紅外熱成像測溫技術(shù)及其應(yīng)用

1、紅外熱成像測溫技術(shù)及其應(yīng)用第1頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二 提 綱OUTLINE第2頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二第3頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二Company Logo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, 因為自然界中實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

2、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4頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二Company Logo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5頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二Company Logo優(yōu)點（1)第6頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二Company Log

3、o優(yōu)點（2）第7頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二熱成像測量物體表面溫度優(yōu)點 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-20300 第8頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二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：點熱成像系統(tǒng)1s內(nèi)可測出20萬個點。第9頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二Company Logo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10頁，共43頁，2022年，5

4、月20日，17點41分，星期二熱成像測量物體表面溫度測溫影響因素 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11頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二熱成像測量物體表面溫度背景大氣 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12頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二Company Logo熱成像系統(tǒng)的溫度標(biāo)定第13頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分

5、，星期二Company Logo黑體爐原理圖第14頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二Company Logo最大探測距離第15頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二Company Logo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16頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二Company Logo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17頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二紅外熱成像測溫的應(yīng)用第18頁，共43頁，2022年，5月2

6、0日，17點41分，星期二Company Logo應(yīng)用紅外熱成像測溫技術(shù)具有很多優(yōu)點!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19頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二Company Logo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，實現(xiàn)

7、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20頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二Company Logo醫(yī)療衛(wèi)生因為當(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21頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二Company Logo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

8、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22頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二Company Logo科學(xué)實驗研究在科學(xué)實驗研究方面，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)實驗研究方面都取得了較好的效果。第23頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二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

9、冷器： 杜瓦瓶式制冷器 氣體節(jié)流式制冷器 半導(dǎo)體制冷器 第24頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二熱成像測量物體表面溫度應(yīng)用 在電力行業(yè)中的應(yīng)用 第25頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二熱成像測量物體表面溫度應(yīng)用 在微電子行業(yè)中的應(yīng)用 第26頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二熱成像測量物體表面溫度應(yīng)用 機(jī)械故障診斷 第27頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二熱成像測量物體表面溫度應(yīng)用 野生動物 第28頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二熱成像測量物體表面溫度應(yīng)用 夜視監(jiān)視 第29頁

10、，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二熱成像測量物體表面溫度應(yīng)用 在軍事上的應(yīng)用 第30頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二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，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

11、體溫監(jiān)測崗和監(jiān)控指揮中心。第31頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二 測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第32頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二 系統(tǒng)測溫界面圖第33頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二Company Logo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34頁，

12、共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二第35頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二Company Logo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)等多項高技術(shù)的集成。它采用近紅外固體電荷栩合器件設(shè)計而成, 不需制冷、成本低、可靠性好。第36頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二Company Logo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。

13、基于光電效應(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37頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二Company Logo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

14、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38頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二Company Logo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、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39頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二Company Logo非制冷紅外焦平面熱成像測溫系統(tǒng)測輻射熱計的工作原理是被熱絕緣的金屬薄膜(

15、典型的是入膜)或半異體薄膜(典型的是氧化釩VOZ或非晶硅a一Si薄膜或多晶硅)在吸收紅外輻射時會引起其電阻值的變化實現(xiàn)光電變換。此類探測器可全部采用Si集成電路工藝制作，與51信號處理電路之間可形成單片式結(jié)構(gòu)，不需要低溫制冷裝置，不需要特殊材料，不需要斬波，制作工藝也成熟。以它為核心制成的紅外熱成像系統(tǒng)成像清晰度高、重量輕、功耗低、易便攜，適于野外工作場所。第40頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二Company Logo非制冷紅外焦平面熱成像測溫系統(tǒng)熱釋電探測器的工作原理是由具有良好熱釋電特性的鐵電材料，如錯酸鉛(PZT)陶瓷、PbTIO，陶瓷、PbTIO:，薄膜和LITao，晶體制成的熱探測器與51多路傳輸器互連而成。其中，LITaO，特性格外好，它不僅有大的熱釋電系數(shù)(p二2.3x1osC/cm)，還有小的介電常數(shù)(，=54)和高的居里溫度(兀二618C)。以它為核心制成的紅外熱像系統(tǒng)靈敏度較高，且適合于紅外成像。第41頁，共43頁，2022年，5月20日，17點41分，星期二Company Logo非制冷紅外焦平面熱成像測溫系統(tǒng)本系統(tǒng)結(jié)合紅外測溫技術(shù)和非致冷焦平面熱成像技術(shù)原理，開發(fā)并完成了一套非致冷紅外焦平面熱成像測