红外热像技术在服装热舒适性中的应用

[摘要]本文阐述了红外探测机理及将红外热像技术应用于服装热舒适性的原理，并通过实验介绍了具体的应用方法。综述了红外热像技术在服装热舒适性方面的应用，指出其是评判服装热舒适性能的重要工具之一。[关键词]红外热像仪;服装;热舒适性;热阻1服装热舒适性的基本指标及测试方法早在20世纪50年代，生理学家对服装的舒适性进行了研究，认为在人体—服装—环境的系统中，人体要保持恒定的体温。当外界环境条件发生变化时，人体可以通过改变自身的热湿条件进行调节，保持人体与环境的热湿平衡。但人体的生理调节范围很窄，当外界气候条件的变化超出生理调节范围时，服装就成为必要的生理调节手段。 服装的功能还体现在各种气候和生理条件下，在人体与环境之间起到热传导和热阻的作用，保证人体的热湿条件在人体的生理调节范围内。有时人体在流汗的条件下散热，这种情况下服装的湿传递性能就显得更重要，即服装的防潮性能；有时在无汗的情况下也发生热传递，这种情况下服装的热阻是判断服装舒适性能的重要指标。它的导热性是人体向周围环境散热或从周围环境获取热量的主要途径。 对于热传导，21、可直接利用傅氏热传导定律，推导出单位面积（m2）和单位时间（h）的导热量，即热通量q为： q=Q/At=λ△T/d=△Tλ/d，即R=△T/q 其中：q—织物热通量（J/m2•h） Q—织物热导率（J） At—织物导热面积与传热时间的乘积（m2•h） λ—导热系数（J/m•h℃） △T—织物内外表面温差（℃） d—织物厚度（m） R=d/λ，称为热阻（℃•m2•h/J）或（℃•m2/W） 热阻与热导率是对同一事物可传递性的互补描述方法。

织物的传热性能是影响服装保温性能的主要因素，测试方法很多，例如恒温法、降温速率法、平板法等，下文中我们将上述仪器统称为温度计。在服装热传递性能研究中，用温度温度计测量服装热阻，以热阻的大小判断织物的保温性能是常用的方法。服装材料和服装的保温特性就是在存在温度梯度的情况下，阻止热量从高温侧向低温侧传递，因此在上述实验中，根据热阻R=△T/q，用仪器测得两侧温差与传热量，即可计算出热租金。从上述实验中我们可以看出，在实验和数据研究中，温度计存在以下致命的缺点：对于温度测量，无法得到准确的表面温度，更无法截取更高温； 而且由于空气层和对流的问题，我们无法精确地测量单位面积(m2)和单位时间(h)的导热量，也就是热流量q，所以所得到的数据有它的缺陷。其它缺陷还有如温度的测量是在稳定状态下固定的单一研究，是对某一点的片面判断，造成数据的诸多局限性或不完整性；不可能测试所有的表面温度，更不可能截取更高温度；测发热量时很难确定，所以热电阻结果不稳定；仪器拍摄不是很灵活，受到各种条件的制约；数据的处理完全靠实验者自己的计算等。针对热电阻测量中的这些不足，可以尝试采用红外测温技术来弥补以上不足。

因此我们介绍一种新技术，即红外热像技术。2红外探测机理红外线是一种与无线电波和可见光性质相同的电磁波，红外辐射是自然界中分布最广泛的电磁波辐射，它是基于任何物体在正常情况下分子、原子的无规则运动，不断地向外辐射热红外能量。分子、原子运动越剧烈，辐射能量越大，反之亦然。凡是温度在绝对零度以上的物体，都在向周围空间不断地发射红外辐射能量。物体红外辐射能量的大小及其波长的分布与其表面温度有着密切的关系。所以，通过测量物体本身辐射出的红外能量，就能够准确地测定出它的表面温度，这是红外辐射测温的客观基础。

红外热像仪主要分为扫描式和非扫描式，制冷式和非制冷式，如图1所示。笔者使用的是DL-700C红外热像仪，如图2所示。它具备红外热像仪的所有优点：2.1测温准确，图像清晰，快速易用。操作简便的按键和操纵杆，可控制热像仪所有功能。一键实现自动对焦、冻结、存储图像。

