热成像仪阅读：6074

　　“红外线”一词源于“past red”，是超出红色之外的意思，表示该波长在电磁辐射频谱中所处的位
　　置。“thermography”一词是采用同根词生成的，意思是“温度图像”。热成像的起源归功于德国天文学家 Sir William Herschel，他在 1800 年使用太阳光做了一些实验。Herschel 让太阳光穿过一个棱镜并在各种颜色处放置温度计，利用灵敏的水银温度计测量每种颜色的温度，结果发现了红外辐射。Herschel 发现，当越过红色光线进入他称为“暗红热”区域时，温度便会升高。“暗红热”即是现在人们所说的红外热能，处于被称为电磁辐射的电磁波频谱区域。
　　二十年后，德国物理学家 Thomas Seebeck 发现了温差电效应。在该发现的基础上，意大利物理学家Leopoldo Nobili 于 1829 年发明了热量倍增器（即早期版本的热电偶）。这种简单的接触式设备的工作原理是两个异种金属之间的电压差会随着温度的变化而变化。过了不久，Nobili 的合作伙伴 Macedonio Melloni 把热量倍增器改进为热电堆（以串联方式安装热量倍增器）并将热辐射集于热电堆上，这样，他可以检测到 9.1 米（33 英尺）远处的人类体热。
　　1880 年，美国天文学家 Samuel Langley 使用辐射热检测仪探测到 304 米(1000 英尺）以外的牛的体热。辐射热检测仪测量的不是电压差异，而是与温度变化有关的电阻变化。Sir William Herschel 的儿子 Sir John Herschel 于 1840 年使用名为“蒸发成像仪”的设备制作出幅红外图像。热图像是薄油膜的蒸发量差异形成的，可以借助油膜上反射出的光线进行查看。
　　热像仪是一种无需与设备直接接触便可检测出红外波长频谱中的热图案的设备。早期型号的热像仪称为“光导探测器”。从 1916 年至 1918 年，美国发明家 Theodore Case 利用光导探测器做实验，通过与光子（而不是热能）直接交互作用产生信号，最终发明了速度更快、更灵敏的光导探测器。20 世纪四十年代和五十年代期间，为了满足日益增长的军事应用领域的需求，热成像技术不断演变，取得了长足的发展。德国科学家发现，通过冷却光导探测器可以提高整体性能。
　　直到 20 世纪六十年代，热成像技术才被用于非军事应用领域。虽然早期的热成像系统很笨重、数据采集速度缓慢而且分辨率不佳，但它们还是被用于工业应用领域，例如检查大型输配电系统。
　　20 世纪七十年代，军事应用领域的持续发展造就了个便携式系统。该系统可用于建筑诊断和材料无损测试等应用领域。20 世纪七十年代的热成像系统结实耐用而且非常可靠，但与现代热像仪相比，它们的图像质量不佳。到 20 世纪八十年代初期，热成像技术已广泛应用于医疗、主流行业以及建筑检查领域。经过校准后，热成像系统可以制作完全的辐射图像，这样便可测量该图像中任意位置的辐射温度。辐射图像是指包含图像内各点处的温度测量计算值的热图像。
　　安全可靠的热像仪冷却器经过改进，取代了沿用已久的用于冷却热像仪的压缩气或液化气。
　　此外，人们还开发并大量生产了成本较低、基于管道的热电光导摄像管 (PEV) 热成像系统。
　　虽然不能进行辐射测量，但 PEV 热成像系统轻巧灵便、携带方便，而且无需冷却便可操作。
　　20 世纪八十年代后期，一种称为焦平面阵列 (FPA) 的新设备从军事应用领域转移至商业市场。焦平面阵列 (FPA) 是一种图像传感设备，由位于镜头焦平面处的红外传感探测器的阵列（通常为矩形）组成。
