是什么原因促使红外热像仪迅速走进市场 热像仪是如何工作的

是什么原因促使红外热像仪迅速走进市场？ 几乎所有利用或者发射能量的物体在发生故障前都会产生发热现象。保证电气和机械系统运行可靠性的关键便是对能源的有效管理。现在，红外成像技术已毋庸质疑地成为预防性维护领域比较有效的检测工具，它能够在设备发生故障之前，快速、准确、安全的发现故障。在一个电气接点发生故障之前及时发现并进行维修，可以节省或避免因此造成的生产停工、产量下降、能源损耗、火灾甚至灾难性故障所带来的高昂代价。 但是仅仅通过红外图像来发现问题是远远不够的。事实上，一台只能生成红外图像而无法测量温度的红外热像仪并不能反映电气或者机械故障的所有情况。如果一份缺乏简单快速的检测数据的分析报告是无法准确将可能引发故障的热点和设备正常运转的热点进行有效区分，因此无法做出及时的维修方案 红外热像仪的原理及应用
 1672年，人们发现太阳光（白光）是由各种颜色的光复合而成，同时，牛顿做出了单色光在性质上比白色光更简单的著名结论。使用分光棱镜就把太阳光（白光）分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各色单色光。1800年，英国物理学家F.W.赫胥尔从热的观点来研究各种色光时，发现了红外线。他在研究各种色光的热量时，有意地把暗室的唯一的窗户用暗板堵住，并在板上开了一个矩形孔，孔内装一个分光棱镜。当太阳光通过棱镜时，便被分解为彩色光带，并用温度计去测量光带中不同颜色所含的热量。为了与环境温度进行比较，赫胥尔用在彩色光带附近放几支作为比较用的温度计来测定周围环境温度。试验中，他偶然发现一个奇怪的现象：放在光带红光外的一支温度计，比室内其他温度的批示数值高。经过反复试验，这个所谓热量较多的高温区，总是位于光带最边缘处红光的外面。于是他宣布太阳发出的辐射中除可见光线外，还有一种人眼看不见的“热线”，这种看不见的“热线”位于红色光外侧，叫做红外线。红外线是一种电磁波，具有与无线电波及可见光一样的本质，红外线的发现是人类对自然认识的一次飞跃，对研究、利用和发展红外技术领域开辟了一条全新的广阔道路。
红外线的波长在0.76～100μm之间，按波长的范围可分为近红外、中红外、远红外、极远红外四类，它在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域。红外线辐射是自然界存在的一种较为广泛的电磁波辐射，它是基于任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停地辐射出热红外能量，分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大，反之，辐射的能量愈小。
温度在绝对零度以上的物体，都会因自身的分子运动而辐射出红外线。通过红外探测器将物体辐射的功率信号转换成电信号后，成像装置的输出信号就可以完全一一对应地模拟扫描物体表面温度的空间分布，经电子系统处理，传至显示屏上，得到与物体表面热分布相应的热像图。运用这一方法，便能实现对目标进行远距离热状态图像成像和测温并进行分析判断。
1.1热像仪原理
红外热像仪是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统（目前先进的焦平面技术则省去了光机扫描系统）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上，在光学系统和红外探测器之间，有一个光机扫描机构（焦平面热像仪无此机构）对被测物体的红外热像进行扫描，并聚焦在单元或分光探测器上，由探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热像图。这种热像图与物体表面的热分布场相对应；实质上是被测目标物体各部分红外辐射的热像分布图由于信号非常弱，与可见光图像相比，缺少层次和立体感，因此，在实际动作过程中为更有效地判断被测目标的红外热分布场，常采用一些辅助措施来增加仪器的实用功能，如图像亮度、对比度的控制，实标校正，伪色彩描绘等技术
1.2热像仪的发展
1800年，英国物理学家F. W.赫胥尔发现了红外线，从此开辟了人类应用红外技术的广阔道路。在第二次世界大战中，德国人用红外变像管作为光电转换器件，研制出了主动式夜视仪和红外通信设备，为红外技术的发展奠定了基础。
