紅外熱成像測溫技術(shù)及其應(yīng)用

紅外熱成像測溫技術(shù)及其應(yīng)用第一頁，共四十頁，2022年，8月28日提綱OUTLINE第二頁，共四十頁，2022年，8月28日第三頁，共四十頁，2022年，8月28日基本原理先給出黑體的紅外輻射規(guī)律。黑體,簡單講就是對一切波長的入射輻射吸收率都等于1的物體,也就是說全吸收。顯然,因?yàn)樽匀唤缰袑?shí)際存在的任何物體對不同波長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變化的定量關(guān)系。其中最重要的是下面3個基本定律。(1)普朗克輻射定律(2)斯蒂芬-玻耳茲曼定律(3)朗伯余弦定律第四頁，共四十頁，2022年，8月28日系統(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、紅外探測器與制冷器組件、信號放大器與處理電路、顯示器等。下圖為其系統(tǒng)基本組成示意圖第五頁，共四十頁，2022年，8月28日優(yōu)點(diǎn)（1)第六頁，共四十頁，2022年，8月28日優(yōu)點(diǎn)（2）第七頁，共四十頁，2022年，8月28日熱成像測量物體表面溫度優(yōu)點(diǎn)

非接觸測量

響應(yīng)快

測溫范圍寬

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℃

第八頁，共四十頁，2022年，8月28日熱成像測量物體表面溫度

靈敏度高

空間分辨率高目前最靈敏的熱成像系統(tǒng)能測出0.01℃的溫度變化例如：點(diǎn)熱成像系統(tǒng)1s內(nèi)可測出20萬個點(diǎn)。第九頁，共四十頁，2022年，8月28日影響因素被測物體發(fā)射率的影響1背景的影響2大氣的影響3第十頁，共四十頁，2022年，8月28日熱成像測量物體表面溫度測溫影響因素

⑴被測物體發(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，且隨溫度和波長變化。

第十一頁，共四十頁，2022年，8月28日熱成像測量物體表面溫度⑵背景⑶大氣

被測物體輻射的能量大氣紅外熱成像儀被測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物體物體表面的輻射能響應(yīng)平面探測器某些成分吸收紅外輻射第十二頁，共四十頁，2022年，8月28日熱成像系統(tǒng)的溫度標(biāo)定第十三頁，共四十頁，2022年，8月28日黑體爐原理圖第十四頁，共四十頁，2022年，8月28日最大探測距離第十五頁，共四十頁，2022年，8月28日制冷裝置“制冷”這一要求——導(dǎo)致了常規(guī)的熱成像測溫系統(tǒng)成本太高，應(yīng)用比較受限！第十六頁，共四十頁，2022年，8月28日工作波長的選擇在選用紅外熱成像儀或熱輻射儀的時候，應(yīng)注意生產(chǎn)廠家所提供的工作波段。第十七頁，共四十頁，2022年，8月28日紅外熱成像測溫的應(yīng)用第十八頁，共四十頁，2022年，8月28日應(yīng)用紅外熱成像測溫技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)!因此在——醫(yī)療衛(wèi)生、航空航天、無損探傷、安全檢查等領(lǐng)域——得到了廣泛的應(yīng)用。第十九頁，共四十頁，2022年，8月28日安全預(yù)測安全預(yù)測就是早期發(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。對于大型設(shè)備，利用紅外熱像儀在設(shè)備運(yùn)行時對其早期的溫度異常變化進(jìn)行在線監(jiān)測，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，預(yù)防燒穿事故的發(fā)生；對鍋爐及加熱爐爐壁和保溫容器壁的監(jiān)測，尋找熱能泄露點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能；在帶電的情況下，對各種電氣設(shè)備線路的監(jiān)測，預(yù)防停電和火災(zāi)等惡性事故的發(fā)生；等等。第二十頁，共四十頁，2022年，8月28日醫(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，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)。第二十一頁，共四十頁，2022年，8月28日質(zhì)量監(jiān)測在很多產(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其溫度場分布，例如，軋鋼廠的板坯溫度分布情況、紙漿干燥監(jiān)測、瀝青路面的鋪設(shè)、水泥旋轉(zhuǎn)窯監(jiān)測、玻璃制造過程溫控，以及復(fù)合材料、建筑材料、集成電路板設(shè)計(jì)等工業(yè)過程中均需要進(jìn)行過程溫度調(diào)查與監(jiān)測第二十二頁，共四十頁，2022年，8月28日科學(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試物體溫度場方面的優(yōu)勢。例如，

