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1、热像仪基本知识及行业应用艾睿光电科技有限公司2010-7-23 / 目 录一、红外的起源与发展21.红外技术的起源22.红外热成像技术的发展3（1）国外红外探测技术的发展过程3（2）国内红外探测技术的发展过程5二、红外线的性质7三、红外辐射的基本规律8四、红外热像仪的工作原理10五、红外热像仪在各行业中的应用111.红外热像仪在建筑行业中的应用112红外热像仪在医疗行业中的应用133红外热像仪在消防行业中的应用144红外热像仪在冶炼行业中的应用155. 红外热像仪在电子制造行业中的应用166. 红外热像仪在安防行业中的应用177. 红外热像仪在石化行业中的应用18（1）测试对象的自然状况19（
2、2）改造前后测试结果198. 红外热像仪在汽车行业中的应用20六、红外热像仪在电力行业中的应用实例24（一）、红外热成像仪在电力行业中的主要作用24（二）、电力设备的主要故障模式及其机理24一、红外的起源与发展1.红外技术的起源1800年，英国物理学家F.W.赫胥尔做了个实验，让阳光通过一个大三棱镜， 在白色屏上展示出一副七色光带，然后将七支体温计分别挂在每种单色光带上.为了监测环境温度，又在七色光带周围放置几个温度计。实验结果令他大为惊奇： 从紫外区到红光区的温度显示象阶梯一样，一个比一个高，但最高温度不在可见的有色光区，却在可见红外光区外的不可见光区，这一意外的发现意味着人类捕捉到了一个肉
3、眼看不见的红外辐射区，它蕴藏着丰富的热能 ，由此红外技术随着红外探测技术和红外探测器的发展而发展。 2.红外热成像技术的发展（1）国外红外探测技术的发展过程瑞典AGEMA公司与1958年生产出全世界第一台用于工业检测的测温型红外热像仪，它采用原来用于军用用途的光机扫描探测器。但由于其存在结构复杂、可靠性低等固有缺点，目前在工业检测领域基本没有应用。随着红外技术的发展，非制冷焦平面探测器在90年代中期得到了很大的突破，探测器的性能基本达到了工业检测用制冷型探测器水平。经过几代的发展，目前，用于工业检测的热像仪均采用非制冷焦平面探测器。根据采用像元数量的不同，可分为320*240便携式红外热像仪、
4、160*120手持式红外热像仪。光机扫描探测器(1958年至今) 工业检测已不用内循环制冷热电制冷液氮制冷焦平面、内循环制冷探测器 （1994年）焦平面、非制冷 探测器（1997年第一代，1999年第二代，2001年第三代，2002年第四代) 国外 红外探测技术的发展过程非制冷焦平面红外热像仪根据采用的探测器材料的不同，又可以分为氧化钒（VOX）、非晶硅（SI）和铁电型三种红外热像仪。从性能上讲，氧化钒的性能最好，它的最小可分辨温差可以达到0.06，非晶硅探测器一般为0.08，而铁电材料探测器一般为0.15以上。其中，氧化钒和非晶硅探测器对温度响应的线性较好，主要用于精确的温度检测；铁电材料的
5、探测器由于噪声大，主要用于图像观察，也可用于一般的温度巡检；氧化钒探测器的价格较高。目前氧化钒探测器主要为美国生产，不能出口到中国，因此，目前在国内销售的进口红外热像仪均采用的是法国Ulis公司（法国Sofradir公司下属公司，专门生产非制冷探测器）生产的非晶硅探测器。国内大部分的进口红外热像仪在2003年前，一般采用的是像元大小为50um的第二代320*240像元氧化钒探测器。从2003年开始，由于成本的因素和出口的限制等原因，开始采用法国Ulis公司生产的像元大小为45um的第三代320*240像元非晶硅探测器和像元大小为35um的第四代160*120像元非晶硅探测器。目前国内有一些进口
