紅外熱像技術培訓教程

紅外熱像技術培訓課程一、紅外成像技術理論基礎1、溫度

華氏溫標(°F)與攝氏溫標（°C）、熱力學溫度關系：攝氏溫度和華氏溫度的關系：T℉=1.8t℃+32（t為攝氏溫度數(shù)，T為華氏溫度數(shù)）攝氏溫度和開爾文溫度的關系：°K=℃+273.15

一、紅外成像技術理論基礎1、溫度

溫度與機器設備的運行狀態(tài)密切相關，是表征設備運行狀態(tài)的一個重要指標，設備出現(xiàn)故障的一個明顯特征就是溫度升高，同時溫度的異常變化又是引發(fā)機械設備故障的一個重要因素。因此溫度監(jiān)測在設備故障診斷技術體系中占有重要的地位。一、紅外成像技術理論基礎1、溫度

溫度測量方式可分為接觸式與非接觸式兩類。（1）接觸式測溫：將溫度計和被測物的表面很好地接觸，并使其經(jīng)過足夠長的時間達到熱平衡，則二者的溫度相等，此時溫度計顯示的溫度即為被測物表面的溫度。如熱膨脹式溫度計、電阻式溫度計、熱電偶溫度計等。（2）非接觸測溫：利用物體的熱輻射能隨溫度變化的原理來測定物體的溫度。由于感溫元件不與被測物接觸，因而不會改變被測物體的溫度分布，且輻射熱與光速一樣快，故熱慣性很小。如紅外點溫儀和紅外成像儀等。

一、紅外成像技術理論基礎2、紅外線

紅外線是國外著名科學家赫歇爾在一次科學實驗中發(fā)現(xiàn)的，他發(fā)現(xiàn)在太陽的可見光線以外存在著一種神奇的光線，人的肉眼無法看見這種光線，但它的物理特性與可見光線極為相似，有著明顯的熱輻射。由于它位于可見光中紅光的外側(cè)，故而稱之為紅外線，紅外線的波長范圍很寬，介于0.75——1000微米之間。一、紅外成像技術理論基礎2、紅外線（紅外光是電磁光譜中介于可見光的紅光和微波之間的波段）伽馬射線X射線紫外可見紅外無線電可見光

0.4近紅外中紅外遠紅外超遠紅外

0.7537.5-1515-1000微米一、紅外成像技術理論基礎2、紅外線

紅外線特點：紅外能量是一種肉眼看不見的能量，它的波長很長，無法被肉眼探測到。它是電磁波譜中的一部分，人類將它感知為熱量。與可見光不同，在紅外領域里，凡是溫度在絕對零度以上的物體都能夠散發(fā)熱量。即使如冰塊這樣表面非常寒冷的物體，同樣能夠發(fā)射紅外能量。物體的溫度越高，它所輻射的紅外能量就越強。紅外熱像儀能夠幫助我們看見肉眼無法看見的情況。紅外線是由物體表面輻射出來的，不能穿透大部分物體，因此，紅外檢測設備檢測的是物體表面的溫度。一、紅外成像技術理論基礎3、紅外成像技術簡單地說：熱像儀是一臺紅外相機原理和用途：通過檢測物體發(fā)射和反射過來的紅外光強度，算出物體表面每一點的溫度，以不同的顏色顯示不同的溫度。