二次世界大战后，首先由美国德克萨兰仪器公司经过近一年的探索，开发研制的第一代用于军事领域的红外成像装置，称之为红外寻视系统（FLIR），它是利用光学机械系统对被测目标的红外辐射扫描。由光子探测器接收两维红外辐射迹象，经光电转换及一系列仪器处理，形成视频图像信号。这种系统、原始的形式是一种非实时的自动温度分布记录仪，后来随着五十年代锑化铟和锗掺汞光子探测器的发展，才开始出现高速扫描及实时显示目标热图像的系统。
六十年代早期，瑞典AGA公司研制成功第二代红外成像装置，它是在红外寻视系统的基础上以增加了测温的功能，称之为红外热像仪。
开始由于保密的原因，在发达的国家中也仅限于军用，投入应用的热成像装置可的黑夜或浓厚幕云雾中探测对方的目标，探测伪装的目标和高速运动的目标。由于有国家经费的支撑，投入的研制开发费用很大，仪器的成本也很高。以后考虑到在工业生产发展中的实用性，结合工业红外探测的特点，采取压缩仪器造价。降低生产成本并根据民用的要求，通过减小扫描速度来提高图像分辨率等措施逐渐发展到民用领域。
六十年代中期，AGA公司研制出第一套工业用的实时成像系统（THV），该系统由液氮致冷，110V电源电压供电，重约35公斤，因此使用中便携性很差，经过对仪器的几代改进，1986年研制的红外热像仪已无需液氮或高压气，而以热电方式致冷，可用电池供电；1988年推出的全功能热像仪，将温度的测量、修改、分析、图像采集、存储合于一体，重量小于7公斤，仪器的功能、精度和可靠性都得到了显著的提高。
九十年代中期，美国FSI公司首先研制成功由军用技术（FPA）转民用并商品化的新一红外热像仪（CCD）属焦平面阵列式结构的一种凝成像装置，技术功能更加先进，现场测温时只需对准目标摄取图像，并将上述信息存储到机内的PC卡上，即完成全部操作，各种参数的设定可回到室内用软件进行修改和分析数据，最后直接得出检测报告，由于技术的改进和结构的改变，取代了复杂的机械扫描，仪器重量已小于二公斤，使用中如同手持摄像机一样，单手即可方便地操作。
如今，红外热成像系统已经在电力、消防、石化以及医疗等领域得到了广泛的应用。红外热像仪在世界经济的发展中正发挥着举足轻重的作用。
1.3热像仪分类
红外热像仪一般分光机扫描成像系统和非扫描成像系统。光机扫描成像系统采用单元或多元（元数有8、10、16、23、48、55、60、120、180甚至更多）光电导或光伏红外探测器，用单元探测器时速度慢，主要是帧幅响应的时间不够快，多元阵列探测器可做成高速实时热像仪。非扫描成像的热像仪，如近几年推出的阵列式凝视成像的焦平面热像仪，属新一代的热成像装置，在性能上大大优于光机扫描式热像仪，有逐步取代光机扫描式热像仪的趋势。其关键技术是探测器由单片集成电路组成，被测目标的整个视野都聚焦在上面，并且图像更加清晰，使用更加方便，仪器非常小巧轻便，同时具有自动调焦图像冻结，连续放大，点温、线温、等温和语音注释图像等功能，仪器采用PC卡，存储容量可高达500幅图像。
红外热电视是红外热像仪的一种。红外热电视是通过热释电摄像管（PEV）接受被测目标物体的表面红外辐射，并把目标内热辐射分布的不可见热图像转变成视频信号，因此，热释电摄像管是红外热电视的光键器件，它是一种实时成像，宽谱成像（对3～5μm及8～14μm有较好的频率响应）具有中等分辨率的热成像器件，主要由透镜、靶面和电子枪三部分组成。其技术功能是将被测目标的红外辐射线通过透镜聚焦成像到热释电摄像管，采用常温热电视探测器和电子束扫描及靶面成像技术来实现的。热像仪的主要参数有：
1.3.1工作波段；工作波段是指红外热像仪中所选择的红外探测器的响应波长区域，一般是3～5μm或8～12μm。
1.3.2探测器类型；探测器类型是指使用的一种红外器件。是采用单元或多元（元数8、10、16、23、48、55、60、120、180等）光电导或光伏红外探测器，其采用的元素有硫化铅（PbS）、硒化铅（PnSe）、碲化铟（InSb）、碲镉汞（HgCdTe）、碲锡铅（PbSnTe）、锗掺杂（Ge：X）和硅掺杂（Si：X）等。
1.3.3扫描制式；一般为我国标准电视制式，PAL制式。
1.3.4显示方式；指屏幕显示是黑白显示还是伪彩显示。
1.3.5温度测定范围；指测定温度的最低限与最高限的温度值的范围。
1.3.6测温准确度；指红外热像仪测温的最大误差与仪器量程之比的百分数。
1.3.7最大工作时间；红外热像仪允许连续的工作时间。 红外热像仪是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。红外热像仪可以应用在科学研究、电气设备、机电设备、建筑检测、军事及安防等领域，那如何选购一台合适自身应用需求的红外热像仪呢？

