紅外熱成像儀

1、紅外熱成像儀演示實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書輕工與能源學(xué)院能源與動力工程系紅外熱成像儀演示實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?#216; 掌握熱成像儀工作原理。Ø 了解熱成像儀的使用方法。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一、紅外成像原理發(fā)射輻射能是各類物質(zhì)固有的特性。當(dāng)物質(zhì)原子內(nèi)部電子受到激發(fā)和振動時，產(chǎn)生交替變化的電場和磁場，發(fā)出電磁波向空間傳播，這就是輻射。由于自身溫度或熱運(yùn)動的原因激發(fā)產(chǎn)生的電磁波傳播，稱為熱輻射。電磁波波長范圍可以從幾萬分之一微米（m）到數(shù)千米，電磁波譜如下圖1所示。m范圍的電磁波屬可見光線；波長0.38m的電磁波是紫外線、倫琴射線等；=0.76-1000m的電磁波稱為紅外線，紅外線以25m為分界，波長在25m以下的稱

2、為近紅外線，25m以上的紅外線稱為遠(yuǎn)紅外線。任何溫度高于絕對零度的物體都會發(fā)射紅外線，且紅外線的輻射強(qiáng)度與物體絕對溫度的四次方成正比。溫度越高，發(fā)射的紅外能量越強(qiáng)。紅外熱像儀就是根據(jù)這個特點(diǎn)來測量物體表面的溫度的，利用探測儀測定目標(biāo)的本身和背景之間的紅外線差繪制出紅外圖像，所形成的圖像稱為熱圖。   紅外測溫成像技術(shù)測溫方法為非接觸式的測量，不會影響被測目標(biāo)的溫度分布，對遠(yuǎn)距離目標(biāo)、高速度運(yùn)動目標(biāo)、帶電目標(biāo)、高溫目標(biāo)及其他不可接觸目標(biāo)都可采用，非常適合溫度場的測量，廣泛用于測量固體表面溫度。二、紅外熱成像儀的原理與組成紅外熱成像儀利用紅外探測器、光學(xué)成像物鏡接受被

3、測目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形，并將之反映到紅外探測器的光敏元件上。光學(xué)系統(tǒng)和紅外探測器之間有一個光機(jī)掃描機(jī)構(gòu)對被測物體進(jìn)行掃描，并聚焦在探測器上，探測器將紅外輻射能轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大處理、轉(zhuǎn)換或標(biāo)準(zhǔn)視頻信號通過電視屏或監(jiān)視器顯示紅外熱像圖，其工作原理見下圖2。圖2. 紅外熱成像儀工作原理圖探測器是紅外熱成像儀的核心部分。物質(zhì)所發(fā)出的總輻射能量由某一波長范圍的單色輻射組成的。室溫環(huán)境下，熱輻射的中心波長為10m，200左右時，中心波長移動至7m附近。理論上，只要物體的溫度高于絕對零度，就可以使探測器產(chǎn)生信號。但實(shí)際上，由于材質(zhì)的限制，探測器主要接收3-12m的紅外線。由另由于5-8m是誰的主要

4、吸收帶，此區(qū)域已受到水汽的吸收干擾，因此，紅外熱成像儀只采用3-5m或8-12m兩種波段作為分析光源。常見紅外熱成像儀探測器種類有非室溫和室溫兩種。非室溫探測器可以感應(yīng)3-5m及8-12m波段，室溫探測器可以感應(yīng)8-12m的波段。紅外熱成像儀能夠?qū)⑻綔y到的熱量精確量化，不僅能夠觀察熱圖像，還能夠?qū)Πl(fā)熱的故障區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確識別和嚴(yán)格分析。屏幕亮度處表示溫度高，暗處表示溫度低。三、使用效果的影響因素1、被測物體發(fā)射率紅外熱成像儀通過測量一定波長范圍內(nèi)物體表面的輻射能量，再換算成溫度，但是物體表面的輻射能量不但由表面的溫度決定，還受到發(fā)射率的影響。因此，紅外熱成像儀系統(tǒng)中都設(shè)置了發(fā)射率設(shè)定功能，只要事

