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医用红外热像仪基本原理 热像仪是如何工作的

时间:2020-08-04    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     

人体是一个天然的生物恒温发热体,体表各处温度不等,当人体某处发生病变,则该处温度必将因其血流和代谢变化而产生高于或低于正常温度的仪器。红外热像仪是一种探测红外辐射的仪器,集光机扫描、电子计算机图像处理技术于一体的高技术医用设备,可将看不见的、载有人体自身大量信息的红外热场以伪彩色经过量化的图像生动地显示出来,由热色到冷色的不同色标示不同温度,从而有助于对不同的病理改变作出论断。

医用红处热像仪已在各大医院临床研究应用,并在头部、颈部、心血管、肺脏、乳腺、胃肠、肝、胆、前列腺、脊椎、四肢血管等各领域作为诊断应用,是当代医学影像技术的一个崭新科技成果。

优点

(1) 能直观反映病情,可以将全身病变及功能性改变的情况清楚地反映出来,它与临床的检查CT、X光、B超、磁共振等的结果对比,符合率高。

(2) 健康预警作用。红外热像仪能早期发现肿瘤,从患者的全身检查中较早地了解到癌症的转移倾向及手术后的恢复情况,在癌症的治疗过程中也可监测疗效。

(3) 简便、花费少,便于体检普查及跟踪检查,无辐射,无副作用,易为病员接受,带心脏起搏器不影响检查。

分析仪器热图要点

1. 熟悉人体解剖部位及其体表投影;熟悉正常人体热图,分析热图应结合解剖部位与临床表现。

2. 热图可分为正常热区(生理热区)、异常热区(病理热区)、干扰热区。

3. 对于异常热区应用测温功能测定其最高温度、最低温度、平易温度、与周边温度差及与其相对称区域温度差。

4. 炎症、肿瘤一般表现为热图像中的异常超热区,静脉炎表现为热图像中的异常热区,血栓形成表现为热图像中的冷区。囊性肿物中心温度低于周边温度,慢性软组织劳损表现为热图像中的异常热区。

仪器特性

1. 无辐射

非接触测量方式,病人无任何痛苦,无副作用,检查方便迅速,特别适用于门诊检查和人群普查初筛、体检普查。

2. 高分辨率

高清晰度彩色图像输出,直观形象,丰富的软件处理功能,即查即果,有利于提高临床确诊率。

检查项目

炎症的提示:鼻炎、副鼻窦炎、口腔炎症、咽喉炎、甲状腺炎、肺炎、胆囊炎、阑尾炎、胃肠炎、前列腺炎、附件炎等全身各部位的炎症。

肿瘤的早期预警:鼻咽癌、甲状腺癌、肺癌、乳腺癌、肝癌、胃癌、肠癌、皮肤癌等癌症的预警作用。

周围神经疾病的提示:面瘫、面肌痉挛、偏头痛、三叉神经痛的提示,针灸选穴及疗效评价。

皮肤疾病的提示与研究,烧伤与冻伤面积与深度的测定,植皮疗效的观察。

疑难病症分析、疗效跟踪、医学教学研究。

电力设备的故障有多种多样,但大多数都伴有发热的现象。从红外诊断的角度看,通常分为外部故障和内部故障。众所周知,电力系统运行中,载流导体会因为电流效应产生电阻损耗,而在电能输送的整个回路上存在数量繁多的连接件、接头或触头。在理想情况下,输电回路中的各种连接件、接头或触头接触电阻低于相连导体部分的电阻,那么,连接部位的损耗发热不会高于相邻载流导体的发热,然而一旦某些连接件、接头或触头因连接不良,造成接触电阻增大,该部位就会有更多的电阻损耗和更高的温升,从而造成局部过热。此类通常属外部故障。

外部故障的特点是:局部温升高,易用红外热像仪发现,如不能及时处理,情况恶化快,易形成事故,造成损失。外部故障占故障比例较大。

所谓高电压电器设备的内部故障,主要是指封闭在固体绝缘以及设备壳体内部的电气回路故障和绝缘介质劣化引起的各种故障。由于这类故障出现在电气设备的内部,因此反映的设备外表的温升很小,通常只有几K。检测这种故障对检测设备的灵敏度要求较高。