　　这大大改进了原始的扫描式探测器，从而提高了图像质量和空间分辨率。现代热像仪上的典型阵列的像素范围为：16 × 16 至 640 × 480。从这个角度来说，像素是可以检测红外能量的 FPA 的最小独立元素。对于特殊应用场合，阵列的像素可以达到 1000 × 1000 以上。
　　个数字代表每个垂直列中的像素数，第二个数字代表屏幕上显示的行数。例如，160 × 120 阵列的总像素为 19,200 （160 像素 × 120 像素 = 19,200 总像素）。自 2000 年以来，使用多个探测器的 FPA 技术的发展不断加快。长波热像仪用于检测 8 μm 至 15 μm 波长范围内的红外能量。微米 (μm) 是一个长度测量单位，等于 1 毫米（0.001 米）的千分之一。中波热像仪用于检测 2.5 μm 至6 μm 波长范围内的红外能量。长波和中波热成像系统均提供全面的辐射型号，图像融合度和热灵敏度通常为 0.03SDgrC (0.054SDgrF) 或更低。这些系统的成本在过去十年间降低了十倍以上，但质量得到了大幅度提升。此外，用于图像处理的计算机软件的应用也有了显著的发展。现在，几乎所有商业类型的红外系统均使用软件来协助分析和撰写报告。报告可快速生成并在互联网上以电子形式发，或以一种常见格式（例如 PDF）保存，而且还可以刻录在多种数字存储设备上。

　　红外热像仪是一门使用光电设备来检测和测量辐射并在辐射与表面温度之间建立相互联系的科学。辐射是指辐射能（电磁波）在没有直接传导媒体的情况下移动时发生的热量移动。现代红外热像仪的工作原理是使用光电设备来检测和测量辐射，并在辐射与表面温度之间建立相互联系。所有高于零度（-273℃）的物体都会发出红外辐射。红外热像仪利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。通过查看热图像，可以观察到被测目标的整体温度分布状况，研究目标的发热情况，从而进行下一步工作的判断。人类一直都能够检测到红外辐射。人体皮肤内的神经末梢能够对低达±0.009°C (0.005°F) 的温差作出反应。虽然人体神经末梢极其敏感，但其构造不适用于无损热分析。例如，尽管人类可以凭借动物的热感知能力在黑暗中发现温血猎物，但仍可能需要使用更佳的热检测工具。由于人类在检测热能方面存在物理结构的限制，因此开发了对热能非常敏感的机械和电子设备。这些设备是在众多应用中检查热能的标准工具。

　　典型应用的选型建议
　　热像仪的不同性能和功能如像素、测温范围、镜头等可配合不同的现场使用需要，下面是对部分典型应用的选型建议。
　　1. 设备维护
　　A 电气设备
　　● 高温量程一般到200℃即可。
　　● 考虑到有部分设备可能在室外工作，低温量程一般要求到达-20℃。
　　● 对于一般的电气设备或部件，热像仪像素在160×120，并选用标准镜头。
　　● 对于远距离、小目标测量（如输电线路的线夹等），建议选用320×240像素或640×480像素及更高像素，并选配长焦镜头。
　　● 对于近距离、大目标测量（如1米内在1幅热图中显示整个配电柜的温度分布），建议选配广角镜头。
　　● 对于温差较小的目标（如交流高压电气设备等），建议选用热灵敏度较高的热像仪。
　　● 若现场需要有长时间连续检测要求，请选用外接电源。
　　B 机械、机电设备
　　● 根据实际温度选择高温至250℃、350℃、600℃的热像仪。
