實驗室檢驗檢測設備紅外熱像儀

紅外熱像儀是利用紅外探測器和光學成像物鏡接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上,從而獲得紅外熱像圖,這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應。通俗地講紅外熱像儀就是將物體發出的不可見紅外能量轉變為可見的熱圖像。熱圖像的上面的不同顏色代表被測物體的不同溫度。

紅外熱像儀最早是因為軍事目的而得以開發,后來迅速向民用工業領域擴展。自二十世紀70年代,歐美一些發達國家先后開始使用紅外熱像儀在各個領域進行探索。紅外熱像儀也經過幾十年的發展,已經發展成非常輕便的現場測試設備。由于測試往往產生的溫度場差異不大和現場環境復雜等因素,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光圖像合成功能等。由于紅外熱成像技術能夠進行非接觸式的、高分辨率的溫度成像,能夠生成高質量的圖像,可提供測量目標的眾多信息,彌補了人類肉眼的不足,因此已經在電力系統、土木工程、汽車、冶金、石化、醫療等諸多行業得到廣泛應用,未來的發展前景更不可限量。

原理及影響測溫的因素

紅外熱像儀是能夠實現熱像測溫的精密儀器,是紅外熱像測溫的核心設備。它利用實時的掃描熱成像技術進行溫度分析,圖1所示為民用市場上應用的主流熱像儀,其結構簡單、功能強大、測溫快。

紅外熱像測溫技術就是通過紅外探測器接收被測物體的紅外輻射,再由信號處理系統轉變為目標的視頻熱圖像的一種技術。它將物體的熱分布轉變為可視圖像,并在監視器上以灰度或偽彩顯示出來,從而得到被測物體的溫度分布場信息。

由于紅外熱像儀屬于窄帶光譜輻射測溫系統,使用其進行溫度測量時所測得的物體表面溫度,不是直接測量得到的,而是以測到的輻射能計算出來的。因此,實際測量時,測量精度受被測表面的發射率和反射率、背景輻射、大氣衰減、測量距離、環境溫度等因素的影響。

應用范圍

一、電力設備檢測

輸電設備:接頭、絕緣子、夾板、跳線、高壓線、壓接套管、瓷瓶引線……變電系統:互感器、隔離開關、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:配電盤、開關箱、變壓器、斷電器、接觸器、保險絲、電纜……發

電 廠:發電機碳刷繞組裝備、發電機、變壓器、油枕、發電機饋電線、電壓調節器、發電機馬達控制中心電盤、UPS……

二、建筑樓宇檢測

建設系統:檢查外墻空鼓、剝落、屋面滲漏、管道、熱橋、建筑節能研究、竣工驗收等;

公路橋梁:可用于快速掃描公路裂紋、橋梁開裂、滲漏檢查、瀝青攤鋪等;

三、冶金系統:用于大型高爐料面測定、熱風爐的破損診斷和檢修等;高爐、鋼材成型

四、加工和熱處理:焊接、鑄件、模具、煉鋼爐、轉爐、魚雷車、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監控……

五、石化系統:可用于保溫隔熱材料的破損診斷、加熱爐管的溫度分布測定等;

六

轉動機械設備:馬達、馬達碳刷、軸承、聯軸器、泵浦、汽機葉片、齒輪箱、驅動齒輪、驅動皮帶、聯軸器、射出成型機、柴油機、空壓機……機電系統:可用于新產品開發試驗研究、大型機電設備溫度分布監測等;七、鍋爐反應爐加熱爐:爐壁、爐管、煙囪、熱交換器、水泥旋窯……

八、產品流程設備:安全閥、氣體/產品管路(保溫、保冷)、熱交換器、冷卻塔、桶槽、球槽、儲存槽、空氣干燥機、烘干機、冷凍器……

九、電子產品:PC板熱分析、電子組件熱傳導測試、殼散熱測試、電路設計、環境評估……

十、消防安保系統:可用于消防科研、火災救人、安保、走私監控等;

十一、自然科學:采光、溫室效應、沙塵暴、植物、采礦、地震等;

十二、醫療:腫瘤、甲狀腺、糖尿病、非典、禽流感、針灸經絡等;

十三、軍事:導彈制導,紅外雷達,炸藥性能提升,紅外夜視、紅外隱身等;

十四、其它:玻璃、塑料、造紙、紡織、包裝、排污、電影廣告策劃、高鐵等高速運行設備磨損檢測……

各行各業都有紅外熱像儀的應用領域。

使用注意事項

1、確定測溫范圍:

