紅外熱成像測(cè)溫技術(shù)及其應(yīng)用

紅外熱成像測(cè)溫技術(shù)及其應(yīng)用第1頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二提綱OUTLINE第2頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第3頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二基本原理先給出黑體的紅外輻射規(guī)律。黑體,簡(jiǎn)單講就是對(duì)一切波長(zhǎng)的入射輻射吸收率都等于1的物體,也就是說(shuō)全吸收。顯然,因?yàn)樽匀唤缰袑?shí)際存在的任何物體對(duì)不同波長(zhǎng)的入射輻射都有一定的反射(吸收率不等于1),所以,黑體只是人們抽象出來(lái)的一種理想化的物體模型。但黑體熱輻射的基本規(guī)律是紅外研究及應(yīng)用的基礎(chǔ),它揭示了黑體發(fā)射的紅外熱輻射隨溫度及波長(zhǎng)變化的定量關(guān)系。其中最重要的是下面3個(gè)基本定律。(1)普朗克輻射定律(2)斯蒂芬-玻耳茲曼定律(3)朗伯余弦定律第4頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二系統(tǒng)基本組成紅外熱像儀是一種紅外波段的攝像機(jī)，它利用實(shí)時(shí)的掃描熱成像技術(shù)進(jìn)行溫度分析，其系統(tǒng)組成包括紅外望遠(yuǎn)鏡、光學(xué)掃描儀、紅外探測(cè)器與制冷器組件、信號(hào)放大器與處理電路、顯示器等。下圖為其系統(tǒng)基本組成示意圖第5頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二優(yōu)點(diǎn)（1)第6頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二優(yōu)點(diǎn)（2）第7頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二熱成像測(cè)量物體表面溫度優(yōu)點(diǎn)

非接觸測(cè)量

響應(yīng)快

測(cè)溫范圍寬

不影響目標(biāo)的溫度分布不需要達(dá)到與目標(biāo)物體的熱平衡，只要接受輻射就可以

普通型T系列-20℃—300℃

第8頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二熱成像測(cè)量物體表面溫度

靈敏度高

空間分辨率高目前最靈敏的熱成像系統(tǒng)能測(cè)出0.01℃的溫度變化例如：點(diǎn)熱成像系統(tǒng)1s內(nèi)可測(cè)出20萬(wàn)個(gè)點(diǎn)。第9頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二影響因素被測(cè)物體發(fā)射率的影響1背景的影響2大氣的影響3第10頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二熱成像測(cè)量物體表面溫度測(cè)溫影響因素