　　● 考虑到有部分设备可能在室外工作，低温量程一般要求到达-20℃。
　　● 对于一般的机械、机电设备，热像仪像素在160×120，并选用标准镜头。
　　● 对于部分远距离、小目标测量（如高空管道检测等），建议选配长焦镜头。
　　● 对于部分近距离、大目标测量（如距离显示加热炉的整体温度分布），建议选配广角镜头。
　　● 对于部分需要密封的设备（如测量密闭加热炉内部温度）进行检测，建议加装红外窗口组件。
　　2. 研发、品质管理
　　● 根据实际温度选择高温至250℃、350℃、600℃、1200℃、2000℃的热像仪。
　　● 对于一般的目标（如芯片、电路板、各种器件等），建议选择热像仪像素为320×240或640×480像素及更高像素，并选用标准镜头。
　　● 对于部分远距离测量，建议选配长焦镜头。
　　● 对于小目标测量（如1mm×1mm以内的微小芯片温度分布），建议选配微距镜头。
　　● 对于部分在密封外壳内的目标（如检测加热器内部的器件温度），建议加装红外窗口组件。
　　● 对于有现场需要进行连续测量，建议选用有外接电源或视频输出功能的热像仪，部分现场可以选用有连续拍摄功能的热像仪。
　　3.建筑专用型热像仪
　　建筑专用型热像仪在2个参数方面有明显特点
　　● 热灵敏度：因建筑应用中现场温差可能较小，故需要热灵敏度较高的热像仪进行检测。
　　● 温度范围：建筑应用现场的温度（特别是高温部分）范围不大，故为了保证高重复精度及温度稳定性，建筑专用型的温度范围为-20-150℃。
　　快速确定红外热像仪关键指标
　　除了从典型应用的角度之外，还可以快速地从回答3个简单问题，来进行红外热像仪关键指标的选择：
　　问题一：红外热像仪到底能测多远？
　　红外热像仪的检测距离 = 被测目标尺寸 ÷ IFOV，所以空间分辨率（IFOV）越小，可以测得越远。例如：输电线路的线夹尺寸一般为 50mm，若使用 Fluke Ti25 热像仪，其IFOV为 2.5mRad ，则最远检测距离为 50÷2.5=20m
　　问题二：红外热像仪能测多小的目标？
　　最小检测目标尺寸= IFOV×最小聚焦距离。所以IFOV越小，最小聚焦距离越小，则可检测到越小的目标。举例：
　　某品牌热像仪
　　Fluke Ti25 热像仪
　　空间分辨率（IFOV）：2.6mRad
　　空间分辨率（IFOV）：2.5mRad
　　像素：320×240
　　像素：160×120
　　最小聚焦距离：0.5m
　　最小聚焦距离：0.15m
　　最小检测尺寸：1.3 mm
　　最小检测尺寸：0.38 mm
　　从对比图看，右侧Fluke Ti25，虽像素稍低，但凭借更小的IFOV 及最小聚焦距离优势，实际可以拍摄到0.38mm微小目标，而另一品牌则只能测到1.3mm 的目标。
　　问题三：热像仪能看得多清晰？
　　因素一： 热灵敏度决定热像仪区分细微温差的能力。同样状况下，右图所用热像仪的热灵敏度更低，画面清晰显示花蕊细节的温度分布，而左图同区域只能看到一片红色。
　　因素二： 最小检测尺寸决定了热像仪捕捉细小尺寸的能力。尺寸越小，相同面积的检测目标画面由更多像素组成，画面更清晰。
　　由右图可见，像素（马赛克）越小越清晰
　　什么是空间分辨率（IFOV） ?
　　在单位测试距离下，红外热像仪每个像素能够检测的最小目标( 面积)，以mRad 为单位，
　　是一个主要由像素和所选镜头角度所决定的综合性能参数，是热像仪处理空间细节能力的技
　　术指标。
　　为什么空间分辨率（IFOV） 越小越好?