*利用紅外熱像儀測量火焰溫度，

*利用其精確測試物體的發(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。第二十三頁，共四十頁，2022年，8月28日熱成像測量物體表面溫度探測器的制冷裝置

目的：消除背景噪聲和提高探測器的靈敏度

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

第二十四頁，共四十頁，2022年，8月28日熱成像測量物體表面溫度應(yīng)用

⑴在電力行業(yè)中的應(yīng)用

第二十五頁，共四十頁，2022年，8月28日熱成像測量物體表面溫度應(yīng)用

⑵在微電子行業(yè)中的應(yīng)用

第二十六頁，共四十頁，2022年，8月28日熱成像測量物體表面溫度應(yīng)用⑶機(jī)械故障診斷

第二十七頁，共四十頁，2022年，8月28日熱成像測量物體表面溫度應(yīng)用⑷野生動物

第二十八頁，共四十頁，2022年，8月28日熱成像測量物體表面溫度應(yīng)用

⑸夜視監(jiān)視

第二十九頁，共四十頁，2022年，8月28日熱成像測量物體表面溫度應(yīng)用

⑹在軍事上的應(yīng)用

第三十頁，共四十頁，2022年，8月28日紅外熱成像人體快速測溫系統(tǒng)紅外熱成像人體快速測溫系統(tǒng)，因其具有的非接觸、響應(yīng)速度快、操作簡便等特點(diǎn)，被相關(guān)單位作為機(jī)場、港口、車站等公共場所排查監(jiān)測“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)接觸式測溫方法的場合，紅外輻射式測溫儀就顯得尤為重要了。紅外熱成像人體快速測溫系統(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。整個系統(tǒng)包括紅外監(jiān)控系統(tǒng)（體溫探測頭、光學(xué)鏡頭、紅外分析軟件等）、人梯體溫監(jiān)測崗和監(jiān)控指揮中心。第三十一頁，共四十頁，2022年，8月28日測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第三十二頁，共四十頁，2022年，8月28日系統(tǒng)測溫界面圖第三十三頁，共四十頁，2022年，8月28日紅外熱成像偽彩色測溫系統(tǒng)由于人眼對灰度微弱遞變的敏感程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于對色彩變化的敏感程度。在256個灰度級中能分辨出40個左右級灰度，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。第三十四頁，共四十頁，2022年，8月28日第三十五頁，共四十頁，2022年，8月28日紅外熱成像在線測溫系統(tǒng)紅外熱成像在線測溫來統(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。第三十六頁，共四十頁，2022年，8月28日非制冷紅外焦平面熱成像測溫系統(tǒng)在紅外熱成像技術(shù)研究領(lǐng)域中，紅外探測器是核心，探測器的技術(shù)水平?jīng)Q定了熱成像技術(shù)的技術(shù)水平?；诠怆娦?yīng)的光子探測器和基于熱電效應(yīng)的熱電探測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，使光電探測器類熱成像技術(shù)在民用領(lǐng)域仍難形成很大的市場。而熱電探測器類熱成像技術(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。第三十七頁，共四十頁，2022年，8月28日非制冷紅外焦平面熱成像測溫系統(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，長壽命，小型化和可靠性等優(yōu)勢得到很好發(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”。第三十八頁，共四十頁，2022年，8月28日非制冷紅外焦平面熱成像測溫系統(tǒng)非致冷紅外焦平面技術(shù)屬于熱電探測器類熱成像技術(shù)。其焦平面陣列由熱探測器，如測輻射熱計(jì)、熱釋電探測器、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。第三十九頁，共四十頁，2022年，8月28日非制冷紅外焦平面熱成像測溫系統(tǒng)測輻射熱計(jì)的工作原理是被熱絕緣的金屬薄膜(典型的是入膜)