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技術(shù)文章
紅外熱像儀原理,歷史,應(yīng)用
- 點(diǎn)擊次數(shù)：963 發(fā)布時(shí)間：2014-11-2
紅外熱像儀
紅外熱像儀是利用紅外探測(cè)器和光學(xué)成像物鏡接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測(cè)器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場(chǎng)相對(duì)應(yīng)。通俗地講紅外熱像儀就是將物體發(fā)出的不可見(jiàn)紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢?jiàn)的熱圖像。熱圖像的上面的不同顏色代表被測(cè)物體的不同溫度。
歷史淵源
由來(lái)：1800年英國(guó)物理學(xué)家F. W. 赫胥爾發(fā)現(xiàn)了紅外線，紅外線是一種電磁波，它在電磁波連續(xù)頻譜中的位置是處于無(wú)線電波與可見(jiàn)光之間的區(qū)域。紅外線輻射是自然界存在的一種的電磁波輻射，它是基于任何物體在常規(guī)環(huán)境下都會(huì)產(chǎn)生自身的分子和原子無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，并不停地輻射出熱紅外能量，分子和原子的運(yùn)動(dòng)愈劇烈，輻射的能量愈大，反之，輻射的能量愈小。溫度在零度以上的物體，都會(huì)因自身的分子運(yùn)動(dòng)而輻射出紅外線。
的普朗克定律表明溫度、波長(zhǎng)和能量之間存在一定的關(guān)系，紅外總能量隨溫度的增加而迅速增加；峰值波長(zhǎng)隨溫度的增加向短波移動(dòng)。根據(jù)斯蒂芬·玻耳茲曼定律，當(dāng)溫度變化時(shí)，紅外總能量與溫度的四次方成正比，當(dāng)溫度有較小的變化時(shí)，會(huì)引起總能量的很大變化。
儀器介紹
簡(jiǎn)介
紅外熱像儀zui早是因?yàn)檐娛履康亩靡蚤_(kāi)發(fā)，近年來(lái)迅速向民用工業(yè)領(lǐng)域擴(kuò)展。自二十世紀(jì)70年代，歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家先后開(kāi)始使用紅外熱像儀在各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行探索。紅外熱像儀也經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)展成非常輕便的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試設(shè)備。由于測(cè)試往往產(chǎn)生的溫度場(chǎng)差異不大和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜等因素，好的熱像儀必須具備320*240像素、分辨率小于0.1℃、空間分辨率小、具備紅外圖像和可見(jiàn)光圖像合成功能等。由于紅外熱成像技術(shù)能夠進(jìn)行非接觸式的、高分辨率的溫度成像，能夠生成高質(zhì)量的圖像，可提供測(cè)量目標(biāo)的眾多信息，彌補(bǔ)了人類肉眼的不足，因此已經(jīng)在電力系統(tǒng)、土木工程、汽車、冶金、石化、醫(yī)療等諸多行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，未來(lái)的發(fā)展前景更不可*。
應(yīng)用
下面對(duì)紅外熱像儀的具體應(yīng)用情況向您作一個(gè)簡(jiǎn)單介紹：
輸電設(shè)備：接頭、絕緣子、夾板、跳線、高壓線、壓接套管、瓷瓶引線……變電系統(tǒng)：互感器、隔離開(kāi)關(guān)、空氣斷線器、油斷路器、少油量斷路器、避雷器、電容器、電抗器、變壓器、總線、套管、整流器、絕緣子、線夾、阻波器……配電系統(tǒng)：配電盤(pán)、開(kāi)關(guān)箱、變壓器、斷電器、接觸器、保險(xiǎn)絲、電纜……發(fā)電 廠：發(fā)電機(jī)碳刷繞組裝備、發(fā)電機(jī)、變壓器、油枕、發(fā)電機(jī)饋電線、電壓調(diào)節(jié)器、發(fā)電機(jī)馬達(dá)控制中心電盤(pán)、UPS……建設(shè)系統(tǒng)：檢查外墻空鼓、剝落、屋面滲漏、管道、熱橋、建筑節(jié)能研究、竣工驗(yàn)收等； 公路橋梁：可用于快速掃描公路裂紋、橋梁開(kāi)裂、滲漏檢查、瀝青攤鋪等； 冶金系統(tǒng)：用于大型高爐料面測(cè)定、熱風(fēng)爐的破損診斷和檢修等；高爐、鋼材成型加工和熱處理：焊接、鑄件、模具、煉鋼爐、轉(zhuǎn)爐、魚(yú)雷車、爐壁、金屬熱處里（退火、回火、淬火）、冷/熱軋鋼板、鋼卷線材等溫度量測(cè)監(jiān)控……石化系統(tǒng)：可用于保溫隔熱材料的破損診斷、加熱爐管的溫度分布測(cè)定等； 轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備：馬達(dá)、馬達(dá)碳刷、軸承、聯(lián)軸器、泵浦、汽機(jī)葉片、齒輪箱、驅(qū)動(dòng)齒輪、驅(qū)動(dòng)皮帶、聯(lián)軸器、射出成型機(jī)、柴油機(jī)、空壓機(jī)……機(jī)電系統(tǒng)：可用于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)試驗(yàn)研究、大型機(jī)電設(shè)備溫度分布監(jiān)測(cè)等；鍋爐反應(yīng)爐加熱爐：爐壁、爐管、煙囪、熱交換器、水泥旋窯……產(chǎn)品流程設(shè)備：安全閥、氣體/產(chǎn)品管路（保溫、保冷）、熱交換器、冷卻塔、桶槽、球槽、儲(chǔ)存槽、空氣干燥機(jī)、烘干機(jī)、冷凍器……電子產(chǎn)品：PC板熱分析、電子組件熱傳導(dǎo)測(cè)試、殼散熱測(cè)試、電路設(shè)計(jì)、環(huán)境評(píng)估……消防安保系統(tǒng)：可用于消防科研、火災(zāi)救人、安保、走私監(jiān)控等； 自然科學(xué)：采光、溫室效應(yīng)、沙塵暴、植物、采礦等；醫(yī)療：腫瘤、甲狀腺、糖尿病、非典、禽流感等；其它：玻璃、軍事、塑料、造紙、紡織、包裝、排污、電影廣告策劃……
選擇
怎樣選擇合適的紅外熱像儀
1.什么樣的像素滿足您的要求?
