紅外測溫儀技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮巨大作用
發(fā)布日期：2014-07-08
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紅外線(xiàn)測溫儀技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中，在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監測，設備在線(xiàn)故障診斷和安全保護以及節約能源等方面發(fā)揮了著(zhù)重要作用。近20 年來(lái)，非接觸紅外測溫儀在技術(shù)上得到迅速發(fā)展，性能不斷完善，功能不斷增強，品種不斷增多，適用范圍也不斷擴大，市場(chǎng)占有率逐年增長(cháng)。比起接觸式測溫方法，紅外線(xiàn)測溫儀有著(zhù)響應時(shí)間快、非接觸、使用安全及使用壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)。非接觸紅外線(xiàn)測溫儀包括便攜式、在線(xiàn)式和掃描式三大系列，并備有各種選件和計算機軟件，每一系列中又有各種型號及規格。在不同規格的各種型號測溫儀中，正確選擇紅外線(xiàn)測溫儀型號對用戶(hù)來(lái)
說(shuō)是十分重要的。
紅外檢測技術(shù)是“九五”國家科技成果重點(diǎn)推廣項目，紅外檢測是一種在線(xiàn)監測不停電式高科技檢測技術(shù)，它集光電成像技術(shù)、計算機技術(shù)、圖像處理技術(shù)于一身，通過(guò)接收物體發(fā)出的紅外線(xiàn)紅外輻射，將其熱像顯示在熒光屏上，從而準確判斷物體表面的溫度分布情況，具有準確、實(shí)時(shí)、快速等優(yōu)點(diǎn)。任何物體由于其自身分子的運動(dòng)，不停地向外輻射紅外熱能，從而在物體表面形成一定的溫度場(chǎng)，俗稱(chēng)“熱像”。紅外診斷技術(shù)正是通過(guò)吸收這種紅外輻射能量，測出設備表面的溫度及溫度場(chǎng)的分布，從而判斷設備發(fā)熱情況。目前應用紅外診技術(shù)的測試設備比較多，如紅外測溫儀、紅外熱電視、紅外熱像儀等等。像紅外熱電視、紅外熱像儀等設備利用熱成像技術(shù)將這種看不見(jiàn)的“熱像”轉變成可見(jiàn)光圖像，使測試效果直觀(guān)，靈敏度高，能檢測出設備細微的熱狀態(tài)變化，準確反映設備內部、外部的發(fā)熱情況，可靠性高，對發(fā)現設備隱患非常有效。
紅外診斷技術(shù)對電氣設備的早期故障缺陷及絕緣性能做出可靠的預測，使傳統電氣設備的預防性試驗維修預防試驗是50 年代引進(jìn)前蘇聯(lián)的標準提高到預知狀態(tài)檢修，這也是現代電力企業(yè)發(fā)展的方向。特別是現在大機組、超高電壓的發(fā)展，對電力系統的可靠運行，關(guān)系到電網(wǎng)的穩定，提出了越來(lái)越高的要求。隨著(zhù)現代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展成熟與日益完善，利用紅外狀態(tài)監測和診斷術(shù)具有遠距離、不接觸、不取樣、不解體，又具有準確、快速、直觀(guān)等特點(diǎn)，實(shí)時(shí)地在線(xiàn)監測和診斷電氣設備大多數故障幾乎可以覆蓋所有電氣設備各種故障的檢測。它備受?chē)鴥韧怆娏π袠I(yè)的重視國外70 年代后期普遍應用的一種先進(jìn)狀態(tài)檢修體制，并得到快速發(fā)展。紅外檢測技術(shù)的應用，對提高電氣設備的可靠性與有效性，提高運行經(jīng)濟效益，降低維修成本都有很重要的意義。
是目前在預知檢修領(lǐng)域中普遍推廣的一種很好手段，又能使維修水平和設備的健康水平上一個(gè)臺階。