可以用于檢測物體整個面的溫度！一、紅外成像技術理論基礎3、紅外成像技術紅外光譜紅外熱像技術是一門利用非接觸式熱像設備獲取和分析紅外光譜波段在7.5-15微米熱信息的科學技術。一、紅外成像技術理論基礎3、紅外成像技術FLIR–ITC給出的定義：紅外熱像技術是一門利用非接觸式熱像設備獲取和分析熱信息的科學。近年來電力設備的維修正向預知性維修變化，依據(jù)每個設備的工作狀況進行定期的監(jiān)測，根據(jù)其劣化和損害程度來計劃維修；實現(xiàn)了這種預知維修，設備才會獲得更高的可靠性，并能減少維修的人力物力。據(jù)統(tǒng)計，工業(yè)中的電力設備故障，其25%是由于連接松動引起的。因為大量的電氣接頭和連接件由于磨損、腐蝕、勝污、氧化、材料不合格、工藝設計等方面的問題都可造成過熱。任何電力設備很少事先沒有征兆就發(fā)生故障的，任何電力設備，不管維護得多么好，都會在每次檢查時發(fā)現(xiàn)些新問題。一旦設備有一處開始發(fā)熱，若不予以維修，那它發(fā)生故障僅僅是個時間早晚的問題。通過紅外檢測診斷，可預防設備的電氣和機械事故及災難性火災，改變維修管理體制，使其從預防性的，甚至是緊急狀態(tài)下的搶修變成為預知性維修。一、紅外成像技術理論基礎3、紅外成像技術優(yōu)點：（1）可進行非接觸檢測；（2）可給出空間分辨率和溫度分辨率都較好的設備的溫度場的二維圖像；（3）可進行快速、實時測量，允許人們進行瞬態(tài)研究和大范圍設備的快速觀測，并可記錄與重放物面溫度場及其演變過程，進行數(shù)據(jù)顯示、計算、處理和分析；（4）具有全天候的特點。一、紅外成像技術理論基礎4、紅外成像儀

紅外熱像儀能夠接收紅外線，生成紅外圖像或熱輻射圖像，并且能夠提供精確的非接觸式溫度測量功能。幾乎所有物體在發(fā)生故障之前，溫度都會產(chǎn)生變化，因此在很多領域內(nèi)，紅外熱像儀是一種經(jīng)濟有效的檢測工具。由于很多行業(yè)都將高效生產(chǎn)、能源管理、提高產(chǎn)量和生產(chǎn)安全作為企業(yè)發(fā)展的重要目標，因此紅外熱像儀正在被不斷的應用在各種行業(yè)和各種應用領域中。一、紅外成像技術理論基礎4、紅外成像儀成像儀主要結(jié)構光學系統(tǒng)探測器處理系統(tǒng)顯示系統(tǒng)

熱像儀主要的特性是由所采用的探測器及處理系統(tǒng)決定的?，F(xiàn)在在電力系統(tǒng)使用的探測器一般有熱釋電型、160×120非制冷焦平面、320×240非制冷焦平面，使用的處理系統(tǒng)有FPGA（可編程控制器）、DSP（嵌入式操作系統(tǒng)）及FPGA與DSP相結(jié)合的處理系統(tǒng)。一、紅外成像技術理論基礎4、紅外成像儀

探測器結(jié)構Microbolometer陣列示意圖IRFPA探測器一、紅外成像技術理論基礎4、紅外成像儀斯蒂芬-玻耳茲曼定律------輻射功率隨溫度的變化規(guī)律

Mb(T)=∫0∞Mλb(T)dλ=σεT4

式中σ=π4C1/(15C24)=5.6697×10-8w/(m2·k4)，稱為斯蒂芬-玻耳茲曼常數(shù)；ε為物體的發(fā)射率，與物體材料性質(zhì)、表面狀況等有關，電力系統(tǒng)設備一般為0.9。斯蒂芬-玻耳茲曼定律是所有紅外測溫的基礎。公式可以看出物體紅外輻射的功率與物體的溫度與發(fā)射率成正比關系，輻射率與溫度越高物體紅外輻射的熱能越強。所以探測紅外線的強度即可探測物體的溫度。一、紅外成像技術理論基礎4、紅外成像儀

所謂朗伯余弦定律，就是黑體在任意方向上的輻射強度與觀測方向相對于輻射表面法線夾角的余弦成正比，如圖所示：Iθ=I0COSθ法線I0θIθ=I0COSθ朗伯余弦定律

