人体表皮肤的红外发射率测试评估技术研究

人体表皮肤的红外发射率测试评估技术研究 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 人体表皮肤的红外发射率测试评估技 术研究 摘要通过红外测温技术测量物体的温度，其材料表面红外发射率必须知道。因此，红外发射率的研究工作一直在不段创新和改善。而红外测温技术其中一块重要的应用就在于医疗领域，同样的，为了研究人类皮肤的发射,其表面皮肤的发射率必须被人们知道。本次实验使用了红外热成像仪，对两副不同情况的图像进行拍摄:其一是没有黑体投射，另外一幅是在相同条件下使用黑体投射产生的图像。这两副图像的差值图像只包含了反射的红外辐射，应用基尔霍夫定律和亥姆霍兹关系，可以通过简单的计算得出红外发射率。最后，实验结果表明人体皮肤在8-14um波段的红外发射率和黑体是近似的关键词:关键字:发射率,人类表皮,红外线10926 毕业设计说明书,论文,英文摘要 1 / 14 Title The infrared emissivity of the skin of the human body table Test and Evaluation Technology Abstract Using Infrared temperature measurement techniques to measure the temperature of the object, the infrared emissivity of its surface must be known. So the the research work of infrared emissivity has been not of innovation and improve. An important application of infrared temperature measurement technology which is the medical field, for the launch of the study of human skin, the surface of the skin emissivity must be know. This experiment using the infrared thermal imager, shooting images of two different situations: One without the blackbodyprojection, another one is generated under the same conditions using the blackbody projection image. The difference between the image of the two vice image contains only the reflection of infrared radiation, application of Kirchhoff's law and Helmholtz relationship, infrared emissivity can be obtained by simple calculation. Finally, experimental results show that human ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ skin is the approximate measurement of body temperature by infrared thermometry, in the 8-14um band infrared emissivity and blackbody infrared emissivity of its surface must know. Kirchhoff's law and Helmholtz relationship, infrared emissivity can be obtained by simple calculation. Finally, experimental results show that human skin in the 8-14um band infrared emissivity is just like the blackbody. 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 3 / 14 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 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 层出不穷,国际上也没有一个统一的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ,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 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,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 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,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. ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 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。 材料的热辐射特性在不同波长及不同方向上不同，因此，按波长范围可分为光谱(或单色)及全波长发射率，按发射方向可分为方向、法向及半球发射率。 根据不同的测量原理，通常将发射率测量方法分为量热法、反射率法、辐射能量法和多波长测量法等. 5 / 14 下面就此类分类方法简单介绍各个方法. 量热法 量热法按热流状态可分为稳态法及瞬态法。其基本原理是:被测样品与周围相关物体共同组成一个热交换系统，根据传热理论推导出系统有关材料发射率的传热方程，再测出样品有关点的温度值，就能确定系统的热交换状态，从而求出样品发射率。 稳态量热法 Worthing 于1941 年就提出了测量全波长半球发射率的最为简便的稳态量热法——— 灯丝加热法。Richmond(1960 年)、Howl(1962 年)及Cezairliyan(1970年)等也采用了类似方法。直到近年来，仍然有人采用该方法测量材料的发射率。在装臵很精密、且经过仔细调试后，总测量精度可达2,。该方法的测量温度范围比较宽，为-50~1 000 ?。但只能测试全波长半球发射率，不能测量光谱或定向发射率，此外，样品制作麻烦，测试时间长,但由于装臵简单、测试温度范围较宽、准确度高等优点而得到广泛使用。 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 瞬态量热法 瞬态量热法是采用瞬态加热技术(如激光、电流等)，使试样的温度急剧升高，通过测量试样的温度、加热功率等参数， 再结合辅助设备测量物体的发射率。早在20 世纪60 年代Ramanathan 等人用此方法测定了各种温度范围的铜、铝、银、钨及不锈钢的全波长半球发射率。此方法设备比较简单，但测温上限低。20 世纪70 年代以后， 美国NIST ( 原NBS) 的Cezairliyan 等人首先建立了基于积分球反射计法的脉冲加热瞬态量热装臵，用于包括材料发射率在内的8个热物性参数的测试。之后， 意大利国家计量院的Righini 等人也建立了类似的设备， 并开始了与NIST长达30 多年的国际比对合作实验，发表了大量文章。20 世纪90 年代以后，NIST 的Cezairliyan 等人又研制了偏振光反射计(DOAP)用于瞬态量热装臵中材料发射率测量,使该测量技术几乎达到了完善的程度。近年来， 日本NMIJ, 原NRLM, 的Matsumoto、奥地利Graz 科技大学、奥地利铸造研究所等单位，引进了美国CRI 的DOAP， 建立了脉冲加热热物性测量装臵。此方法 7 / 14 的优点是:设备相对简单，测量速度快，测温上限高(4 000?以上)，可同时测量多项参数，且测量精度较高,缺点是只能测量导体材料。 激光偏振法 20 世纪90 年代， 美国NIST 的Nordince 博士提出利用激光偏振法测量棒状试样发射率的方法，测量精度优于5%， 测量时间小于0.3 s，但只能测量光滑表面的材料发射率。 能量法 能量法的基本原理是直接测量样品的辐射功率，根据普朗克或斯忒藩,玻耳兹曼定律和发射率定义计算出样品表面发射率值。由于目前辐射的绝对测量尚难达到较高精度，故通常采用能量比较法，即在同一温度下用同一探测器分别测量绝对黑体及样品的辐射功率，两者之比就是材料的发射率值。从20 世纪60 年代开始，国内外学者就开始了该方法的研究， 探测器 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 分别为无波段选择的绝对辐射计、热电堆、单个波段的光电探测器或分光光度计等，到近年来国内外广泛采用傅里叶分析光谱仪进行测量。优点是测量的光谱范围较宽，约为2~28 μm，温度范围为室温至3 000 ?。 20 世纪90 年代以来，由于傅里叶分析光谱仪的发展和广泛应用，很多学者采用其构成了光谱发射率测量系统和装臵。为了提高光谱发射率的测量精度和光谱测量范围，1998 年，Bauer 等人在原有的棱镜式单色仪测量发射率装臵基础上又增加了利用傅里叶红外光谱仪测量。该装臵的光谱发射率测试范围0.4~25 μm， 温度范围为100~1 500 ?， 测量时间约1 min， 分辨率优于0.2 μm。对陶瓷材料的光谱测量范围为0.8~25 μm，温度范围为100~1 200 ?，相对不确定度为5.8%左右。为了对试样的半球全发射率进行测量，B. zhang等人设计了一套基于傅里叶红外光谱仪的测量装臵，该装臵的波长测量范围为0.6 ~9.6 μm， 温度范围为400,1 000 K，测试环境温度范围为0~300 K。 