320*240=76,800?
在12米處測(cè)量的zui小尺寸是1*1cm
160*120=19,200?
在12米處測(cè)量的zui小尺寸是2*2cm
TH7700紅外熱像儀 低端低分辨率紅外熱像儀
320*240=76800個(gè)像素 160*120=19,200個(gè)像素
2、是否需要定量檢測(cè)
紅外熱像儀有兩種用途：
1、熱成像
2、測(cè)溫
評(píng)價(jià)紅外測(cè)溫能力叫做MFOV，主要有2種：一種是MFOV 為1，另外一種MFOV為3*3。
MFOV為1時(shí)，目標(biāo)*覆蓋了熱像儀的像素，像素接受的輻射只來(lái)自目標(biāo)，因此能準(zhǔn)確測(cè)量目標(biāo)溫度。而MFOV為9時(shí)，像素接收的輻射不只來(lái)自目標(biāo)，而且吸收目標(biāo)旁邊的和背后的輻射，就不能測(cè)得這么小目標(biāo)的準(zhǔn)確溫度。
然而這只是測(cè)量的極限，根據(jù)當(dāng)前的大部分FPA探測(cè)器技術(shù)，目標(biāo)在探測(cè)器上zui少要有 3 x 3 個(gè)像素才能確保準(zhǔn)確測(cè)量，這要求檢測(cè)時(shí)盡量靠近目標(biāo)或選用望遠(yuǎn)鏡頭. 如果目標(biāo)成像小于3x3個(gè)像素，則熱像儀顯示的溫度讀數(shù)是目標(biāo)的溫度值與也成像在這3x3個(gè)像素的目標(biāo)周圍物體（環(huán)境）溫度的平均值。
3、高空間分辨率的優(yōu)勢(shì)
高空間分辨率能夠得出準(zhǔn)確的溫度，低空間分辨率讀出的溫度只是發(fā)熱點(diǎn)周圍的平均溫度。在定量化檢測(cè)時(shí)候，溫度的正確與否非常重要！
4、穩(wěn)定性重復(fù)性對(duì)你是否重要
決定紅外熱像儀的因素主要有3個(gè)方面：
探測(cè)器、光學(xué)器件、電氣原器件，軍事級(jí)探測(cè)器的主要優(yōu)勢(shì)在哪里
a、主要有兩種探測(cè)器。氧化釩晶體和多晶硅。氧化釩晶體探測(cè)器的主要優(yōu)勢(shì)：
b、此探測(cè)器主要的優(yōu)勢(shì)是測(cè)溫視域MFOV（Measurement Field of View）為1,溫度測(cè)量是到1個(gè)像素點(diǎn)。Amorphous Silicon（多晶體硅）傳感器， MFOV為9，即每點(diǎn)的溫度是基于3×3=9個(gè)像素點(diǎn)平均而獲得。
c、溫度穩(wěn)定性好。
d、使用壽命長(zhǎng)
e、適合于遠(yuǎn)距離測(cè)試
5、是否在意報(bào)告處理的煩瑣？
如果紅外圖像和可見(jiàn)光圖像組合顯示就減少了大量工作，同時(shí)報(bào)告自動(dòng)生成也會(huì)大大減少操作時(shí)間。
6、是否需要延長(zhǎng)曝光時(shí)間？延長(zhǎng)曝光時(shí)間——專業(yè)照相的必然選擇
∑2、∑4、∑8、 ∑16等功能，特別在檢測(cè)北立面或者陽(yáng)光照不到的地方很有優(yōu)勢(shì)。使用了∑功能，增加了曝光時(shí)間，圖像更清晰，更容易發(fā)現(xiàn)缺陷部位。
7、是否需要強(qiáng)大的售后
a、是否需要現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試指導(dǎo)培訓(xùn)
b、專業(yè)的培訓(xùn)：
LEVEL1,
LEVEL2，
LEVEL3認(rèn)證課程培訓(xùn)。
使用
正確使用紅外熱像儀的方法和技巧
1）調(diào)整焦距
2）選擇正確的測(cè)溫范圍
3）了解zui大測(cè)量距離
4）僅僅要求生成清晰紅外熱圖像，還是同時(shí)要求測(cè)溫
5）工作背景單一
6）保證測(cè)量過(guò)程中儀器平穩(wěn)
1）調(diào)整焦距