采用紅外成像檢測技術(shù)可以對正在運行的設備進(jìn)行非接觸檢測，拍攝其溫度場(chǎng)的分布、測量任何部位的溫度值，據此對各種外部及內部故障進(jìn)行診斷，具有實(shí)時(shí)、遙測、直觀(guān)和定量測溫等優(yōu)點(diǎn)，用來(lái)檢測發(fā)電廠(chǎng)、變電所和輸電線(xiàn)路的運轉設備和帶電設備非常方便、有效。
利用熱像儀檢測在線(xiàn)電氣設備的方法是紅外溫度記錄法。紅外溫度記錄法是工業(yè)上用來(lái)無(wú)損探測，檢測設備性能和掌握其運行狀態(tài)的一項新技術(shù)。與傳統的測溫方式如熱電偶、不同熔點(diǎn)的蠟片等放置在被測物表面或體內相比，熱像可在一定距離內實(shí)時(shí)、定量、在線(xiàn)檢測發(fā)熱點(diǎn)的溫度，通過(guò)掃描，還可以繪出設備在運行中的溫度梯度熱像圖，而且靈敏度高，不受電磁場(chǎng)干擾，便于現場(chǎng)使用。它可以在-20℃～2000℃的寬量程內以0.05℃的高分辨率檢測電氣設備的熱致故
障，揭示出如導線(xiàn)接頭或線(xiàn)夾發(fā)熱，以及電氣設備中的局部過(guò)熱點(diǎn)等等。
帶電設備的紅外診斷技術(shù)是一門(mén)新興的學(xué)科。它是利用帶電設備的致熱效應，采用專(zhuān)用設備獲取
從設備表面發(fā)出的紅外輻射信息，進(jìn)而判斷設備狀況和缺陷性質(zhì)的一門(mén)綜合技術(shù)。
2.紅外線(xiàn)測溫儀基礎理論
1672 年，人們發(fā)現太陽(yáng)光（白光）是由各種顏色的光復合而成，同時(shí)，牛頓做出了單色光在性質(zhì)上比白色光更簡(jiǎn)單的著(zhù)名結論。使用分光棱鏡就把太陽(yáng)光（白光）分解為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等各色單色光。1800 年，英國物理學(xué)家F. W. 赫胥爾從熱的觀(guān)點(diǎn)來(lái)研究各種色光時(shí)，發(fā)現了紅外線(xiàn)。他在研究各種色光的熱量時(shí)，有意地把暗室的唯一的窗戶(hù)用暗板堵住，并在板上開(kāi)了一個(gè)矩形孔，孔內裝一個(gè)分光棱鏡。當太陽(yáng)光通過(guò)棱鏡時(shí)，便被分解為彩色光帶，并用溫度計去測量光帶中不同顏色所含的熱量。為了與環(huán)境溫度進(jìn)行比較，赫胥爾用在彩色光帶附近放幾支作為比較用的溫度計來(lái)測定周?chē)h(huán)境溫度。試驗中，他偶然發(fā)現一個(gè)奇怪的現象：放在光帶紅光外的一支溫度計，比室內其他溫度的批示數值高。經(jīng)過(guò)反復試驗，這個(gè)所謂熱量更多的高溫區，總是位于光帶最邊緣處紅光的外面。于是他宣布太陽(yáng)發(fā)出的輻射中除可見(jiàn)光線(xiàn)外，還有一種人眼看不見(jiàn)的“熱線(xiàn)”，這種看不見(jiàn)的“熱線(xiàn)”位于紅色光外側，叫做紅外線(xiàn)。紅外線(xiàn)是一種電磁波，具有與無(wú)線(xiàn)電波及可見(jiàn)光一樣的本質(zhì)，紅外線(xiàn)的發(fā)現是人類(lèi)對自然認識的一次飛躍，對研究、利
用和發(fā)展紅外技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)辟了一條全新的廣闊道路。
紅外線(xiàn)的波長(cháng)在0.76～100μm 之間，按波長(cháng)的范圍可分為近紅外、中紅外、遠紅外、極遠紅外四類(lèi)，它在電磁波連續頻譜中的位置是處于無(wú)線(xiàn)電波與可見(jiàn)光之間的區域。紅外線(xiàn)輻射是自然界存在的一種廣泛的電磁波輻射，它是基于任何物體在常規環(huán)境下都會(huì )產(chǎn)生自身的分子和原子無(wú)規則的運動(dòng)，并不停地輻射出熱紅外能量，分子和原子的運動(dòng)愈劇烈，輻射的能量愈大，反之，輻射的能量愈小。