6、的红外热像仪采用像元大小为50um的第一代160*120像元氧化钒探测器。而目前最新的法国Ulis公司生产的第四代非晶硅160*120像元探测器，像元大小为35um，图像的解析度要远远优于第一代的氧化钒探测器。法国Ulis公司于2004年最新推出了像元大小为35um的第五代320*240（384*288）像元非晶硅探测器，目前在国际上已有采用此探测器的工业检测用红外热像仪销售，但由于其像元多，图像解析度高，发现目标远，可用于国防军用领域，目前我司高端产品采用此探测器。（2）国内红外探测技术的发展过程光机扫描 探测器(研究机构一直在研制发展中)热电视 (热释电管) 进口焦平面、非制冷 探测器（
7、2001年第三代，2002年第四代） 国内 红外探测技术的发展过程国内从50年代晚期开始研制光机扫描探测器，目前主要用于军用观察型，同时也有部分小像元的制冷型焦平面探测器（几十个像元），与国外的差距较大。90年代初期，国内部分红外生产厂家，利用热释电探测器，采用了独特的测温技术，成功地研发了用于工业检测的热释电型红外热像仪，主要包括早期的平移式红外热像仪和斩波型红外热像仪。由于它的成像采用电视扫描方式，又被称为热电视。热电视具有维护方便、性价比高的优点，但由于它的温度分辨率较低，测温的稳定性较差，因此，往往用于一般红外的温度巡检。2001年初，由于法国对中国红外探测器技术的逐步放开，国内部分红
8、外生产厂家，同期引进了法国Ulis公司生产第三代320*240像元非晶硅探测器，它的像元间距为45um，温度分辨率达到0.08，成功地开发了一系列的工业检测用红外热像仪。在2002年前，由于国内红外生产厂家初次接触非制冷焦平面探测器，对它的性能特点理解不够，因此，往往同时引进了探测器的成像机芯，早期国产的红外热像仪仅仅是完成了测温方面的工作。在2004年左右，国内红外热像仪厂家引进法国Ulis公司生产第四代160*120像元非晶硅探测器，它的像元间距为35um，温度分辨率达到0.1，开发生产了一系列的相对廉价的工业检测用红外热像仪。目前，国内部分红外生产厂家已经完全掌握了非制冷焦平面探测器的性
9、能，可独立研发拥有完全知识产权的成像机芯，掌握了非制冷焦平面红外热像仪的核心技术，达到了国际先进水平。2005年，国内部分红外生产厂家已开发了采用第五代320*240（384*288）像元非晶硅探测器成像机芯，但目前仅仅用于军事、准军事的用途，我司率先将其应用到民用产品中。二、 红外线的性质1. 凡是温度高于热力学零度（5）的物体均为热辐射体，其分子、原子、离子和电子等微观粒子受热激励后在能态之间跃迁而发射电磁辐射，其辐射强度和谱域由物体的性质决定。2. 辐射就是从物质内部发射出来的能量。这种辐射就称之为热辐射。热辐射 有时也叫温度辐射，这是因为热辐射的强度及光谱成分取决于辐射的温度，就是说温
10、度这个物理量对热辐射现象起着决定性的作用。3. 红外辐射具有可见光的一般特性，即直线传播、透射、反射、折射、散射干涉和偏振特性4. 红外辐射电磁波在空气中传播要受到大气吸收而使辐射的能量被衰减，空气的大气，烟云对红外辐射的吸收程度与红外线辐射的波长有关，特别对波长范围在（ 12.5m）, （ 35m）, （ 814m）的三个区域相对吸收很弱，红外线在这些区域穿透能力较强，透明度较高，这三个区域被称之为“大气窗口5.热能传导的形式（1）热传导（2）对流（3）辐射三、 红外辐射的基本规律1. 维恩位移定律物理学家维恩在研究物体辐射红外波的波长与温度之间有如下关系：式中：为峰值波长，单位是mT为物体