　　单位距离相同时，IFOV 越小，单个像素所能检测的面积越小，单位测量面积上由更多的像
　　素所组成，图像呈现的细节越多，成像越清晰。
　　高端热像仪选型案例
　　大面积、小目标
　　评估储油罐的腐蚀或结构完整性 监测潜在耐
　　评估储油罐的腐蚀或结构完整性 监测潜在耐
　　评估储油罐的腐蚀或结构完整性
　　监测潜在耐火砖劣化区域
　　案例解释：
　　目标尺寸通常超过10 米，检测距离达到数十米，而需要查验的损坏部位的尺寸只有几十厘米，例如：钢厂热风炉的直径为10 米，高度30-50 米，但每块耐火砖宽度只有20 厘米，客户需要既可以看到目标的整体热像图，也要能够看到耐火砖的脱落问题。
　　设备要求：
　　1 超过300 万像素，足够的视场角度及优异的空间分辨率，可以实现对较大面积/ 区域的目标进行整体和远距离全面地分析要求，同时又可以分辨/ 检测出很多难以发现的细节或细小问题点，提高检测全面性和效率的同时，避免遗漏或意外事故风险。
　　2 的聚焦方式选择，让聚焦更省时，LaserSharp? 激光自动对焦, 自动对焦, 手动对焦和EverSharp 多焦点记录功能，多种聚焦方式集于一身。保证您能够在几乎任何情况下都可以准确对焦，捕捉全部准确的数据；
　　3 红外热图、视频录制、带红外数据的视频录像，以及Wifi 传输方式，可以保证能够作为深度研究的有力依据。
　　相关应用：
　　l 大型工业设备的维护，如石化企业的反应塔，蒸馏塔等，冶金企业的高炉等；
　　l 隧道/ 大坝/ 桥梁渗水检测；
　　l 地质研究/ 勘探、火山研究；
　　l 建筑的维护，如机场、建筑群。
　　小温差
　　胚胎孵化监测 蓝色低温代表死胎 植物病虫
　　胚胎孵化监测 蓝色低温代表死胎 植物病虫
　　胚胎孵化监测 蓝色低温代表死胎）
　　植物病虫害检测
　　案例解释：
　　当检测目标的温差低至0.1 ℃ 以内时，需要有极高热灵敏度的热像仪才能发现细微差别，尤其是在科学研究领域。
　　设备要求：
　　1 超高分辨率图像：在精密位移成像技术模式下，分辨率和像素是标准模式的4 倍(TiX1000 的红外像素高达310 万，TiX660 的红外像素高达120 万)，可获得锐利的图像，提供目标更多细节。
　　2 超优异的热灵敏度：此类现场的温差只有0.1℃ ，需要清晰地看到微小温差的问题点；TiX 系列产品拥有更高的热灵敏度，如TiX640/660 热灵敏度可达0.03℃，对于1℃的温差，可用超过30 种颜色表示其温度的变化，能够显示出更体现更小的温差，提供更清晰的热像。
　　3 对焦系统：提供了手动对焦、自动对焦及LaserSharp? 自动对焦和EverSharp 多焦点记录功能，可快速、准确地捕获对焦正确的图像。
　　4 灰度和全彩色图像：可满足温差显示细节的要求，各种各样的应用。
　　5 更大的数码变倍：TiX 系列产品提供32 倍的放大，可以任意缩放图像细节。
　　相关应用：
　　l 材料工程化：受力分析，热应力分析，非破坏性试验，包括检查和分析复合材料的层离、空隙、吸湿和压裂，表面辐射。
　　l 化学和生物科学：化学反应/ 变化研究，生物分析，动植物相关研究 ，医学/ 病理学等相关研究。
　　l 复合材料和结构的NDT 无损检测裂缝，空隙，分层，粘结，渗漏。
　　超远距离
　　水泥厂生产设备检测 高压输电塔的线夹检测
　　案例解释：
　　电力公司维护人员在500 米外对高压输电塔的进行巡检。
　　设备要求：
　　1 超高分辨率图像：在精密位移成像技术模式下，分辨率和像素是标准模式的4 倍(TiX1000 的像红外素高达310 万，TiX660 的红外像素高达120 万)，可获得锐利的图像，提供细节。
