紅外線熱像儀是利用紅外線探測(cè)器、光學(xué)成像物鏡和光機(jī)掃描系統(tǒng)(目前先進(jìn)的焦平面技術(shù)省去了光機(jī)掃描系統(tǒng))，將被測(cè)目標(biāo)的紅外線輻射能量分布圖形反映到紅外線探測(cè)器的光敏元上，在光學(xué)系統(tǒng)和紅外線探測(cè)器之間，有一個(gè)光機(jī)掃描機(jī)構(gòu)(焦平面熱像儀沒(méi)有這個(gè)機(jī)構(gòu))對(duì)被測(cè)物體的紅外線熱像進(jìn)行掃描，并將其集中在單元或分光探測(cè)器上，通過(guò)探測(cè)器將紅外線輻射育專轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)放大處理、轉(zhuǎn)換或標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)通過(guò)電視屏幕或監(jiān)控器顯示紅外線熱像圖。這類熱像圖與物體表面的熱分布場(chǎng)相對(duì)應(yīng);實(shí)質(zhì)上，被測(cè)目標(biāo)物體各部分紅外輻射的熱像分布圖由于信號(hào)很弱，與可見(jiàn)光圖像相比，缺乏層次感和立體感，因此，在實(shí)際動(dòng)作過(guò)程中，為了更有效地判斷被測(cè)目標(biāo)的紅外線熱分布場(chǎng)，經(jīng)常采取一些輔助措施，如圖像亮度、對(duì)比度、對(duì)比度等。
紅外熱像儀的發(fā)展
英國(guó)物理學(xué)家F.W.赫胥爾于1800年發(fā)現(xiàn)了紅外線，從此為人類應(yīng)用紅外技術(shù)開(kāi)辟了廣闊的道路。二戰(zhàn)期間，德國(guó)人以紅外線變像管為光電轉(zhuǎn)換器件，開(kāi)發(fā)了王動(dòng)式夜視儀和紅外線通訊設(shè)備，為紅外線技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
經(jīng)過(guò)三次世界大戰(zhàn)，美國(guó)德克薩蘭儀器有限公司經(jīng)過(guò)近一年的探索，開(kāi)發(fā)了第一代用于軍事領(lǐng)域的紅外線成像裝置，稱為紅外線尋視系統(tǒng)(FLIR)，用光學(xué)機(jī)械系統(tǒng)對(duì)被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行紅外輻射掃描。光子探測(cè)器接收2D紅外輻射跡象，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換和一系列儀器處理形成視頻圖像信號(hào)。這種系統(tǒng)和原始形式是一種非實(shí)時(shí)自動(dòng)溫度分布記錄儀。后來(lái)，隨著5000年代銻化閉合物和鍺汞光子探測(cè)器的發(fā)展，高速掃描和實(shí)時(shí)顯示目標(biāo)熱圖像的系統(tǒng)開(kāi)始出現(xiàn)。
20世紀(jì)60年代初，瑞典AG&公司開(kāi)發(fā)了一種成功的第二代紅外線成像裝置，在紅外線尋視系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了溫度測(cè)量功能，稱為紅外線熱像儀。
最初，由于保密的原因，在發(fā)達(dá)國(guó)家也局限于軍事，投入使用的熱成像裝置可以在夜間或濃濃的云霧中探測(cè)對(duì)方的目標(biāo)，探測(cè)偽裝和高速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)。由于國(guó)家資金的支持，研發(fā)和開(kāi)發(fā)成本高，儀器成本高。考慮到工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中的實(shí)用性和結(jié)谷工業(yè)紅外探測(cè)的特點(diǎn)，采用壓縮儀器成本。降低生產(chǎn)成本，根據(jù)民用要求，通過(guò)降低掃描速度，提高圖像分辨率等措施逐漸發(fā)展到民用領(lǐng)域。
20世紀(jì)60年代中期，AcA公司開(kāi)發(fā)了第一套工業(yè)實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)(THV)。該系統(tǒng)由液氮制冷，重約385公斤，重約385公斤。因此，使用中的便攜性很差。經(jīng)過(guò)幾代人的改進(jìn)，1986年開(kāi)發(fā)的紅外熱像儀不再需要液氦或高壓氣體，而是通過(guò)熱電制冷，可以用電池供電。1988年推出的全功能熱像儀集溫度測(cè)量、修改、分析、圖像收集和儲(chǔ)存于一體，重量小于7公斤，儀器的功能、精度和可靠性明顯提高。
20世紀(jì)90年代中期，美國(guó)rSI公司首次開(kāi)發(fā)了一種由軍事技術(shù)(FPA)轉(zhuǎn)移到民用和商業(yè)化的新型紅外熱像儀(CCD)屬于焦平面陣列結(jié)構(gòu)的凝結(jié)成像裝置，技術(shù)功能更加先進(jìn)。現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量時(shí)，只需對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)攝取圖像，并將上述信息存儲(chǔ)在機(jī)器中的個(gè)人電腦卡上，即完成所有操作。各種參數(shù)的設(shè)置可以返回室內(nèi)軟件進(jìn)行修改和分析，最后直接獲得測(cè)試報(bào)告。由于技術(shù)的改進(jìn)和結(jié)構(gòu)的變化，它取代了復(fù)雜的機(jī)械掃描。儀器的重型兒童不到2公斤。使用中，它就像手持?jǐn)z像機(jī)一樣，單手可以輕松操作。