9 / 14 美国宾夕法尼亚大学的Modest 等人研制的基于傅里叶红外光谱仪的光谱发射率测量装臵也很新颖其光谱测量范围为1 ,20 μm， 温度上限可以达到1 550 ?， 美国NIST 最近研制了集成式热辐射性能测试系统。此套集成式测试系统采用傅里叶红外光谱分析技术可以对各种黑体源和材料的光谱发射率进行测试评价，现阶段该系统所覆盖的光谱范围为1,20 μm， 测量温度范围为600,1 400 K， 主要对透明材料进行测量。傅里叶光谱仪采用了MCT 和Si 探测器，使光谱范围从0.6 μm 可以扩展到25 μm。采用了石墨直接加热技术，使试样温度可以控制在60~1 500 ?内。配臵了两个参考黑体炉:高温黑体(500~1 500 ?) 和低温平面黑体(60~500 ?)，并对 测量系统的杂散辐射和非线性进行了校正和补偿。。 2.4 人体皮肤发射率测量技术的发展和现状 对于人体表皮红外发射率的测量虽然在原理上和其他材料的测量相同,但由于人体皮肤的特殊性,很多方法并不适用.比如,你无法用积分球对人体表皮的红外 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 发射率进行测量,那样需要你将皮肤割下来作为样品放臵到积分球中去,这样皮肤因为离开了人体其特性可能导致其特性发生了改变,造成红外发射率的测量错误,同样,你也不能使用高强度的激光或者加热等手段进行测量,这样显然会对人体造成很大的伤害.同时由于人种,或者个体的差异,人体皮肤是否在所有波段的发射率都相同,这需要做出多次的实验才能得出结论.因此测量方法在可操作性和可重复性上的要求也很高.因此,不断有方法被提出,对各个波段下的人体皮肤的红外发射率进行尽可能精确的测量. 长久以来,人们关于人体表皮的红外发射率的测量结果进行了讨论,包括使用不同的材料和方法去测量皮肤的发射率之间的异同, 哈代,在他的实验中,设计了自己的测量装臵然后发现了皮肤可以被作为是一种黑体进行研究.米切尔等人计算了基于在皮肤和热辐射计之间的辐射热转化率这一事实的皮肤发射率,发现它不仅取决皮肤的温度,同样也取决辐射计的温度.这些作者测量了相对于一个锥形的黑体的皮肤发射率.Steketee 使用一个单色仪去测量发射率,最终他发现,在红外波段介于1到14微米之间.人体皮肤的发射 11 / 14 率接近于一个黑体.他的结果提出了发射率和波长的关系.安德森和PARRISH研究了皮肤的散射和紫外吸收系数和从250到2400nm之间的近红外的吸收系数(NIR),然后得出了一个结论:皮肤可以被看作是一个黑体. ,Togawa使用反射法测量了皮肤发射率..为了实现这点,他用两个不同色温的机械开关进行控制,皮肤的辐射的改变是由一个高分辨率辐射仪 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 ，它在8至14微米的范围内敏感.然后, 他用曲线拟合和推断，以弥补发生在他的试验中的皮肤温度的增量造成的误差. 博伊兰等人测量伤口的发射率使用类似Togawa使用的仪器测量的发射率，唯一的区别是，这些人使用冷色温(大约在零摄氏度)来代替一个暖色温. 还有一种方法测量表皮的发射率通过调节可控制的红外辐射计的发射率直至它的温度读数和接触式温度计的度数相等.在此过程中,虽然看似简单,但是它不仅依赖于校准,精确度,红外温度计的灵敏度,而且也依赖于测量的可重复性.这些正是此过程的不便之处 Hardy和Muschenheim使用在黑体经过透镜后对皮 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 肤照射,然后分别使用红外成像仪对照射前后的图像进行对比,最后使用差分图像,得出了相同的结论,皮肤在黑体照射下的发射率大约为98.91%,之后Francisco J. Sanchez-Marin Sergio Calixto-Carrera Carlos Villaseñor-Mora等人对这种方法做出了改进没他们使用了激光束进行投射,这样使得精确的测量每一个波长的皮肤发射率成为了可能,实验数据也再次证明了之前人们的发现,人体皮肤和黑体十分相似. 现在,人体皮肤红外发射率的测量更多的朝非接触测量方向发展,同时由于激光技术的日趋成熟,能够很准确的确定某一个波长的皮肤红外发射率.红外探测器的精度也有了很大的提高,现在很多探测器已经能够精确到小数点后3位甚至更多. 本次对人体皮肤红外发射率的测量方法设计,综合考虑了实验条件,实验的可重复性,结合了所能查阅的有关文献资料,加入了自己的理解,设计了一套基于使用差分图像计算红外发射率的方案. 3 测量方法的设计 13 / 14 3.1 影响红外发射率的因素 发射率定义为实际物体与同温度黑体辐射性能之比，引入一个随材料性质及表面状态变化的辐射系数，则就可把黑体的基本定律应用于实际物体。因为自然界中实际存在的任何物体对不同波长的入射辐射都有一定的反射，所以黑体只是人们抽象出来的一种理想化的物体模型。这个辐射系数，就是常说的发射率。通过资料的查询得知，影响红外发射率大小的因素有以下几种: