紅外科普小知識

日期:2013-10-30 點擊數:567

一、紅外熱像儀原理

紅外線輻射是自然界存在的一種最為廣泛的電磁波輻射,溫度在絕對零 下都會產生自身的分子和原子無規則的運動,并不停地輻射出熱紅外能量,分子和原子的劇烈,輻射的能量愈大,反之,輻射的能量愈小。紅外線的波長在0.76~100μm之間,按波長的范圍可分為近紅外、中紅外、遠紅外、極遠紅外四類,它在電磁波連續頻譜中的位置是處于無線電波與可見光之間的區域。

紅外熱像儀是利用紅外探測器、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上。由探測器將紅外輻射能轉換成電信號,成像裝置的輸出信號就可以完全一一對應地模擬掃描物體表面溫度的空間分布,經放大處理、轉換或標準視頻信號傳至顯示屏上,得到與物體表面熱分布相應的熱像圖。紅外焦平面陣列是指放在光學系統上的一塊芯片,在這塊如同郵票大小的芯片上,不僅集成了成千上萬個紅外探測器,而且與各探測器相匹配的信號放大與處理電路也集成在一起,形成一個整體,使能夠像眼睛一樣攝取目標的完整圖像,而且縮小了體積,降低了功耗。不僅如此,由于CCD成像器件具有更高的靈敏度和熱分辨率,使探測距離和識別能力也有明顯提高。世界上只有少數的國家(美、法、英等)掌握了陣列焦平面制造技術。

這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應;實質上是被測目標物體各部分紅外輻射的熱像分布圖。運用這一方法,便能實現對目標進行遠距離熱狀態圖像成像和測溫并進行分析判斷。由于信號非常弱,與可見光圖像相比,缺少層次和立體感,因此,在實際動作過程中為更有效地判斷被測目標的紅外熱分布場,常采用一些輔助措施來增加儀器的實用功能,如圖像亮度、對比度的控制,實標校正,偽色彩描繪等高線和直方進行數學運算等。

二、紅外熱像儀的應用

紅外熱像儀最早是在軍事應用,價值昂貴,隨著熱成像技術的成熟,各種低成本適于民用的熱像儀的問世,它在國民經濟各部門發揮著越來越大的作用。在工業生產中,許多設備常處于高溫、高壓和高速運行狀態,應用紅外熱像儀對這些設備進行檢測和監控,既能保證設備的安全運轉,又能發現異常情況以便及時排除隱患。同時,利用熱像儀還可進行工業產品質量控制和管理。可用熱像儀進行觀測,及時采取措施檢修,防止事故發生。又如,在石化工業中,熱像儀可監視生產設備和管道的運行情況,隨時提供有關沉淀形成、流動阻塞、漏熱溫度隔熱材料變質等數據。再如,在電力工業中,發電機組、高壓輸電和配電線路可用熱像儀沿線掃查,找出故障隱患,及時排除,杜絕事故的發生。在電子工業中,也可用熱像儀檢查半導體器件、集成電路和印刷電路板等的質量情況,發現其他方法難以找到的故障。

三、紅外熱像儀優點

它除具有紅外測溫儀的優點(如非接觸、快速)外,還具有下列優點:

⑴ 直觀地顯示物體表面的溫度場。紅外測溫儀只能顯示物體表面某一小區域或某一點的溫度值,而熱像儀則可以同時測量物體表面各點溫度的高低,并以圖像形式顯示出來。

⑵ 溫度分辨率高。紅外測溫儀由于各種因素的影響,很難分辨0.1以下的溫差,而熱像儀由于可以同時顯示出兩點的溫度值,因而能準確區分很小的溫差,甚至可達0.01;

⑶ 可采用多種顯示方式。熱像儀輸出的視頻信號包含目標的大量信息,可用多種方式顯示出來。例如,對視頻信號進行假彩色處理,便可由不同顏色顯示不同溫度的熱圖像;若反視頻信號進行模數轉換處理,即可用數字顯示物體各點的溫度值;

⑷ 可進行數據存儲和計算機處理。熱像儀輸出的視頻信號,可用數字存儲器存儲,或用錄像帶記錄,這樣既可長期保持又可用計算機作運算處理。

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