一、像素

首先要确定购买红外热像仪的像素级别，大多红外热像仪的级别和像素有关。民用红外热像仪中相对高端的产品像素为640*480=307,200，此高端红外热像仪拍摄的红外图片清晰细腻，在12米处测量的最小尺寸是0.5*0.5cm；中端红外热像仪的像素为320*240=76,800，在12米处测量的最小尺寸是1*1cm；低端红外热像仪的像素为160*120=19,200，在12米处测量的最小尺寸是2*2cm。可见像素越高所能拍摄目标的最小尺寸越小，下图为三个级别像素红外热图片的比较：

二、测温范围和被测物

根据被测物体的温度范围确定测温范围，来选择合适温度段的红外热像仪。目前市场上的红外热像仪大多会分成几个温度档，比如-40-120℃ 0-500℃，并不是温度档跨度越大越好，温度档的跨度小测温相对会更准确些。另外一般红外热像仪需要测量500℃以上的物体时，则需要配备相应的高温镜头。

三、温度分辨率

温度分辨率体现了一台红外热像仪的温度敏感性，温度分辨率越小红外热像仪对温度的变化感知越明显，选择时尽量选择此参数值小的产品。红外热像仪测试被测物的主要目的是通过温度差异找出温度故障点，测量单个点的温度值并没有太大意义，主要是通过温度差异来找相对的热点，起到预维护的作用。

四、空间分辨率

简单来说，空间分辨率数值越小则空间分辨率越高，测温越准确，空间分辨率数值越小时，被测最小目标可以覆盖红外热像仪的像素，测试的温度即被测目标的真实温度。如果空间分辨率数值越大则空间分辨率越低，被测的最小目标不能完全覆盖红外热像仪的像素，测试目标就会受到其环境辐射的影响，测试温度是被测目标及其周围温度的平均温度，数值不够准确。见下图比较：

左图为高空间分辨率，被测点的温度更准确；右图空间分辨率低，测试温度为被测点及其周围环境温度的平均值，测温不准。

五、温度稳定性

红外热像仪的核心部件为红外探测器，目前主要有两种探测器，即氧化钒晶体和多晶硅探测器。氧化钒探测器主要的优势是测温视域MFOV（Measurement Field of View）为1，温度测量是精确到1个像素点。Amorphous Silicon（多晶体硅）传感器， MFOV为9，即每点的温度是基于3×3=9个像素点平均而获得。氧化钒探测器的温度稳定性好、寿命长，温度漂移小。

六、红外与可见光图像的组合功能

如果红外图像和可见光图像组合显示就减少了大量工作，可根据可见光图片来判断红外图片中热点的未知，同时报告自动生成也会大大减少操作时间。

七、售后服务支持及定期校准

红外热像仪每隔几年都要用黑体辐射校正源进行温度校来确保温度检测的准确性，这需要供应商具有强大的售后能力和校准服务条件。菲力尔（FLIR）已在中国的上海、北京、广州、成都开设了分公司，且在上海设有中国区售后服务中心，为中国客户提供售后服务和标定校准服务。

八、专业的培训

红外热像仪使用有很多操作技巧，分析红外图像来提高生产质量需要专业的报告支持，这就需要供应商能提供专业高品质的培训，菲力尔（FLIR）红外培训中心（ITC）每年都会在中国四大城市（北京、上海、广州、成都）开设课程，且ITC已在全球50多个国家内开设培训课程，可提供1级、2级和3级课程，高级应用课程和网络教学课程、定制化解决方案及现场服务。 红外热像检测在消防检测中的应用红外热像检测在消防检测种主要用于运用红外检测技术判断电气火灾隐患。随着经济建设的发展和人民生活水平的提高，各种电气设备数量的与日俱增，电气产品质量、工程设计施工安装和运行管理等方面存在的诸多问题，最终集中表现为电气设备和线路运行中存在某些电气事故隐患和电气火灾隐患，极易酿成火灾，造成惨重的财产损失和重大的人员伤亡。因此，在防火安全检查中，对电气设备和线路进行电气安全检测，判定电气火灾隐患的存在部位和严重程度，及时采取措施排除隐患，可以有效地防止和减少电气火灾的发生。红外检测技术就是电气安全检测的一种重要手段。电气设备在正常运行时均会发热升温，电气故障形成和发展的过程，绝大多数都与发热升温有关。用户使用电气设备过程中，导电回路部分存在大量的接头、触头或连接件，如果导电回路连接处发生故障，就会引起接触电阻过大，当负荷电流通过时，必然导致局部过热；如果电气设备的绝缘层出现老化或破损，将造成绝缘介质损耗过大，在运行电压的作用下，会产生过热；另外，随意装接用电设备，也会使导线因载流量过大而出现过热现象，这些过热处就成为了电气火灾的隐患。红外检测仪器可以检测到这种过热型火灾隐患发射出的红外辐射能量，并将其转换成相应的电信号，经过专门的电信号处理系统进行处理，最后再经成像装置得到与物体表面温度相对应的热像图，确定过热点位置和温度。这就是红外检测技术检测电气火灾隐患的依据。