⑴被測(cè)物體發(fā)射率發(fā)射率又稱為黑度，反映物體向外發(fā)射輻射的能力．物體表面發(fā)射率是不相同，且隨溫度和波長(zhǎng)變化。

第11頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二熱成像測(cè)量物體表面溫度⑵背景⑶大氣

被測(cè)物體輻射的能量大氣紅外熱成像儀被測(cè)物體的輻射能背景投向物體表面被物體物體表面反射的輻射能背景投向物體表面并透過(guò)物體物體表面的輻射能響應(yīng)平面探測(cè)器某些成分吸收紅外輻射第12頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二熱成像系統(tǒng)的溫度標(biāo)定第13頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二黑體爐原理圖第14頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二最大探測(cè)距離第15頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二制冷裝置“制冷”這一要求——導(dǎo)致了常規(guī)的熱成像測(cè)溫系統(tǒng)成本太高，應(yīng)用比較受限！第16頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二工作波長(zhǎng)的選擇在選用紅外熱成像儀或熱輻射儀的時(shí)候，應(yīng)注意生產(chǎn)廠家所提供的工作波段。第17頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二紅外熱成像測(cè)溫的應(yīng)用第18頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二應(yīng)用紅外熱成像測(cè)溫技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)!因此在——醫(yī)療衛(wèi)生、航空航天、無(wú)損探傷、安全檢查等領(lǐng)域——得到了廣泛的應(yīng)用。第19頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二安全預(yù)測(cè)安全預(yù)測(cè)就是早期發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常情況，并相應(yīng)地采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)救措施，以保證設(shè)備安全，減少損失。對(duì)于大型設(shè)備，利用紅外熱像儀在設(shè)備運(yùn)行時(shí)對(duì)其早期的溫度異常變化進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，判斷設(shè)備運(yùn)行狀況具有重要意義。典型的應(yīng)用情況有：對(duì)工業(yè)爐窯和高溫管道耐火材料侵蝕和剝落情況的監(jiān)測(cè)，預(yù)防燒穿事故的發(fā)生；對(duì)鍋爐及加熱爐爐壁和保溫容器壁的監(jiān)測(cè)，尋找熱能泄露點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能；在帶電的情況下，對(duì)各種電氣設(shè)備線路的監(jiān)測(cè)，預(yù)防停電和火災(zāi)等惡性事故的發(fā)生；等等。第20頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二醫(yī)療衛(wèi)生因?yàn)楫?dāng)人體局部或全身發(fā)生病變，血液循環(huán)障礙以及代謝功能發(fā)生變化時(shí)，將導(dǎo)致相應(yīng)部位溫度平衡的破壞，所以體溫變化是人體病理診斷的重要指標(biāo)之一。因此可利用紅外熱像儀檢查人體溫度分布的異常情況，為某些疾病特別是惡性腫瘤提供診斷的依據(jù)。第21頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二質(zhì)量監(jiān)測(cè)在很多產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)控方面，需要嚴(yán)格控制溫度的均勻性，可利用紅外熱像儀檢測(cè)其溫度場(chǎng)分布，例如，軋鋼廠的板坯溫度分布情況、紙漿干燥監(jiān)測(cè)、瀝青路面的鋪設(shè)、水泥旋轉(zhuǎn)窯監(jiān)測(cè)、玻璃制造過(guò)程溫控，以及復(fù)合材料、建筑材料、集成電路板設(shè)計(jì)等工業(yè)過(guò)程中均需要進(jìn)行過(guò)程溫度調(diào)查與監(jiān)測(cè)第22頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究在科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方面，紅外熱像儀亦可顯示其在測(cè)試物體溫度場(chǎng)方面的優(yōu)勢(shì)。例如，

*利用紅外熱像儀測(cè)量火焰溫度，

*利用其精確測(cè)試物體的發(fā)射率。

在許多科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方面都取得了較好的效果。第23頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二熱成像測(cè)量物體表面溫度探測(cè)器的制冷裝置

目的：消除背景噪聲和提高探測(cè)器的靈敏度

幾種常用的微型制冷器：⑴杜瓦瓶式制冷器⑵氣體節(jié)流式制冷器⑶半導(dǎo)體制冷器

第24頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二熱成像測(cè)量物體表面溫度應(yīng)用

⑴在電力行業(yè)中的應(yīng)用

第25頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二熱成像測(cè)量物體表面溫度應(yīng)用

⑵在微電子行業(yè)中的應(yīng)用

第26頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二熱成像測(cè)量物體表面溫度應(yīng)用⑶機(jī)械故障診斷

第27頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二熱成像測(cè)量物體表面溫度應(yīng)用⑷野生動(dòng)物

第28頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二熱成像測(cè)量物體表面溫度應(yīng)用

⑸夜視監(jiān)視

第29頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二熱成像測(cè)量物體表面溫度應(yīng)用