如今，紅外熱成像系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于電力、消防、石油化工和醫(yī)療領(lǐng)域。紅外熱成像儀在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。
紅外熱像儀的分類
紅外線熱像儀一般分光機(jī)掃描成像系統(tǒng)和非掃描成像系統(tǒng)。光學(xué)掃描成像系統(tǒng)采用單元或多元元數(shù)有8,10,16,23,48,55,60,120,180甚至更多光電導(dǎo)或光伏紅外線探測(cè)器，使用單元探測(cè)器時(shí)速度慢，主要是幀幅響應(yīng)時(shí)間不夠快，多元陣列探測(cè)器可以制作高速實(shí)時(shí)熱像儀。非掃描成像的熱像儀，如近年來(lái)推出的陣列式凝視成像的焦平面熱像儀，屬于新一代的熱像裝需，在性能上比光學(xué)掃描儀大大優(yōu)于光學(xué)掃描儀，有逐步取代光學(xué)掃描儀的趨勢(shì)。它的關(guān)鍵技術(shù)是探測(cè)器由單片集成電路組成，被測(cè)目標(biāo)的整個(gè)視野都集中在上，而且圖像更清晰，使用更方便，儀器非常小巧輕便，同時(shí)還具有自動(dòng)調(diào)焦圖像凍結(jié)、連續(xù)放大、點(diǎn)溫、線溫、語(yǔ)音注釋等功能，儀器采用PC卡，存儲(chǔ)容量可達(dá)500張。
紅外線熱電視是紅外線熱像儀的一種。紅外線熱電視是通過(guò)熱釋電攝像管PEV接收被測(cè)物體的表面紅外線輻射，并將分布在目標(biāo)內(nèi)的無(wú)形熱圖像轉(zhuǎn)化為視頻信號(hào)，因此，熱釋電攝像管是紅外線熱電視的光鍵裝置，它是一種實(shí)時(shí)成像、寬譜成像(對(duì)3~5um和8~144m有較好的頻率響應(yīng))，具有中等分辨率的熱成像裝置，主要由透鏡、靶面和電子槍三部分組成。它的技術(shù)功能是通過(guò)透鏡將被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射線聚焦到熱釋電攝像管，采用常溫?zé)犭娨曁綔y(cè)器和電子束掃描和靶面成像技術(shù)。熱像儀的主要參數(shù)有：
2.3.1工作帶;工作帶是指紅外熱像儀中選擇的紅外探測(cè)器的響應(yīng)波長(zhǎng)區(qū)域，一般為3~5uma或8~12(4mo)。
2.3.2探測(cè)器類型;探測(cè)器類型是指使用的紅外線設(shè)備。采用單元或多元(元數(shù)8、10、16、23、48、55、60、120、180等)的光電導(dǎo)向或光厭紅外線探測(cè)器，采用硫化鉛(Pbs)、硒化鉛(PnSe)、蹄化鋼(InSb)、帝鎘汞(HgCdTe)、蹄錫鉛(PbSnTe)、鍺(Ge:和硅(si:X)等。
2.3.3掃描模式;一般來(lái)說(shuō)，它是中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)電視模式和p江模式。2.3.4顯示模式;指屏幕顯示是黑白還是顯示。
2.3.5溫度測(cè)量范圍;指測(cè)量溫度最高溫度值的范圍。
2.3.6溫度測(cè)量精度是指紅外熱像儀測(cè)量溫度的最大誤差與儀器范圍之比的百分比。2.3.7最日工作時(shí)間紅外熱像儀允許連續(xù)工作時(shí)間。
紅外熱像儀是一種通過(guò)吸收目標(biāo)物體的能量輻射產(chǎn)生紅外圖像和測(cè)溫的儀器。
紅外線能量是一種肉眼看不見(jiàn)的能量，它的波長(zhǎng)很長(zhǎng)，不能用肉眼檢測(cè)到。這是電磁波譜的一部分，人們把它感覺(jué)到熱量。不像可見(jiàn)光，在紅外線領(lǐng)域，任何溫度在絕對(duì)零度以上的物體都能散發(fā)熱量。甚至像冰這樣表面很冷的物體也能發(fā)出紅外線能量。物體溫度越高，其輻射的紅外線能量就越強(qiáng)。紅外線熱像儀可以幫助我們看到肉眼看不到的情況。紅外線熱像儀可以生成紅外線圖像或熱輻射圖像，并可以提供精確的非接觸溫度測(cè)量功能。幾乎所有物體在出現(xiàn)故障前，溫度都會(huì)上升，所以在許多領(lǐng)域，紅外線熱像儀絕對(duì)是一種經(jīng)濟(jì)有效的檢測(cè)工具。因?yàn)樵S多行業(yè)都將高效生產(chǎn)、能源管理、提高產(chǎn)量和生產(chǎn)安全作為企業(yè)發(fā)展的重要目標(biāo)，所以紅外線熱像儀在各個(gè)行業(yè)和各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
為什么要測(cè)溫?
僅靠紅外線圖像發(fā)現(xiàn)故障往往是不夠的。實(shí)際上，一個(gè)只能產(chǎn)生紅外線圖像而不能測(cè)量溫度的紅外線熱像儀并不能反映所有的電氣或機(jī)械故障。許多電器設(shè)備在自身溫度明顯高于環(huán)境溫度時(shí)仍能正常工作。所以一個(gè)沒(méi)有測(cè)溫功能的紅外線熱像儀可能會(huì)誤導(dǎo)你發(fā)現(xiàn)一個(gè)根本不存在的故障。
具有溫度測(cè)量功能的紅外熱像儀可以正確引導(dǎo)預(yù)防性維護(hù)專家準(zhǔn)確判斷電氣或機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行情況。您可以將測(cè)量溫度值與歷史溫度進(jìn)行比較，或與同時(shí)同類設(shè)備的溫度讀數(shù)進(jìn)行比較，以準(zhǔn)確判斷是否有明顯的溫升，是否會(huì)導(dǎo)致零件故障，帶來(lái)生產(chǎn)隱患。
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