溫度在絕對零度以上的物體，都會(huì )因自身的分子運動(dòng)而輻射出紅外線(xiàn)。通過(guò)紅外探測器將物體輻射的功率信號轉換成電信號后，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(jīng)電子系統處理，傳至顯示屏上，得到與物體表面熱分布相應的熱像圖。運用這一方法，便能實(shí)現對目標進(jìn)行遠距離熱狀態(tài)圖像成像和測溫并進(jìn)行分析判斷。
2.1 熱像儀原理
紅外熱像儀是利用紅外探測器、光學(xué)成像物鏡和光機掃描系統（目前先進(jìn)的焦平面技術(shù)則省去了光機掃描系統）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，在光學(xué)系統和紅外探測器之間，有一個(gè)光機掃描機構（焦平面熱像儀無(wú)此機構）對被測物體的紅外熱像進(jìn)行掃描，并聚焦在單元或分光探測器上，由探測器將紅外輻射能轉換成電信號，經(jīng)放大處理、轉換或標準視頻信號通過(guò)電視屏或監測器顯示紅外熱像圖。這種熱像圖與物體表面的熱分布場(chǎng)相對應；實(shí)質(zhì)上是被測目標物體各部分紅外輻射的熱像分布圖由于信號非常弱，與可見(jiàn)光圖像相比，缺少層次和立體感，因此，在實(shí)際動(dòng)作過(guò)程中為更有效地判斷被測目標的紅外熱分布場(chǎng)，常采用一些輔助措施來(lái)增加儀器的實(shí)用功能，如圖像亮度、對比度的控制，實(shí)標校正，偽色彩描繪等技術(shù)
2.2 熱像儀的發(fā)展
1800 年，英國物理學(xué)家F. W. 赫胥爾發(fā)現了紅外線(xiàn)，從此開(kāi)辟了人類(lèi)應用紅外技術(shù)的廣闊道路。在第二次世界大戰中，德國人用紅外變像管作為光電轉換器件，研制出了主動(dòng)式夜視儀和紅外通信設備，為紅外技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎。
二次世界大戰后，首先由美國德克薩蘭儀器公司經(jīng)過(guò)近一年的探索，開(kāi)發(fā)研制的第一代用于軍事領(lǐng)域的紅外成像裝置，稱(chēng)之為紅外尋視系統（FLIR），它是利用光學(xué)機械系統對被測目標的紅外輻射掃描。由光子探測器接收兩維紅外輻射跡象，經(jīng)光電轉換及一系列儀器處理，形成視頻圖像信號。這種系統、原始的形式是一種非實(shí)時(shí)的自動(dòng)溫度分布記錄儀，后來(lái)隨著(zhù)五十年代銻化銦和鍺摻汞光子探測器的發(fā)展，才開(kāi)始出現高速掃描及實(shí)時(shí)顯示目標熱圖像的系統。六十年代早期，瑞典AGA 公司研制成功第二代紅外成像裝置，它是在紅外尋視系統的基礎上以增加了測溫的功能，稱(chēng)之為紅外熱像儀。
開(kāi)始由于保密的原因，在發(fā)達的國家中也僅限于軍用，投入應用的熱成像裝置可的黑夜或濃厚幕云霧中探測對方的目標，探測偽裝的目標和高速運動(dòng)的目標。由于有國家經(jīng)費的支撐，投入的研制開(kāi)發(fā)費用很大，儀器的成本也很高。以后考慮到在工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中的實(shí)用性，結合工業(yè)紅外探測的特點(diǎn)，采取壓縮儀器造價(jià)。降低生產(chǎn)成本并根據民用的要求，通過(guò)減小掃描速度來(lái)提高圖像分辨率等措施逐漸發(fā)展到民用領(lǐng)域。