内部故障的特点是:故障比例小,温升小,危害大,对红外检测设备要求高。

根据相关单位提供的长期实测数据及大量案例的综合统计,电力设备外部热缺陷一般占设备缺陷总指数的90%~93%,内部热缺陷仅占7%~10%左右。

在电力行业,很早就将热像仪运用于设备的安全检修上,通过其对电气设备和线路的热缺陷进行探测,如变压器、套管、断路器、刀闸、互感器、电力电容器、避雷器、电力电缆、母线、导线、组合电器、绝缘子串、低压电器以及具有电流、电压致热效应或其他致热效应的设备的二次回路等,这对于及时发现、处理、预防重大事故的发生可以起到非常关键而有效的作用。

所谓电气设备热缺陷,通常是指通过一定手段检测得到,由于其内在或外在原因所造成的的发热现象。

根据缺陷所产生的原因不同,我们通常归纳为3 种:一种是长期暴露在空气中的部件,由于温度湿度的影响,或表面结垢而引起的接触不良,或由于外力作用所引起的部件损伤,因而使得的导电截面积减少而产生的发热。如接头连接不良,螺栓,垫圈未压紧;长期运行腐蚀氧化;大气中的活性气体、灰尘引起的腐蚀;元器件材质不良,加工安装工艺不好造成导体损伤;机械振动等各种原因所造成的导体实际截面降低;负荷电流不稳或超标等。

另一类是由于电器内部本身故障,如内部连接部件接触不良导致的电阻过大;绝缘材料老化、开裂、脱落;内部元件受潮,元气件损耗增大;冷却介质管路阻塞等等。

对于那些可以直接观察到的设备及元气件,红外热像仪都能够发现所有连接点的热隐患。对于那些由于被遮挡而无法直接看到的部分,则可以根据其热量传递到外面部件上的情况加以分析,从而得出结论。由于现场的实际情况千变万化,即便你通过热像仪得到了一张有热点的图片,要想作出一个精确的判断,可能会受许多因素的影响。如当前的温度,风量,负荷等情况。我们可以根据不同的特点,作相关的分析,作出相应的判断如:

为保证电力生产安全高效运行,对电力设备状态检修提出了更高的要求。由于状态检修主要依赖于对运行中设备的状态检测以及在线监测手段,所以,电力设备运行状态检测和在线监测在电力安全生产中始终起着重要的作用。红外成像技术作为一门新技术,在电力设备运行状态检测中有着无比的优越性。红外成像是以设备的热状态分布为依据对设备运行状态良好与否进行诊断,它具有不停运、不接触、远距离、快速、直观地对设备的热状态进行成像。由于设备的热像图是设备运行状态下热状态及其温度分布的真实描写,而电力设备在运行状态下的热分布正常与否是判断设备状态良好与否的一个重要特征,因而。采用红外成像技术可以通过对设备热像图的分析来诊断设备的状态及其隐患缺陷。

采用红外成像技术可开展以下电力设备状态检测与故障诊断工作。

● 高压电气设备运行状态检测与内、外中心故障诊断:

● 各类导电接头、线夹、接线桩头氧化腐蚀以及连接不良缺陷;

● 各类高压开关内中心触头接触不良缺陷;

● 隔离刀闸刀口与触片以及转动帽与球头结合 不良缺陷;

● 各类CT一次内中心及外中心连接不良缺陷、本体及油绝缘不良缺陷以及内中心铁芯、线圈异常不良过热陷;

● 各类PT绝缘不良缺陷、缺油以及内中心铁芯、线圈异常不良过热缺陷;

● 各类电容器过热、耦合电容器油绝缘不良和缺油(低油位)缺陷;

● 各类避雷器内中心受潮缺陷、内中心元件老化或非线性特性异变缺陷;

● 各类绝缘瓷瓶表面污秽缺陷,零值绝缘子检测,劣化瓷瓶检测;

● 发电机运行状态检测、电刷与集电环接触状态检测、内中心过热检测;

● 电力变压器箱体异常过热,涡流过热,高、低压套管上、下两端连接不良以及充油套管缺油(低油位)缺陷;