------輻射的空間分部規(guī)律

在實際做紅外檢測時，應盡可能選擇在被測表面法線方向進行，如果在與法線成一定角度檢測，則有可能會測量溫度偏低。一、紅外成像技術理論基礎4、紅外成像儀

紅外成像儀和點溫儀的區(qū)別點溫儀主要用于測量目標某一點的大致溫度數(shù)值。紅外熱成像儀以“面”的形式對目標整體實時成像，使操作者通過屏幕顯示的圖像色彩和熱點追蹤顯示功能就能初步判斷發(fā)熱情況和故障部位，然后加以后續(xù)分析，從而高效率、高準確率地確認問題所在。一、紅外成像技術理論基礎4、紅外成像儀E系列T系列P系列新一代T系列一、紅外成像技術理論基礎5、紅外成像儀的基本參數(shù)1）視場角

它表示能夠在光學系統(tǒng)像平面視場光闌內(nèi)成像的空間范圍,當目標位于以光軸為軸線,頂角為視場角的圓錐內(nèi)的(任一點在一定距離內(nèi))時候被光學系統(tǒng)發(fā)現(xiàn),即成像于光學系統(tǒng)像平面的視場光闌內(nèi).即使物體能在熱像儀中成像的物空間的最大張角叫做視場。熱相儀鏡頭的度數(shù)就是以視場角的度數(shù)來表示的，比如：14°×10°

一、紅外成像技術理論基礎5、紅外成像儀的基本參數(shù)2）像素像素越高成像的細節(jié)越多，同樣度數(shù)的鏡頭下，像素越多可以測量的有效距離就越遠3）熱靈敏度熱像儀能分辨的最小溫度變化，熱靈敏度(數(shù)值)越低熱像儀能觀測到的溫度變化就細微。4）

幀頻

幀頻是熱像儀每秒鐘產(chǎn)生完整圖象的畫面數(shù),單位為HZ。一般電視幀頻為25Hz。根據(jù)熱像儀的幀頻可分為快掃描和慢掃描兩大類。電力系統(tǒng)所用的設備一般采用快掃描熱像儀(幀頻在25Hz以上)。一、紅外成像技術理論基礎5、紅外成像儀的基本參數(shù)5）空間分辨率空間分辨率是指圖像中可辨認的臨界物體空間幾何長度的最小極限，即對細微結(jié)構的分辨率?？臻g分辨率直觀的理解就是通過儀器可以識別物體的臨界幾何尺寸。通常用瞬時視場角（IFOV）的大小來表示（毫弧度mrad）一、紅外成像技術理論基礎6、影響紅外測溫的幾個因素熱量發(fā)射來自物體本身.反射來自于其前面的物體;有時候操作者也會包括進去.TT發(fā)射和反射是互補的.發(fā)射反射大氣（各種氣體、水霧、塵土、微粒等）一、紅外成像技術理論基礎6、影響紅外測溫的幾個因素影響因素：物體本身發(fā)射紅外光的能力物體反射紅外光的能力紅外光穿過大氣等傳播介質(zhì)時的衰減一、紅外成像技術理論基礎6、影響紅外測溫的幾個因素結(jié)果：對長波熱像儀----發(fā)射率對測溫結(jié)果影響最大反射溫度其次近距離室內(nèi)測量，其他因素影響很小一、紅外成像技術理論基礎7、物體的發(fā)射率

實際物體的輻射度除了依賴于溫度和波長外還與構成該物體的材料性質(zhì)及表面狀態(tài)等因素有關。這里，我們引入一個隨材料性質(zhì)及表面狀態(tài)變化的輻射系數(shù)，則就可把黑體的基本定律應用于實際物體。這個輻射系數(shù)，就是常說的發(fā)射率，或稱之為比輻射率ε(T)，其定義為實際物體與同溫度黑體輻射性能之比。發(fā)射率是介于0－1之間的一個數(shù)值。發(fā)射率（輻射率）斯蒂芬-玻耳茲曼定律應用于實際物體可表示為：M(T)=ε(T)σT4一、紅外成像技術理論基礎7、物體的發(fā)射率對于不透明的物體，有下列因數(shù)影響物體發(fā)射率的大小：不同材料性質(zhì)的影響不同性質(zhì)的材料因?qū)椛涞奈栈蚍瓷湫阅芨鳟?，因此它們的發(fā)射性能也應不同。一般當溫度低于300K時，金屬氧化物的發(fā)射率一般大于0.8，非金屬電介質(zhì)材料的發(fā)射率一般在0.9左右?？偟膩碚f，非金屬物體有較高的發(fā)射率，金屬物體發(fā)射率較低。發(fā)射率有關的特性一、紅外成像技術理論基礎7、物體的發(fā)射率表面狀態(tài)的影響