11、的绝对温度，单位为K维恩定律表明最大辐射波长等于一个常数与物体温度之比。即物体越热其最大辐射波长越短2. 斯蒂芬-波耳兹曼定律 斯蒂芬-波耳兹曼定律描述的是辐射功率随温度的变化规律，该规律表明，凡是温度高于开氏零度（-273.15）的物体，都会自发的向外发射红外热辐射，而且物体单位表面积发射的总辐射功率与其开氏温度四次方成正比。 该定律表明温度越高辐射能量越强，反之辐射能量越强则温度越高3. 郎伯余弦定律 郎伯余弦定律描述的是辐射的空间分布规律即物体在任意方向上的辐射强度与观测方向相对于辐射表面法线的夹角的余弦成正比。 结果表明，物体在辐射表面法线方向的辐射最强，因此在红外检测时应尽量选择在被
12、测表面法线方向进行。如果条件限制一般检测角度不应该大于30度（线路上由于检测位置的限制，角度过大，实际测量温度在有效测试距离下，也偏低）4. 焦耳和楞次定律 电流通过电阻时，导体中的电阻就会发热，将电能转换成热能，这种现象叫电流热效应。 1 9世纪的科学家焦耳和楞次 通过大量的实验，发现电阻通过电流后所产生的 热量与电阻、电流的平方与时间成正比例关系。 在电力系统运行中，电能转换为热能的关系式为： 四、 红外热像仪的工作原理它是利用红外探测器、光学成像物镜接收被测目标的红外辐射信号，经过光谱滤波、空间滤波使聚焦的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上对被测物的红外热像进行扫描并聚焦在单
13、元或分光探测器上，由探测器将红外辐射能转换成电信号经放大处理，转换成标准视频信号通过电视屏或监视器显示红外热像图。红外热像仪简单工作示意图五、 红外热像仪在各行业中的应用1.红外热像仪在建筑行业中的应用在建筑材料中的湿气会破坏结构的完整性，并且滋生霉菌。解决湿气问题的第一步便是快速准确的找到并消除一切湿气产生的来源。红外热像仪将可以立即向您显示何处潮湿和何处干燥,可以迅速找到问题根源，并进行小规模的或根本无需对建筑物进行拆卸，从而把对居住者的影响降到最低。 红外热像诊断技术作为一种先进的无损探测的方法，从红外的角度详细解读建筑物的各种信息，在建筑领域的研究和应用日益活跃起来。红外成像用于建筑诊
14、断方面，具有以下明显的优点：A、远距离、非接触式测量，保证不破坏建筑物原有 结构；B、大面积实时、快速扫描检测，工作效率高；C、直观的显示，能明确地发现建筑物的各种缺陷；D、检测结果永久保存，便于后续处理，建立档案F、预防性检测，避免事故发生，节约能源和费用窗密封不良门密封不良 屋面渗漏屋顶渗漏应用案例：万科物业检测外墙万科的几个小区曾于年前出现过外墙砂浆层以及瓷砖脱落的情况，两次事故一次损坏了业主车辆，一次砸伤了物业员工，由此万科对检测外墙缺损产生了兴趣。万科在购买了一台仪器后倾向于将红外检测成体系成标准的在整个集团内使用，达至流程规范化标准化，基本的应用场合是竣工验收。万科的几个小区曾于年前出现过外墙砂浆层以及瓷砖脱落的情况，两次事故一次损坏了业主车辆，一次砸伤了物业员工，由此万科对检测外墙缺损产生了兴趣。万科在购买了一台仪器后倾向于将红外检测成体系成标准的在整个集团内使用，达至流程规范化标准化，基本的应用场合是竣工验收。应用案例：万科物业检测外墙2红外热像仪在医疗行业中的应用红外热像仪，通过对人体温度分布的显示，显现人体温度分布的变化、变化的部位及程度。在观察分析热图像和定量测出温度差值后，根据解剖学、病理学和临床经验，可诊断有无病症、病灶的位置、性质及其程 医用基本功能是：热监视、热诊断、热测定、热研究，可用来早期探查、诊断疾病和评定疗效、追踪观察、科研探索等。红外热像