　　2 超优异的空间分辨率：TiX 系列产品在更高的像素下，配备适合的镜头，可以达到更加优异的空间分辨率，如TiX1000 在配备120mm 超长焦的镜头时，空间分辨率可以达到0.1mRad，也就是说理论上，可以在500m 距离下，能够检测50mm 尺寸目标（高压线夹）。
　　3 5.6 英寸可旋转LCD 大显示屏：可帮助您方便地检查难以触及设备的上方、下方及周围。
　　4 可倾斜LCoS 彩色取景器： 分辨率为800 x 600 像素，在日光下可提供可视性。
　　5 对焦系统： 提供了手动对焦、自动对焦及LaserSharp? 自动对焦和EverSharp 多焦点记录功能，可快速、准确地捕获对焦正确的图像。
　　6 的镜头灵活性：利用现场可更换的可选镜头(2 倍和4 倍长焦镜头、两个广角镜头)，无论距离远近，均可获得高分辨率图像。
　　7 更大的数码变倍系数： TiX 系列产品可以提供32 倍的放大，在现场，您就可以利用32 倍放大，分析更小的目标温度。
　　8 带有语音和文字注释，800 万可见光的录像功能：使得故障点记录、分析、存档更清晰、直观、简单、方便。
　　相关应用：
　　l 高压供电设备维护；
　　l 港口/ 码头塔吊电机维护。
　　微米级小目标
　　电路板中2 x 2 mm 芯片温度检测
　　0.5 x 0.5mm小芯片及周边检测
　　使用标准镜头
　　使用微距镜头
　　案例解释：
　　小型芯片温度检测，通常尺寸在2-3mm 以内，芯片内部的功能组件在50 μm 以内。
　　设备要求：
　　1 更优异的空间分辨率： TiX 系列的超高像素配三款微距镜头，使您能够拍摄高分辨率图像，可以提供小目标，微小目标的检测方案，如测量几十微米（μm）目标尺寸。
　　TiX 系列在精密位移成像技术模式下，分辨率和像素是标准模式的4 倍(TiX1000 的红外像素高达310 万，TiX660 的红外像素高达120 万)，可获得锐利的图像，提供细节。
　　2 超优异的热灵敏度： TiX 系列产品拥有更高的热灵敏度，如TiX640/660 热灵敏度可达0.03℃，便于分辨更小的温差和更小目标，提供更清晰的热像。
　　3 高帧频模式：可利用TiX 的高帧频模式（高达240Hz）监测目标的温度快速变化。这样就能够分析多帧数据，便于更好地理解小目标的温度变化。
　　4 PC上回放和分析数据：利用随热像仪提供的SmartView? 软件，优化和分析图像，并生成检查报告。您也可将结果导出至电子表格，做进一步、更详细的分析，以及互动式数据展示。
　　相关应用：
　　l 微生物体研究；
　　l 芯片及PCB 线路，焊点检测；
　　l 生产工艺/ 过程杂质检测；
　　l 细小目标（如激光光纤）生产过程中温度均匀性检测。
　　高速温度变化/快速位移
　　烟花快速升空后的燃放瞬间
　　发动机散热系统检测
　　设备要求：
　　1 高帧频模式：可利用TiX 的高帧频模式（高达240Hz），实现对高速温度变化/ 快速位移的目标进行连续检测，可以获得目标的温度变化趋势，或高速位移过程中，真实的温度值。
　　2 实时辐射视频流记录：可以实时记录带温度数据视频，支持逐帧分析热过程和变化，更容易发现和确认真实的温度值，以及需要进一步检查的位置。
　　3 更多的数据传输/ 存储方式数据可以快速传输/ 存储至：仪器内存/SDHC 卡/ USB / GigE
　　Vision /Wifi 等，有力保证获取大量数据，作为深度研究的有力依据。
　　4 超高分辨率图像+ 优异的热灵敏度：在精密位移成像技术模式下，分辨率和像素是标准模式的4 倍(TiX1000 的红外像素高达310 万，TiX660 的红外像素高达120 万)，结合TiX 更高的热灵敏度，如TiX640/660 热灵敏度可达0.03℃，可获得锐利的图像，提供更清晰、更多细节的目标热图。