灭火

在火灾扑救中，热像仪还被用于确定火灾中心位置、燃烧程度和蔓延情况。通过热像仪对火场进行观测，得到火灾燃烧和蔓延情况，确定火灾的中心位置。根据得到的信息，火场指挥员就可以正确地布置力量，有效地进行灭火。

利用热像仪还能对建筑的完整性进行实时监视。当消防队员进入到建筑内部进行营救和灭火时，利用热像仪对建筑的完整性进行监视，当建筑的完整性遭到破坏时，及时通知消防队员撤离建筑，以避免造成人员的伤亡。

由于热像仪不仅能测知物体表面温度，而且能显示物体的温度分布情况，形成所谓的“热图”，可给消防队员提供物体状态的更多信息，因此热像仪还被用于对火场中的危险品进行监测，获得危险品的温度变化情况，可为火灾扑救工作提供参考，便于指挥员及时调整战斗方案。

搜救

由一个指导小组和几个营救小组共同进行。

指导小组的主要任务是利用热像仪进行搜寻工作，确定受害者的确切位置。同时，指导小组还必须确定最安全、比较有效地通过建筑的途径，布置出一条能指引队员撤出建筑的绳索标记线。

当发现受害者，他们指派营救小组去进行营救，并使其沿设好的标记线撤出建筑。

当有灭火小组为指导小组提供保护时，水带也可以被当作地标。

质量检测

由于机械或电器设备制造问题引起的火灾和爆炸是调查人员经常关心的问题。

例如在一座房屋中，因加热器故障引起火灾，里面一个人因烟雾致死。当对一个落地式加热器检查时，只要它与引起火灾的那个加热器完全一样，取得这种加热器工作时的热图像，便可以看到热图像上的热点在高温限制开关附近，判断出故障是由铜线引起的，这种故障足以点燃加热器内部的碎片和粉末，以及保护高限开关的底盒。在热图像上看到的高温亮点超过了电线绝缘的温度额定值。电线在这种环境中，绝缘老化必然导致短路，引起失火，热图像不仅提供了定量的温度值，而且也对故障产生的方式提供了明显而直观的描述。

电气火灾原因分析漏电

电线或其支架材料的绝缘能力差，以致导线之间或导线与大地间有微量的电流通过，漏电的电火花能成为火灾的着火源。

短路

在电气线路上，由于各种原因，电势不同的两点相接或相碰，产生电流突然增大的现象。由于短路回路中的电流很大，在短路点上极易产生强烈的电火花和电弧，并使导线的金属导体出现熔化和剥蚀缺损的痕迹，这种强烈的短路电弧和熔化的高温金属都能引起可燃物质燃烧。通过短路回路电流的导线，由于极短的时间内发热量很大，甚至会引起短路回路中的导线的绝缘层迅速燃烧，并能引起导线附近的可燃物燃烧，从而造成火灾。

过载

指导线中通过的电流量超过安全电流值。由于导线本身具有电阻，通过电流时就会发热，通过电流量越大，发热量就越大，导线绝缘层温度就越高。一旦绝缘导线的温度超过最高允许工作温度，导线的绝缘层就会加速老化，甚至发生燃烧，引起火灾事故。

接触电阻过大

在电源线的连接处和电源线与开关、保护装置及较大的用电设备连接的地方，由于接触不良，使接触部位的局部电阻过大。在有较大电流通过电气回路，并遇接触电阻过大时，在其局部范围会产生极大的热量，可以使金属变色甚至熔化，并引起电气线路的绝缘层、附近的可燃物及积落的可燃粉尘着火，引起火灾。

消防电检的设备

1、变配电装置；
2、高低压电气线路；
3、各种电气设施；
4、电气开关、插头、插座、电工元器件；
5、电气照明及装置；
6、中央空调电气设施、电梯电气设施；
7、控制电器和保护电器装置、接地装置；
8、各种消防设备、设施的电气部分。

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