2.2屏幕可以持续提供热像仪各项功能的状态信息，包括电池使用状态、存储容量和通讯状态等。 2.3便捷的图像存储。存储全屏数据的格式文件，这些图像存储在具有数字连接的可移动闪存卡上。 2.4自动报告生成功能。全屏数据的红外热图像可以方便地下载并集成到新版本的软件中，使用户可以轻松创建专业的测试报告。 3红外热像技术在服装热舒适性中的应用 红外热像仪以高清、高灵敏度的伪彩色图像显示物体表面的红外热谱，通过分析服装表面温度场来探究服装的保温能力。另外，红外热像仪可以存储图像和语音，以供存档和计算机分析，满足了服装行业对物体表面温度场的分析。服装各个部位对应的红外辐射强度不同，即对应的表面温度也不同。 如果把物体各点的温度记录下来，形成现场分布图像，它的分布图像就可以清晰的看到，再经过软件处理。用红外热像仪扫描紧贴皮肤表面的织物温度，这样织物与皮肤之间就没有空气层，可以把影响织物与皮肤表面空气层的因素降到更低。将扫描的温度图像显示出来后，截取更高温值，因为对于同一种织物来说，更高温代表了织物与皮肤表面比较贴合的地方，最能体现织物的性能；对于不同的织物，只有截取更高温，才能进行最有效的比较。用红外判断织物保暖性的原理就是用红外扫描紧贴皮肤表面的织物温度，选取更高温值作为标准，比较更高温与 *** 皮肤表面平均温度的差值，即△T=Ts-Tcl（Ts代表皮肤温度，Tcl代表服装表面温度）。 △T越大，隔热值越小，导热性能越好；反之，△T越小，隔热值越大，导热性能越差。如图3所示。

4 红外热像仪应用于服装的实验操作 下面我们来介绍如何利用红外热像仪进行织物的保温性能实验。图4为实验的测试条件。图5为实验的8种织物。如下图所示。

以上8种面料对应表1：

在恒温恒湿条件下，将8种织物制成袖套覆盖在手臂上，待织物表面温度稳定后，利用红外热像仪分析比较织物表面温度的变化情况。之所以将织物制成袖套覆盖在人体上，是因为袖套与人体的贴合性更好，测得的温度更准确，也降低了实验难度，织物性能测试更快捷。实验步骤如下：4.1首先利用红外热像仪拍摄 *** 手臂的照片(图6)夏季服装舒适度影响因素，然后将照片导入计算机，利用红外图像处理软件对 *** 手臂表面的皮肤温度进行分析：在 *** 手臂的皮肤表面选取一块区域，利用红外图像处理软件分析选取区域内的更高温度值Ts；

4.2将待测试织物制成袖套覆盖在手臂上，待织物表面温度稳定后，用红外热像仪拍照（图7），将图片导入计算机，利用红外图像处理软件分析覆盖皮肤的织物表面温度：选取织物紧贴皮肤表面的区域，利用红外热像仪分析选取区域内的更高温度值Tcl；

根据红外线判断织物保暖性能的原理△T=Ts-Tcl，可得到如下数据（表2）：

通过分析以上图表，我们可以得到织物保暖性的对比情况。E100％尼龙>D40％尼龙/60％天丝>B35％粘胶/65％天丝>A40％粘胶/60％天丝>F100％涤纶>C45％涤纶/55％天丝>H100％棉>G100％粘胶5结语红外热成像技术与温度测温仪相比，有着不可比拟的优势：5.1红外热成像可以扫描服装表面温度；并且能够获得表面温度的温度场图像，判断整体的温度分布，可以清晰地判断服装各个部位的保暖性，对夏季服装尤其有效。5.2红外热成像可以通过直接扫描最靠近皮肤部位的更高温度来比较服装的热阻，判断服装的热阻大小。5.3红外热成像灵活，对实验条件要求低。 5.4红外热像扫描数据丰富，可以精确扫描任意部位。5.5红外热像有丰富的数据处理软件，包括测量区域内的更低温、更高温、平均温度等，还可以采用多点测温、区域测温、线测温等方式测量。通过理论分析和实际测试证明，虽然红外与透湿性没有关系，但从热阻的角度看，利用红外热像技术对服装进行实验，利用计算机技术对其进行科学分析是一种有效的方法。由于红外线的发展，红外线的应用越来越广泛，比如我们对羽绒服里面的羽绒进行测试，可以了解人体服装各部位舒适度的差异等，使其在服装行业得到更广泛的应用。随着红外热像技术的不断完善，拍摄的具体数据处理更加合理，在服装上可以获得更多新的应用。