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  • 第十篇 红外热成像知识

    红外热成像知识

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    红外热成像是指用以检测物体发出的红外线能量、将这一红外线能量转换成温度并将由此而得出的温度分布图象显示出来的设备或方法。说得准确一点就是,红外热成像法应分别称之为红外热成像设备,即红外显微热像仪,和红外热成像方法,即红外热成像术。不过,最近已有越来越多公开发表的论文倾向于认为,不必在意上述的术语定义。我们从这一术语的广义上考虑,将我们公司生产的设备称为红外热成像设备。

    光线就是可见光,是人眼能够感受的电磁波。可见光的波长为:0.38—0.78微米。比0.38微米短的电磁波和比0.78微米长的电磁波,人眼都无法感受。比0.38微米短的电磁波位于可见光光谱紫色以外,称为紫外线,比0.78微米长的电磁波位于可见光光谱红色以外,称为红外线。红外线,又称红外辐射,是指波长为0.78~1000微米的电磁波。其中波长为0.78~2.0微米的部分称为近红外,波长为2.0~1000微米的部分称为热红外线。 照相机成像得到照片,电视摄像机成像得到电视图像,都是可见光成像。自然界中,一切物体都可以辐射红外线,因此利用探测仪测定目标的本身和背景之间的红外线差并可以得到不同的红外图像,热红外线形成的图像称为热图。目标的热图像和目标的可见光图像不同,它不是人眼所能看到的目标可见光图像,而是目标表面温度分布图像,换一句话说,红外热成像使人眼不能直接看到目标的表面温度分布,变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。

    红外热成像的特点

    有位著名的美国红外学者指出:人类的发展可分为三个阶段。第一个阶段是人类通过制造工具,扩展体力活动的能力,第二阶段通过提高判断能力,寻求更清晰和更广泛的理解与判断事物的标准,而人类近年来致力的增强获得输入信息的能力,扩大感觉范围或增添新的感官,使我们的大脑能接受更多的信息,正是人类发展的第三阶段。在这个阶段中,红外技术的发展已经把人类的感官由五种增加到六种。这一席话,我认为恰如其分的道出了红外成像技术在当代的重要性。因为,我们周围的物体只有当它们的温度高达1000℃以上时,才能够发出可见光。相比之下,我们周围所有温度在绝对零度(-273℃)以上的物体,都会不停地发出热红外线。例如,我们可以计算出,一个正常的人所发出的热红外线能量,大约为100瓦。所以,热红外线(或称热辐射)是自然界中存在最为广泛的辐射。热辐射除存在的普遍性之外,还有另外两个重要的特性。

    1. 大气、烟云等吸收可见光和近红外线,但是对3~5微米和8~14微米的热红外线却是透明的。因此,这两个波段被称为热红外线的大气窗口。利用这两个窗口,可以使人们在完全无光的夜晚,或是在烟云密布的战场,清晰地观察到前方的情况。正是由于这个特点,热红外成像技术军事上提供了先进的夜视装备并为飞机、舰艇和坦克装上了全天候前视系统。这些系统在海湾战争中发挥了非常重要的作用。

    2.物体的热辐射能量的大小,直接和物体表面的温度相关。热辐射的这个特点使人们可以利用它来对物体进行无接触温度测量和热状态分析,从而为工业生产,节约能源,保护环境等等方面提供了一个重要的检测手段和诊断工具。

    红外热成像设备的特征

    红外热成像设备可检测到物体表面的温度分布,以可见图象显示出来,并无需接触物体而从一定距离之外测定这一温度。这一温度可实时测定。

    红外热成像设备的优点

    可对广大范围内的表面温度分布进行相对比较。

    轻而易举即可对移动物体或接近时冒有危险的物体测量温度。

    可对微小物体测量温度而不会把温度弄混淆了。

    可在保持食品、药品和化学品卫生的条件下测量其温度。

    可对短期内发生剧烈温度变化或具有某一现象的物体测量其温度。

    热是怎样传递的?

    热辐射:热传递的一种方式,是热以红外能量经由物体表面直接发射出去。

    热对流:热传递的一种方式,是气体或液体受热部分向上运动而传热。

    热传导:是热主要经固体传递的一种方式。

    红外线的辐射、反射和传输吸收红外线好的物体,则发射红外线也一定好。

     

    红外热像仪的应用

      采用红外热像仪对所有电气设备、配电系统,红外热像预知维护领域。包括高压接触器、熔断器盘、主电源断路器盘、接触器、以及所有的配电线、电动机、变压器等等,进行红外热成像检查,以保证所有运行的电气设备不存在潜伏性的热隐患,有效防止火灾、停机等事故发生。下面是需要进行红外热成像产品检查的部分设施:

      不平衡负荷,1.各种电气装置:可发现接头松动或接触不良。过载,过热等隐患。这些隐患可能造成的潜在影响是产生电弧、短路、烧毁、起火。

      套管过热,2.变压器:可以发现的隐患有接头松动。接触不良(抽头变换器)过载,三相负载不平衡,冷却管堵塞不畅。其影响为产生电弧、短路、烧毁、起火。

      不平衡负载,3.电动机、发电机:可以发现的隐患是轴承温度过高。绕组短路或开路,碳刷、滑环和集流环发热,过载过热,冷却管路堵塞。其影响为有问题的轴承可以引起铁芯或绕组线圈的损坏;有毛病的碳刷可以损坏滑环和集流环,进而损坏绕组线圈。还可能引起驱动目标的损坏。

      屋顶查漏,4.电气设备维修检查。节能检测,环保检查,安全防盗,森林防火,无损探伤,质量控制,医疗检查等等也很有效益。

      科研领域主要应用包括:汽车研究发展-射出成型、模温控制、剎车盘、引擎活塞、电子电路设计、烤漆;电机、电子业-印制电路板热分布设计、产品可靠性测试、电子零组件温度测试、笔记本电脑散热测试、微小零组件测试;引擎燃烧试验风洞实验;目标物特征分析;复合材料检测;建筑物隔热、受潮检测;热传导研究;动植物生态研究;模具铸造温度测量;金属熔焊研究;地表/海洋热分布研究等。

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