測溫范圍是熱像儀最重要的一個性能指標。每種型號的熱像儀都有自己特定的測溫范圍。因此,用戶的被測溫度范圍一定要考慮準確、周全,既不要過窄,也不要過寬。根據黑體輻射定律,在光譜的短波段由溫度引起的輻射能量的變化將超過由發射率誤差所引起的輻射能量的變化,因此,用戶只需要購買在自己測量溫度內的紅外熱像儀。

2、確定目標尺寸:

紅外熱像儀根據原理可分為單色測溫儀和雙色測溫儀(輻射比色測溫儀)。對于單色測溫儀,在進行測溫時,被測目標面積應充滿熱像儀視場。建議被測目標尺寸超過視場大小的50%為好。如果目標尺寸小于視場,背景輻射能量就會進入熱像儀的視聲符支干擾測溫讀數,造成誤差。相反,如果目標大于熱像儀的視場,熱像儀就不會受到測量區域外面的背景影響。

3、確定光學分辨率(距離系靈敏):

光學分辨率由D與S之比確定,是熱像儀到目標之間的距離D與測量光斑直徑S之比。如果測溫儀由于環境條件限制必須安裝在遠離目標之處,而又要測量小的目標,就應選擇高光學分辨率的熱像儀。光學分辨率越高,即增大D:S比值,熱像儀的成本也越高。

4、確定波長范圍:

目標材料的發射率和表面特性決定熱像儀的光譜響應或波長。對于高反射率合金材料,有低的或變化的發射率。在高溫區,測量金屬材料的最佳波長是近紅外,可選用0.18-1.0μm波長。其他溫區可選用1.6μm、2.2μm和3.9μm波長。由于有些材料在一定波長是透明的,紅外能量會穿透這些材料,對這種材料應選擇特殊的波長。如測量玻璃內部溫度選用1.0μm、2.2μm和3.9μm(被測玻璃要很厚,否則會透過)波長;測量玻璃內部溫度選用5.0μm波長;測低溫區選用8-14μm波長為宜;再如測量聚乙烯塑料薄膜選用3.43μm波長,聚酯類選用4.3μm或7.9μm波長。厚度超過0.4mm選用8-14μm波長;又如測火焰中的CO2用窄帶4.24-4.3μm波長,測火焰中的CO用窄帶4.64μm波長,測量火焰中的NO2用4.47μm波長。

4、確定響應時間:

響應時間表示紅外熱像儀對被測溫度變化的反應速度,定義為到達最后讀數的95%能量所需要時間,它與光電探測器、信號處理電路及顯示系統的時間常數有關。如今紅外熱像儀的反映速度都很快。這要比接觸式測溫方法快得多。如果目標的運動速度很快或測量快速加熱的目標時,要選用快速響應紅外熱像儀,否則達不到足夠的信號響應,會降低測量精度。然而,并不是所有應用都要求快速響應的紅外熱像儀。對于靜止的或目標熱過程存在熱慣性時,紅外熱像儀的響應時間就可以放寬要求了。因此,紅外熱像儀響應時間的選擇要和被測目標的情況相適應。

應用案例

1982年4月─6月,英國和阿根廷之間爆發馬爾維納斯群島戰爭。4月13日半夜,英軍攻擊承軍據守的最大據點斯坦利港。3000名英軍布設的雷區,突然出現在阿軍防線前。英國的所有槍支、火炮都配備了紅外夜視儀(便攜式紅外熱像儀,下同),能夠在黑夜中清楚地發現阿軍目標。而阿軍卻缺少夜視儀,不能發現英軍,只有被動挨打的份。在英軍火力準確的打擊下,阿軍支持不住,英軍趁機發起沖鋒。到黎明時,英軍已占領了阿軍防線上的幾個主要制高點,阿軍完全處于英軍的火力控制下。6月14日晚9時,14