⑹在軍事上的應(yīng)用

第30頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二紅外熱成像人體快速測(cè)溫系統(tǒng)紅外熱成像人體快速測(cè)溫系統(tǒng)，因其具有的非接觸、響應(yīng)速度快、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，被相關(guān)單位作為機(jī)場(chǎng)、港口、車站等公共場(chǎng)所排查監(jiān)測(cè)“非典”等癥狀患者和疑似病人的重要工具。在一些不便于使用傳統(tǒng)接觸式測(cè)溫方法的場(chǎng)合，紅外輻射式測(cè)溫儀就顯得尤為重要了。紅外熱成像人體快速測(cè)溫系統(tǒng)是集先進(jìn)的光電子技術(shù)、熱成像技術(shù)、圖像處理技術(shù)和控制技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品。整個(gè)系統(tǒng)包括紅外監(jiān)控系統(tǒng)（體溫探測(cè)頭、光學(xué)鏡頭、紅外分析軟件等）、人梯體溫監(jiān)測(cè)崗和監(jiān)控指揮中心。第31頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第32頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二系統(tǒng)測(cè)溫界面圖第33頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二紅外熱成像偽彩色測(cè)溫系統(tǒng)由于人眼對(duì)灰度微弱遞變的敏感程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于對(duì)色彩變化的敏感程度。在256個(gè)灰度級(jí)中能分辨出40個(gè)左右級(jí)灰度，而能分辨出的彩色達(dá)幾自種甚至上千種。偽彩色增強(qiáng)技術(shù)作為一大類基本的圖像增強(qiáng)處理技術(shù)，是將灰度圖像轉(zhuǎn)變?yōu)閭尾噬珗D像，也可以是原來(lái)自然彩色的圖像變換成給定彩色分布的圖像，如不同譜能遙感圖像。第34頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第35頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二紅外熱成像在線測(cè)溫系統(tǒng)紅外熱成像在線測(cè)溫來(lái)統(tǒng)將物體表面的熱輻射顯示成二維的可視圖象,它是熱成像技術(shù)、紅外標(biāo)定技術(shù)、圖象處理技術(shù)、多去翱本技犬和圖象壓縮與恢復(fù)技術(shù)等多項(xiàng)高技術(shù)的集成。它采用近紅外固體電荷栩合器件設(shè)計(jì)而成,不需制冷、成本低、可靠性好。第36頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二非制冷紅外焦平面熱成像測(cè)溫系統(tǒng)在紅外熱成像技術(shù)研究領(lǐng)域中，紅外探測(cè)器是核心，探測(cè)器的技術(shù)水平?jīng)Q定了熱成像技術(shù)的技術(shù)水平。基于光電效應(yīng)的光子探測(cè)器和基于熱電效應(yīng)的熱電探測(cè)器一直是紅外熱成像技術(shù)的兩大支柱。為獲得高性能必須在低溫(典型的是液氮溫度77K)下工作。正是由于需要制冷以及成本等原因，使光電探測(cè)器類熱成像技術(shù)在民用領(lǐng)域仍難形成很大的市場(chǎng)。而熱電探測(cè)器類熱成像技術(shù)由于靈敏度和響應(yīng)速度方面的限制，只有采用熱電攝像管的熱成像系統(tǒng)(即熱電視)獲得一些應(yīng)用，而且一般用于要求較低的民用領(lǐng)域。第37頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二非制冷紅外焦平面熱成像測(cè)溫系統(tǒng)但90年代以后，非致冷紅外焦平面技術(shù)的突破和實(shí)用化，使其與致冷紅外熱像技術(shù)相比所具有的低成本，低功耗，長(zhǎng)壽命，小型化和可靠性等優(yōu)勢(shì)得到很好發(fā)揮，成為當(dāng)前紅外熱成像技術(shù)中最引人注目的突破之一，在軍用和民用領(lǐng)域的應(yīng)用前景將“使傳感器領(lǐng)域發(fā)生變革”。第38頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二非制冷紅外焦平面熱成像測(cè)溫系統(tǒng)非致冷紅外焦平面技術(shù)屬于熱電探測(cè)器類熱成像技術(shù)。其焦平面陣列由熱探測(cè)器，如測(cè)輻射熱計(jì)、熱釋電探測(cè)器、熱電堆等，與硅多路傳輸器，如CCD、MOSf:EF、C協(xié)05讀出電路等，通常用錮柱互連而成。第39頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二非制冷紅外焦平面熱成像測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)輻射熱計(jì)的工作原理是被熱絕緣的金屬薄膜(典型的是入膜