，缺乏国际之间的比对，缺乏权威数据库的建立；(3) 很少有商业化(标准)的设备出售；(4) 整体测试水平不高。但由于对于发射率测量这方面近年来又有了迫切的需求,因此各种改良和创新的方案被不段提出.