您可以在紅外圖像存儲(chǔ)后對(duì)圖像曲線進(jìn)行調(diào)整，但是您無(wú)法在圖像存儲(chǔ)后改變焦距，也無(wú)法消除其他雜亂的熱反射。保證*時(shí)間操作正確性將避免現(xiàn)場(chǎng)的操作失誤。仔細(xì)調(diào)整焦距！如果目標(biāo)上方或周圍背景的過(guò)熱或過(guò)冷的反射影響到目標(biāo)測(cè)量的性時(shí)，試著調(diào)整焦距或者測(cè)量方位，以減少或者消除反射影響。（FoRD的意思是：Focus焦距，Range范圍, Distance距離）
2）選擇正確的測(cè)溫范圍
您是否了解現(xiàn)場(chǎng)被測(cè)目標(biāo)的測(cè)溫范圍？為了得到正確的溫度讀數(shù)，請(qǐng)務(wù)必設(shè)置正確的測(cè)溫范圍。當(dāng)觀察目標(biāo)時(shí)，對(duì)儀器的溫度跨度進(jìn)行微調(diào)將得到*的圖像質(zhì)量。這也將同時(shí)會(huì)影響到溫度曲線的質(zhì)量和測(cè)溫精度。
3）了解zui大的測(cè)量距離
當(dāng)您測(cè)量目標(biāo)溫度時(shí)，請(qǐng)務(wù)必了解能夠得到測(cè)溫讀數(shù)的zui大測(cè)量距離。對(duì)于非制冷微熱量型焦平面探測(cè)器，要想準(zhǔn)確地分辨目標(biāo)，通過(guò)熱像儀光學(xué)系統(tǒng)的目標(biāo)圖像必須占到9個(gè)像素，或者更多。 如果儀器距離目標(biāo)過(guò)遠(yuǎn)，目標(biāo)將會(huì)很小，測(cè)溫結(jié)果將無(wú)法正確反映目標(biāo)物體的真實(shí)溫度，因?yàn)榧t外熱像儀此時(shí)測(cè)量的溫度平均了目標(biāo)物體以及周圍環(huán)境的溫度。為了得到zui的測(cè)量讀數(shù)，請(qǐng)將目標(biāo)物體盡量充滿儀器的視場(chǎng)。顯示足夠的景物，才能夠分辨出目標(biāo)。與目標(biāo)的距離不要小于熱像儀光學(xué)系統(tǒng)的zui小焦距，否則不能聚焦成清晰的圖像。
4）僅僅要求生成清晰紅外熱圖像，還是同時(shí)要求測(cè)溫
這之間有什么區(qū)別嗎？一條量化的溫度曲線可用來(lái)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的溫度情況，也可以用來(lái)編輯顯著的溫升情況。清晰的紅外圖像同樣十分重要。但是如果在工作過(guò)程中，需要進(jìn)行溫度測(cè)量，并要求對(duì)目標(biāo)溫度進(jìn)行比較和趨勢(shì)分析，便需要記錄所有影響測(cè)溫的目標(biāo)和環(huán)境溫度情況，例如發(fā)射率，環(huán)境溫度，風(fēng)速及風(fēng)向，濕度，熱反射源等等。
5）工作背景單一
例如，天氣寒冷的時(shí)候，在戶外進(jìn)行檢測(cè)工作時(shí)，你將會(huì)發(fā)現(xiàn)大多數(shù)目標(biāo)都是接近于環(huán)境溫度的。當(dāng)在戶外工作時(shí)，請(qǐng)務(wù)必考慮太陽(yáng)反射和吸收對(duì)圖像和測(cè)溫的影響。因此，有些老型號(hào)的紅外熱像儀只能在晚上進(jìn)行測(cè)量工作，以避免太陽(yáng)反射帶來(lái)的影響。
6）保證測(cè)量過(guò)程中儀器平穩(wěn)
現(xiàn)在所有的長(zhǎng)波NEC紅外熱像儀都可以達(dá)到60Hz幀頻速率，因此在拍攝圖像過(guò)程中，由于儀器移動(dòng)可能會(huì)引起圖像模糊。為了達(dá)到的效果，在凍結(jié)和記錄圖像的時(shí)候，應(yīng)盡可能保證儀器平穩(wěn)。當(dāng)按下存儲(chǔ)按鈕時(shí)，應(yīng)盡量保證輕緩和平滑。即使輕微的儀器晃動(dòng)，也可能會(huì)導(dǎo)致圖像不清晰。推薦在您胳膊下用支撐物來(lái)穩(wěn)固，或?qū)x器放置在物體表面，或使用三腳架,盡量保持穩(wěn)定。
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