任何實際物體表面都不是絕對光滑的，總會表現(xiàn)為不同的表面粗糙度。因此，這種不同的表面形態(tài)，將對反射率造成影響，從而影響發(fā)射率的數(shù)值。

這種影響的大小同時取決于材料的種類。例如，對于非金屬電介質(zhì)材料，發(fā)射率受表面粗糙度影響較小或無關。但是，對于金屬材料而言，表面粗糙度將對發(fā)射率產(chǎn)生較大影響。如熟鐵，當表面狀況為毛面，溫度為300K時，發(fā)射率為0.94；當表面狀況為拋光，溫度為310K時，發(fā)射率就僅為0.28。發(fā)射率有關的特性一、紅外成像技術理論基礎7、物體的發(fā)射率

另外，應該強調(diào)，除了表面粗糙度以外，一些人為因素，如施加潤滑油及其他沉積物(如涂料等)，都會明顯地影響物體的發(fā)射率。

因此，我們在檢測時，應該首先明確被測物體的發(fā)射率。在一般情況下，我們不了解發(fā)射率，那么只有用相間比較法來判別故障。

綜上所述，對于電力設備中變壓器套管、避雷器、耦合電容器等使用非金屬電介質(zhì)材料的設備，其發(fā)射率一般在0.90左右；而對于導線、母線、隔離開關、并聯(lián)電容器等使用金屬材料的設備，一般由于表面有涂料標識、熱塑套管標識、污穢覆蓋、氧化等現(xiàn)象的存在，其發(fā)射率一般也在0.85-0.95之間。對于有條件的設備我們可以做簡單的測試可以定出設備的發(fā)射率。但對于密封開關柜等設備，由于其發(fā)熱元件與外部表面之間沒有傳導路徑或傳導不良，因此不便于紅外檢測，這一點在紅外檢測時要注意。一、紅外成像技術理論基礎7、物體的發(fā)射率物體的發(fā)射率與反射率關系發(fā)射率＋反射率＝1

這個公式的意義在于：物體的發(fā)射率大時，反射率就低，反之則反射率高。在實際測試中，當測試的是發(fā)射率高的物體時，其反射率低，所以環(huán)境反射溫度可以忽略不計；測試發(fā)射率低的物體時，因為其反射率高，所以環(huán)境物體的反射對測試的影響很大，有時候測試的溫度可能完全是環(huán)境的溫度。所以，測試溫度時，對發(fā)射率低的物體測試一定要注意是否有反射溫度的影響，有可能的情況下多換幾個測試角度測試，判斷是否是反射溫度。一、紅外成像技術理論基礎7、物體的發(fā)射率如何測得材料的發(fā)射率？步驟：一、用可靠手段，如高精度熱電偶測出被測物實際溫度，或把絕緣膠帶粘到被測物體上提高被測物的發(fā)射率，待溫度恒定后用熱像儀（發(fā)射率設為0.97）測出實際溫度。二、避免高溫反射源的干擾，用熱像儀測被測物體，調(diào)節(jié)發(fā)射率，當顯示數(shù)值與實際溫度相等時，記錄下當前發(fā)射率，此數(shù)值即為被測物的發(fā)射率。一、紅外成像技術理論基礎8、關于反射溫度從目標反射進熱像儀的輻射叫做反射表象溫度.常常寫做TRefl.反射總是存在的!!!!對于熱像專家來說會伴隨一生.一、紅外成像技術理論基礎8、關于反射溫度實例：反射是錯誤分析的罪魁禍首.問題在這里.你看到的是銅牌上的反射，這里沒有熱點.一、紅外成像技術理論基礎8、關于反射溫度這里有問題嗎？答案否.這里的反射率高而已你看到的是不銹鋼表面上的反射，這里沒有熱點.一、紅外成像技術理論基礎8、關于反射溫度你這里看到的是操作員的反射.這里有熱點嗎？導線是發(fā)熱的？表面反光案例對非紅外窗口拍攝端子箱中光滑的金屬表面二、紅外成像設備實操基礎1、電力設備的紅外檢測診斷技術的特點：簡便、快捷的設備狀態(tài)在線檢測不停電、不取樣、非接觸、直觀準確、靈敏度高、快速、安全二、紅外成像設備實操基礎4、電力設備紅外檢測方法