000名阿軍不得不向英軍投降。英軍領先紅外夜視器材贏得了一場兵力懸殊的戰斗。

1991年海灣戰爭中,在風沙和硝煙彌漫的戰場上,由于美軍的先進傳感器技術使他們在戰爭中獲得了全面的信息優勢——紅外熱像儀,M1A1坦克裝備的熱成像儀在夜間或煙霧條件下可以識別1500米內的目標,而探測距離遠達3000米。伊軍T-72M配備的只是第二代微光夜視儀,最大探測距離800米、甚至更短。這使M1A1坦克普遍做到先敵開火、機載前視紅外熱像儀可以發現埋在沙子下的伊軍坦克。戰后很多伊軍坦克兵俘虜回憶,他們只能朝著炮口火焰還擊。所以,T-72M與M1A1的在海灣戰爭的較量,就像是一個瞎子與一個視力正常的人在搏斗,而這個視力正常的人還更強壯一些,T-72M戰績為0的慘敗也就不足奇怪了。由此可以看出紅外夜視器材在現代戰爭中的重要作用。美軍在海灣戰爭中表現出了巨大的信息化優勢,美軍最終坦克只損失幾輛,而且沒有成員傷亡,而伊拉克的5000多輛坦克被擊毀3000多輛。

高速紅外熱像儀在爆炸試驗中可以探測到爆炸火球表面溫度的時空分布,從時間和空間兩方面擴大測試范圍。速度達到500幀/秒(500HZ)以上的高速紅外熱像儀對于爆炸過程的描述更為清晰,通過紅外熱像儀得出的數據可以優化爆炸過程中燃料拋散過程的動力學特征,從而選擇合理的裝置參數,對于提高爆炸波能量輸出,進而達到高威力毀傷效應具有重要意義。

技術參數

怎樣選擇合適的紅外熱像儀

1、紅外圖像質量(紅外圖像像素)

22、是否需要定量檢測

3、測量精度

4、熱靈敏度

5、測量溫度范圍

紅外熱像儀有兩種用途:

1、熱成像

2、測溫

評價紅外測溫能力叫做MFOV,主要有2種:一種是MFOV

為1,另外一種MFOV為3*3。 MFOV為1時,目標完全覆蓋了熱像儀的像素,像素接受的輻射只來自目標,因此能準確測量目標溫度。而MFOV為9時,像素接收的輻射不只來自目標,而且吸收目標旁邊的和背后的輻射,就不能測得這么小目標的準確溫度。

然而這只是測量的極限,根據當前的大部分FPA探測器技術,目標在探測器上最少要有 3 x 3

個像素才能確保準確測量,這要求檢測時盡量靠近目標或選用望遠鏡頭.

如果目標成像小于3x3個像素,則熱像儀顯示的溫度讀數是目標的溫度值與也成像在這3x3個像素的目標周圍物體(環境)溫度的平均值。

3、高空間分辨率的優勢

高空間分辨率能夠得出準確的溫度,低空間分辨率讀出的溫度只是發熱點周圍的平均溫度。在定量化檢測時候,溫度的正確與否非常重要!

4、穩定性重復性對你是否重要

決定紅外熱像儀的因素主要有3個方面:

探測器、光學器件、電氣原器件,軍事級探測器的主要優勢在哪里

a、主要有兩種探測器。氧化釩晶體和多晶硅。氧化釩晶體探測器的主要優勢:

b、此探測器主要的優勢是測溫視域MFOV(Measurement Field of

View)為1,溫度測量是精確到1個像素點。Amorphous Silicon(多晶體硅)傳感器,

MFOV為9,即每點的溫度是基于3×3=9個像素點平均而獲得。

c、溫度穩定性好。

d、使用壽命長

e、適合于遠距離測試

5、是否在意報告處理的煩瑣?

如果紅外圖像和可見光圖像組合顯示就減少了大量工作,同時報告自動生成也會大大減少操作時間。

6、是否需要延長曝光時間?延長曝光時間——專業照相的必然選擇

∑2、∑4、∑8、

∑16等功能,特別在檢測北立面或者陽光照不到的地方很有優勢。使用了∑功能,增加了曝光時間,圖像更清晰,更容易發現缺陷部位。

7、是否需要強大的售后技術支持

a、是否需要現場測試指導培訓

b、專業的培訓:

LEVEL1,

LEVEL2,

LEVEL3認證課程培訓。

如果您是科研單位或者國防單位,還需關注以下幾點:

1.衰減濾光片的數量。高端紅外熱像儀只需要一塊衰減濾光片,實驗過程從-15°c to

1500°c無需更換,從而保證實驗數據的連續性。在很多科研課題,比如高速運動物體,爆炸類實驗,整個實驗過程都小于1秒,如果不同溫度檔需要更換衰減濾光片的話,那更本就是無法實現的。這種情況下就必須使用高端的紅外熱像儀。

2.高端紅外熱像儀不需要用戶自己定標,從而保證在任何測量條件下都直接使用