5、先知道被測物體的發(fā)射率，并在測溫系統(tǒng)中予以設(shè)定，便可得到較為準(zhǔn)確的溫度測量結(jié)果。2、背景溫度紅外熱成像儀不僅接受被測物體表面發(fā)射的輻射能，還能接受周圍環(huán)境經(jīng)被測物體表面反射和透射被測物體的輻射能，直接影響測溫準(zhǔn)確度。因此，當(dāng)被測物體表面發(fā)射率低，背景溫度高，而被測溫度和背景溫度相關(guān)不大時，會引起很大測溫誤差。3、大氣被測物體的輻射能必須通過大氣才能達(dá)到紅外熱成像儀。由于大氣中某些成分會對紅外輻射吸收作用，引起測溫誤差，另外大氣本身的發(fā)射率也會對測量產(chǎn)生影響。為此，應(yīng)根據(jù)輻射能在氣體中的衰減規(guī)律進(jìn)行修正。4、工作波段工作波長的選擇十分重要。選擇工作波長的依據(jù)是：測量的溫度范圍、被測物體的發(fā)射率、

6、大氣傳輸?shù)挠绊?。依?jù)測溫范圍選擇工作波長時，高溫測量一般選用短波，低溫測量選擇長波。對于發(fā)射率既隨溫度變化又隨波長變化的物體，工作波長主要依據(jù)發(fā)射率的波長溫度的變化。四、紅外熱成像儀的應(yīng)用幾乎所有設(shè)備在發(fā)生故障前都會產(chǎn)生熱現(xiàn)象，紅外熱成技術(shù)可以快速、準(zhǔn)確、安全的發(fā)現(xiàn)故障，簡單快速的分析報告可以準(zhǔn)確的將故障地方和正常的熱點(diǎn)有效區(qū)分，及時做出維修。（a）肉眼所見 （b）紅外熱成像儀結(jié)果圖3 高壓變電站檢測（a）肉眼所見 （b）紅外熱成像儀結(jié)果圖4線路檢測（a）肉眼所見 （b）紅外熱成像儀結(jié)果圖5電機(jī)檢測（a）肉眼所見 （b）紅外熱成像儀結(jié)果圖6 房頂漏水1、電氣裝置：可發(fā)現(xiàn)接頭松動或接觸不良，不平

7、衡負(fù)荷，過載，過熱等隱患。這些隱患可能造成的潛在影響是產(chǎn)生電弧、短路、燒毀、起火，如圖3-5所示。2、診斷人體疾病，運(yùn)用經(jīng)絡(luò)學(xué),在人腦的研究工作及在研究疾病治療方法中的應(yīng)用;特別是在診斷哮喘病,痹癥,腰椎間盤突出癥,運(yùn)動病,惡性腫瘤等病癥具有無放射性,一次多臟器全身掃描的非接觸測量的優(yōu)點(diǎn).是綜合確診人體某種疾病的一種有用手段。3、建筑物外墻的監(jiān)測。使用紅外熱像儀，可以檢測到空氣泄漏、水分積累、管道堵塞、墻壁后面的結(jié)構(gòu)特征以及過熱的電氣線路等，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化記錄歸檔，如圖6所示。4、紅外熱成像儀在自然環(huán)境方面的應(yīng)用。監(jiān)控自然環(huán)境，如山體滑坡、火山爆發(fā)。五、紅外熱成像儀的使用本次實(shí)驗(yàn)所用的紅外熱成像儀結(jié)構(gòu)如圖7和圖8所示。圖7. 熱成像儀部件圖8. 熱成像儀面板紅外熱成像儀的顯示界面如圖9所示。圖9. 熱成像儀顯示界面1.菜單界面 2.測量溫度 3.電池指示 4、日期和時間 5.溫標(biāo)限值 6.六、實(shí)驗(yàn)記錄1、按【開關(guān)】鍵，打開紅外熱像儀。2、設(shè)置被測物體的發(fā)射率：依次點(diǎn)擊在【菜單】-【測量】，按照需求進(jìn)行選擇?！军c(diǎn)】僅測量一點(diǎn)溫度；【面積最大值】顯示方框內(nèi)溫度最高的點(diǎn)；【面積最小值】顯示方框內(nèi)溫度最低的點(diǎn)；【之上】僅顯示溫度高于設(shè)定溫度的紅外圖像；【之下】僅顯示溫度低于設(shè)定溫度的紅外圖像。3、設(shè)置當(dāng)前物體的發(fā)射率：點(diǎn)擊【菜單】-【測量對象】。查閱資料，輸入被測物體