紅外科普小知識(shí)

日期：2013-10-30 點(diǎn)擊數(shù)：848

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(duì)零 下都會(huì)產(chǎn)生自身的分子和原子無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，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(yuǎn)紅外、極遠(yuǎn)紅外四類，它在電磁波連續(xù)頻譜中的位置是處于無線電波與可見光之間的區(qū)域。

紅外熱像儀是利用紅外探測(cè)器、光學(xué)成像物鏡，接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測(cè)器的光敏元上。由探測(cè)器將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，成像裝置的輸出信號(hào)就可以完全一一對(duì)應(yīng)地模擬掃描物體表面溫度的空間分布，經(jīng)放大處理、轉(zhuǎn)換或標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)傳至顯示屏上，得到與物體表面熱分布相應(yīng)的熱像圖。紅外焦平面陣列是指放在光學(xué)系統(tǒng)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(gè)紅外探測(cè)器，而且與各探測(cè)器相匹配的信號(hào)放大與處理電路也集成在一起，形成一個(gè)整體，使能夠像眼睛一樣攝取目標(biāo)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(cè)距離和識(shí)別能力也有明顯提高。世界上只有少數(shù)的國家（美、法、英等）掌握了陣列焦平面制造技術(shù)。

這種熱像圖與物體表面的熱分布場(chǎng)相對(duì)應(yīng)；實(shí)質(zhì)上是被測(cè)目標(biāo)物體各部分紅外輻射的熱像分布圖。運(yùn)用這一方法，便能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)距離熱狀態(tài)圖像成像和測(cè)溫并進(jìn)行分析判斷。由于信號(hào)非常弱，與可見光圖像相比，缺少層次和立體感，因此，在實(shí)際動(dòng)作過程中為更有效地判斷被測(cè)目標(biāo)的紅外熱分布場(chǎng)，常采用一些輔助措施來增加儀器的實(shí)用功能，如圖像亮度、對(duì)比度的控制，實(shí)標(biāo)校正，偽色彩描繪等高線和直方進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算等。

二、紅外熱像儀的應(yīng)用

紅外熱像儀最早是在軍事應(yīng)用，價(jià)值昂貴，隨著熱成像技術(shù)的成熟，各種低成本適于民用的熱像儀的問世，它在國民經(jīng)濟(jì)各部門發(fā)揮著越來越大的作用。在工業(yè)生產(chǎn)中，許多設(shè)備常處于高溫、高壓和高速運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)用紅外熱像儀對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控，既能保證設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，又能發(fā)現(xiàn)異常情況以便及時(shí)排除隱患。同時(shí)，利用熱像儀還可進(jìn)行工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制和管理。可用熱像儀進(jìn)行觀測(cè)，及時(shí)采取措施檢修，防止事故發(fā)生。又如，在石化工業(yè)中，熱像儀可監(jiān)視生產(chǎn)設(shè)備和管道的運(yùn)行情況，隨時(shí)提供有關(guān)沉淀形成、流動(dòng)阻塞、漏熱溫度隔熱材料變質(zhì)等數(shù)據(jù)。再如，在電力工業(yè)中，發(fā)電機(jī)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(shí)排除，杜絕事故的發(fā)生。在電子工業(yè)中，也可用熱像儀檢查半導(dǎo)體器件、集成電路和印刷電路板等的質(zhì)量情況，發(fā)現(xiàn)其他方法難以找到的故障。

三、紅外熱像儀優(yōu)點(diǎn)

它除具有紅外測(cè)溫儀的優(yōu)點(diǎn)（如非接觸、快速）外，還具有下列優(yōu)點(diǎn)：

⑴ 直觀地顯示物體表面的溫度場(chǎng)。紅外測(cè)溫儀只能顯示物體表面某一小區(qū)域或某一點(diǎn)的溫度值，而熱像儀則可以同時(shí)測(cè)量物體表面各點(diǎn)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(cè)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(shí)顯示出兩點(diǎn)的溫度值，因而能準(zhǔn)確區(qū)分很小的溫差，甚至可達(dá)0.01；

⑶ 可采用多種顯示方式。熱像儀輸出的視頻信號(hào)包含目標(biāo)的大量信息，可用多種方式顯示出來。例如，對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)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(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，即可用數(shù)字顯示物體各點(diǎn)的溫度值；

⑷ 可進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算機(jī)處理。熱像儀輸出的視頻信號(hào)，可用數(shù)字存儲(chǔ)器存儲(chǔ)，或用錄像帶記錄，這樣既可長期保持又可用計(jì)算機(jī)作運(yùn)算處理。