六十年代中期，AGA 公司研制出第一套工業(yè)用的實(shí)時(shí)成像系統（THV），該系統由液氮致冷，110V 電源電壓供電，重約35 公斤，因此使用中便攜性很差，經(jīng)過(guò)對儀器的幾代改進(jìn)，1986 年研制的紅外熱像儀已無(wú)需液氮或高壓氣，而以熱電方式致冷，可用電池供電；1988 年推出的全功能熱像儀，將溫度的測量、修改、分析、圖像采集、存儲合于一體，重量小于7 公斤，儀器的功能、精度和可靠性都得到了顯著(zhù)的提高。
九十年代中期，美國FSI 公司首先研制成功由軍用技術(shù)（FPA）轉民用并商品化的新一紅外熱像儀（CCD）屬焦平面陣列式結構的一種凝成像裝置，技術(shù)功能更加先進(jìn)，現場(chǎng)測溫時(shí)只需對準目標攝取圖像，并將上述信息存儲到機內的PC 卡上，即完成全部操作，各種參數的設定可回到室內用軟件進(jìn)行修改和分析數據，最后直接得出檢測報告，由于技術(shù)的改進(jìn)和結構的改變，取代了復雜的機械掃描，儀器重量已小于二公斤，使用中如同手持攝像機一樣，單手即可方便地操
作。
如今，紅外熱成像系統已經(jīng)在電力、消防、石化以及醫療等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。紅外熱像儀在世界經(jīng)濟的發(fā)展中正發(fā)揮著(zhù)舉足輕重的作用。
2.3 熱像儀分類(lèi)
紅外熱像儀一般分光機掃描成像系統和非掃描成像系統。光機掃描成像系統采用單元或多元（元數有8、10、16、23、48、55、60、120、180 甚至更多）光電導或光伏紅外探測器，用單元探測器時(shí)速度慢，主要是幀幅響應的時(shí)間不夠快，多元陣列探測器可做成高速實(shí)時(shí)熱像儀。非掃描成像的熱像儀，如近幾年推出的陣列式凝視成像的焦平面熱像儀，屬新一代的熱成像裝置，在性能上大大優(yōu)于光機掃描式熱像儀，有逐步取代光機掃描式熱像儀的趨勢。其關(guān)鍵技術(shù)是探測器
由單片集成電路組成，被測目標的整個(gè)視野都聚焦在上面，并且圖像更加清晰，使用更加方便，儀器非常小巧輕便，同時(shí)具有自動(dòng)調焦圖像凍結，連續放大，點(diǎn)溫、線(xiàn)溫、等溫和語(yǔ)音注釋圖像等功能，儀器采用PC 卡，存儲容量可高達500 幅圖像。
紅外熱電視是紅外熱像儀的一種。紅外熱電視是通過(guò)熱釋電攝像管（PEV）接受被測目標物體的表面紅外輻射，并把目標內熱輻射分布的不可見(jiàn)熱圖像轉變成視頻信號，因此，熱釋電攝像管是紅外熱電視的光鍵器件，它是一種實(shí)時(shí)成像，寬譜成像（對3～5μm 及8～14μm 有較好的頻率響應）具有中等分辨率的熱成像器件，主要由透鏡、靶面和電子槍三部分組成。其技術(shù)功能
是將被測目標的紅外輻射線(xiàn)通過(guò)透鏡聚焦成像到熱釋電攝像管，采用常溫熱電視探測器和電子束掃描及靶面成像技術(shù)來(lái)實(shí)現的。熱像儀的主要參數有：
2.3.1 工作波段；工作波段是指紅外熱像儀中所選擇的紅外探測器的響應波長(cháng)區域，一般是3～5μm 或8～12μm。
2.3.2 探測器類(lèi)型；探測器類(lèi)型是指使用的一種紅外器件。是采用單元或多元（元數8、10、16、23、48、55、60、120、180 等）光電導或光伏紅外探測器，其采用的元素有硫化鉛（PbS）、硒化鉛（PnSe）、碲化銦（InSb）、碲鎘汞（HgCdTe）、碲錫鉛（PbSnTe）、鍺摻雜（Ge：X）
和硅摻雜（Si：X）等。
2.3.3 掃描制式；一般為我國標準電視制式，PAL 制式。
2.3.4 顯示方式；指屏幕顯示是黑白顯示還是偽彩顯示。
2.3.5 溫度測定范圍；指測定溫度的最低限與更高限的溫度值的范圍。
2.3.6 測溫準確度；指紅外熱像儀測溫的最大誤差與儀器量程之比的百分數。
2.3.7 最大工作時(shí)間；紅外熱像儀允許連續
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