● 各类电动机轴瓦接触不良以及本体内、外中心异常过热。

需要将大量商品储存在温度远低于零摄氏度的环境中的企业一般安装有大型步入式冷冻柜。这些大型冷冻柜能将整个房间的商品(通常是食品)维持在极低的温度。但 的弊端是:制冷需要耗费大量能源。因此,防止外部热量渗入尤为重要。为确保冷冻柜的隔热性能正常,热像师利用红外热像仪对隔热材料进行检测。

来自荷兰乌登热成像及热成像咨询公司的热像师Dennis van Est解释道:“检测步入式冷冻柜、冷藏室和其它类型的大型商用制冷设备实质上与检测楼宇的隔热情况如出一辙。 不同之处在于隔热方向。 在楼宇隔热检测中,我们通常设法检测的是从楼宇内部渗漏到外界空气中的热量,而对制冷设备的检测却恰恰相反。但两者的热渗漏原理是一样的。”

热成像顾问Van Est被派到吕伐登检测两台步入式冷冻柜。他说:“一旦出现热渗漏,便会给能源账单徒增一项巨额花费。尽早检测出热渗漏有助于所有者修复隔热缺陷,防止能源成本暴涨。随着能源价格不断攀升,对冷藏库或冷冻柜进行隔热检测的需求也逐渐增加。”

热桥

Van Est发现其受雇进行检测的大多数步入式冷冻柜和冷藏室中都存在隔热问题。“别看我正在检测的这台冷冻柜似乎隔热性能良好,但你会惊讶于新建制冷设备出现不良结构的频率之高。有时是隔热板之间的接合处未得到妥善保护,从而形成热桥,导致大量不必要的能耗。还有些时候,随着时间推移,老旧设备可能因为磨损而产生隔热不良。检测这两种情况下的隔热缺陷的方式就是利用红外热像仪。其它方式,如点温仪等,则很容易遗漏可借助红外热成像轻松检测到的问题,的确不适用于此类检测。”

Van Est认为红外热像仪的质量对于这些检测而言至关重要。“你需要高品质红外热像仪才能检测到冷冻柜隔热层中的热桥。热灵敏度和精度也都十分重要,但我认为图像分辨率也很关键。你需要能够判读从红外热像仪中看到的一切,如果你使用的红外热像仪所产生的热图像的分辨率低于当前行业标准规定的640×480像素,那么你将丢失许多做出正确结论所需的信息。”

出色的工具

据Van Est所说,FLIR P640红外热像仪是用于执行这些检测的出色工具。“FLIR P640红外热像仪的图像分辨率为640×480,热灵敏度为30 mK(0.03℃),精度达±2℃或热图像读数±2%,品质。该型号的红外热像仪操作简便,易于使用。 尤其是与其他制造商生产的热像仪相比时,你会发现它无论在图像质量还是其设计的用户友好性方面均。为了防止背部和胳膊酸痛,其人体工程学设计对我来说也很重要。”

隔热检测应用红外热像仪的另外一个重要特性在于其校准范围。Van Est说:“FLIR P640红外热像仪低校准温度为-40℃,这对实现的温度测量而言尤为重要。大多数冷冻柜的温度都保持在-20℃至-30℃之间。而且,即使温度稍低于校准范围(个别冷冻机需要将物品冷却至-50℃甚至-60℃),FLIR P640红外热像仪仍可有效发现隔热渗漏。”

培训的重要性

然而,使用出众的热像仪只是成功解决方案的一半。“尽管热像仪的质量至关重要,但热像师的知识技能也不容小觑。”乌登热成像及热成像咨询公司商业经理Ralf Grispen说道:“因此,我们确保我们所有检测员至少持有FLIR红外培训中心(ITC)颁发的一级热成像证书,持有二级证书者尤佳。我们选择FLIR的理由之一就是:FLIR不仅生产拥有上乘品质的红外热像仪,由其ITC提供的附带培训也十分受用。”

Van Est总结道:“伴随高品质红外热像仪和实用性培训而来的是高价格,但其物超所值。我们有数台FLIR红外热像仪,其应用十分广泛,包括楼宇隔热检测、工业维护检测、暖通空调(HVAC)系统检测、飞机复合材料防水检测、制冷设备隔热检测。事实上,检测到哪里,我们就会将这些热像仪带到哪里。”



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