1）一般檢測(1)環(huán)境條件被檢設備為帶電運行設備,并盡量避開視線中的遮擋物，如門,玻璃等。檢測是環(huán)境溫度一般不低于5攝氏度、空氣濕度不大于85%。檢測不應在有雷、雨、霧、雪的情況下進行風速一般不大于5m/s。檢測時以陰天、多云氣候為宜，晴天要避開陽光、燈光直接照射或反射入鏡，無霧。檢測電流致熱的設備，宜在設備負荷高峰狀態(tài)下進行，一般不低于額定負荷的30%。二、紅外成像設備實操基礎4、電力設備紅外檢測方法

1、一般檢測

(2)現(xiàn)場操作紅外熱像儀在開機后,先進行內(nèi)部溫差校準，在圖象穩(wěn)定（5分鐘）后即可開始檢測。一般先用紅外熱像儀對所有應測試部位進行全面掃描，發(fā)現(xiàn)過熱異常部位，然后對異常部位和重點被檢測設備進行準確檢測。熱像系統(tǒng)的測溫量程宜設置在環(huán)境溫度加溫升（10K-20K）之間進行檢測。在有電磁場的環(huán)境中，熱像儀連續(xù)使用時每隔5-10min，或者圖象出現(xiàn)不均衡現(xiàn)象是，應進行內(nèi)部溫度校準。二、紅外成像設備實操基礎4、電力設備紅外檢測方法2）準確檢測(1)環(huán)境條件風速一般不大于0.5m/s(相當于1級風)。被檢測設備通電時間不小于6h,一般在24h以上。檢測時間為晴天日落后2h。被檢測設備周圍應具有均衡的背景輻射，測溫時應避開臨近的熱輻射源的干擾。二、紅外成像設備實操基礎7、熱像儀拍照步驟步驟：設定好正確的參數(shù)（發(fā)射率、反射溫度）對焦清楚定格判斷拍照質(zhì)量保存圖片故障分析方法：綜合利用熱像儀上各種測量工具。利用分析軟件。二、紅外成像設備實操基礎8、熱像儀各種測量功能：數(shù)碼相機照明燈紅外相機熱像儀鏡頭二、紅外成像設備實操基礎8、熱像儀各種測量功能：內(nèi)置數(shù)碼相機二、紅外成像設備實操基礎8、熱像儀各種測量功能：紅外圖像可見光照片F(xiàn)LIR-熱疊加兩個溫度之間的熱疊加二、紅外成像設備實操基礎8、熱像儀各種測量功能：畫中畫二、紅外成像設備實操基礎8、熱像儀各種測量功能：最新MSX多波段動態(tài)成像技術

最新MSX多波段動態(tài)成像技術，具備MSX紅外圖像增強功能，將可見光譜清晰實時添加至紅外圖像，以優(yōu)化細節(jié)和及時定位，優(yōu)越的品質(zhì)讓創(chuàng)建報告時無需另外天添加圖片。新一代T系列紅外成像儀在同行中獨一無二的技術！二、紅外成像設備實操基礎8、熱像儀各種測量功能：MSX多波段動態(tài)成像技術傳統(tǒng)熱像圖譜MSX熱像圖譜二、紅外成像設備實操基礎9、熱像儀測量工具點