　　5 PC 上回放和分析数据。利用随热像仪提供的SmartView? 软件，优化和分析图像，并生成检测报告。您也可将结果导出至电子表格，做进一步、更详细的分析，以及互动式数据展示。
　　相关应用：
　　材料研究；摩擦力/ 碰撞/ 力学研究；车床刀具研究；发动机趋势研究；感应加热研究；
　　点胶应用；焊接/ 包装应用；其他应用：激光脱毛。
　　其他高端应用
　　设备要求：
　　1 高温目标检测：TiX 系列可以检测高达2000 ℃的高温目标，支持需要极端温度条件的检查工作。
　　2 低温目标：TiX 系列可以检测低至-40℃的低温目标，支持需要极端温度条件的检查工作。
　　3 适应更低的工作环境：TiX 系列可以在-25℃的环境下，长时间工作，适应更严酷的工作场合。
　　相关应用：
　　材料/ 发动机等高温目标检测、低温目标（培养皿保温）检测、严寒地区外部环境下/ 高低温箱内长时间检测等。

　　红外热像仪的应用范围极其广泛，并且随着红外技术的不断发展及普及，新的应用被不断开发，目前主要有以下几个应用大类。
　　科学研究
　　材料研究：有机材料、无机材料、复合材料、3D打印材料、纳米材料、弹性材料等。
　　机械与动力：新能源动力系统、制动系统、液压系统、牵引系统、传动系统、加热系统、精密加工等。
　　电子与电气：微电子、芯片、电子元器件、强电设备等。
　　土木工程：桥梁、隧道、大坝、建筑物等基建设施的渗漏、空鼓、缝隙问题、地质勘探等。
　　化学与化工：化学反应过程监测、反应设备监测、产品性能测试等。
　　动物与植物：药性及药效试验、新品种培育、动物习性、生长环境、激光脱毛、微生物体、医学研究等。
　　其它科研：考古与文物保护、空间试验、空气动力学、激光及光纤研究、爆炸研究、碰撞试验、火山研究、温室效应、沙尘暴、采矿、地震等。
　　机电设备
　　通用机电设备：传送带检测、电机检测、阀门检测、法兰泄露检测、管道检测、冷凝阀、压缩机、轴承检测等。
　　冶金加热设备：钢包、高炉风口、高炉冷却壁、高炉内衬检测、高炉送风支管检测、焦炉
　　连铸板坯、热风炉、热风炉拱顶检测、退火炉、鱼雷罐车、转炉炉衬等。
　　石化专用设备：蒸馏塔、储罐液位检测、反应器、换热器等。
　　轨道交通设备：接触网检测、电力机车车头检测、高架箱梁渗水检测、高铁高价桥梁防水层检测、黑体炉检测、接触网检测、轮轴温度检测等。
　　加工和热处理：焊接、铸件、模具、炼钢炉、转炉、鱼雷车、炉壁、金属热处里（退火、回火、淬火）、冷/热轧钢板、钢卷线材等温度量测监控等。
　　其他专用设备：滚筒干燥器、胶辊检测、吹瓶机瓶坯温度检测、金属管密封性能检测、机房应用、铅酸电池桥接检测、泡罩包装等。
　　研发品管
　　电路研发、电源检测、LED灯具散热片检测、LED灯罩检测、LED检测、LED芯片检测、LED芯片散热检测、LED照明灯具检测、医疗器械、发动机燃油喷嘴检测、塑料改性检测、模具检测、太阳能热斑、CRT检测、CD检测、PV逆变器、冰箱制冷剂泄漏检测、产品壳体温度检测、电熨斗、评测电子产品的发热、刹车片、加热座椅、轮胎、汽车电器、汽车发送机、汽车焊接机器人、汽车后风挡、汽车前风挡、汽车前照灯、电机绕组检测、锂电池检测、铅酸电池桥接检测。
　　建筑检测
　　建筑诊断：外墙空鼓、剥落、屋面渗漏、管道、热桥、节能研究、地暖检测、竣工验收等；
　　公路桥梁：可用于快速扫描公路裂纹、桥梁开裂、渗漏检查、沥青摊铺等；

　　红外热像仪的构成包5大部分：
　　1、红外镜头: 接收和汇聚被测物体发射的红外辐射；
　　2、红外探测器组件: 将热辐射型号变成电信号；
　　3、电子组件: 对电信号进行处理；
　　4、显示组件: 将电信号转变成可见光图像；
　　5、软件: 处理采集到的温度数据，转换成温度读数和图像。