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红外热像仪的原理及发展

发布时间:2021-04-28 15:36 人气:

导读:红外热像仪的原理及发展红外线热像仪是利用红外线探测器、光学成像物镜和光机扫描系统(目前先进的焦平面技术省去了光机扫描系统),将被测目标的红外线辐射能量分布图形反映到红外线探测器的光敏元上,......

  红外线热像仪是利用红外线探测器、光学成像物镜和光机扫描系统(目前先进的焦平面技术省去了光机扫描系统),将被测目标的红外线辐射能量分布图形反映到红外线探测器的光敏元上,在光学系统和红外线探测器之间,有一个光机扫描机构(焦平面热像仪没有这个机构)对被测物体的红外线热像进行扫描,并将其集中在单元或分光探测器上,通过探测器将红外线辐射育专转换为电信号,通过放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏幕或监控器显示红外线热像图。这类热像图与物体表面的热分布场相对应;实质上,被测目标物体各部分红外辐射的热像分布图由于信号很弱,与可见光图像相比,缺乏层次感和立体感,因此,在实际动作过程中,为了更有效地判断被测目标的红外线热分布场,经常采取一些辅助措施,如图像亮度、对比度、对比度等。

  红外热像仪的发展

  英国物理学家F.W.赫胥尔于1800年发现了红外线,从此为人类应用红外技术开辟了广阔的道路。二战期间,德国人以红外线变像管为光电转换器件,开发了王动式夜视仪和红外线通讯设备,为红外线技术的发展奠定了基础。

  经过三次世界大战,美国德克萨兰仪器有限公司经过近一年的探索,开发了第一代用于军事领域的红外线成像装置,称为红外线寻视系统(FLIR),用光学机械系统对被测目标进行红外辐射扫描。光子探测器接收2D红外辐射迹象,通过光电转换和一系列仪器处理形成视频图像信号。这种系统和原始形式是一种非实时自动温度分布记录仪。后来,随着5000年代锑化闭合物和锗汞光子探测器的发展,高速扫描和实时显示目标热图像的系统开始出现。

  20世纪60年代初,瑞典AG&公司开发了一种成功的第二代红外线成像装置,在红外线寻视系统的基础上,增加了温度测量功能,称为红外线热像仪。

  最初,由于保密的原因,在发达国家也局限于军事,投入使用的热成像装置可以在夜间或浓浓的云雾中探测对方的目标,探测伪装和高速运动的目标。由于国家资金的支持,研发和开发成本高,仪器成本高。考虑到工业生产发展中的实用性和结谷工业红外探测的特点,采用压缩仪器成本。降低生产成本,根据民用要求,通过降低扫描速度,提高图像分辨率等措施逐渐发展到民用领域。

  20世纪60年代中期,AcA公司开发了第一套工业实时成像系统(THV)。该系统由液氮制冷,重约385公斤,重约385公斤。因此,使用中的便携性很差。经过几代人的改进,1986年开发的红外热像仪不再需要液氦或高压气体,而是通过热电制冷,可以用电池供电。1988年推出的全功能热像仪集温度测量、修改、分析、图像收集和储存于一体,重量小于7公斤,仪器的功能、精度和可靠性明显提高。

  20世纪90年代中期,美国rSI公司首次开发了一种由军事技术(FPA)转移到民用和商业化的新型红外热像仪(CCD)属于焦平面阵列结构的凝结成像装置,技术功能更加先进。现场温度测量时,只需对准目标摄取图像,并将上述信息存储在机器中的个人电脑卡上,即完成所有操作。各种参数的设置可以返回室内软件进行修改和分析,最后直接获得测试报告。由于技术的改进和结构的变化,它取代了复杂的机械扫描。仪器的重型儿童不到2公斤。使用中,它就像手持摄像机一样,单手可以轻松操作。

  如今,红外热成像系统已广泛应用于电力、消防、石油化工和医疗领域。红外热成像仪在世界经济发展中发挥着重要作用。

  红外热像仪的分类

  红外线热像仪一般分光机扫描成像系统和非扫描成像系统。光学扫描成像系统采用单元或多元元数有8,10,16,23,48,55,60,120,180甚至更多光电导或光伏红外线探测器,使用单元探测器时速度慢,主要是帧幅响应时间不够快,多元阵列探测器可以制作高速实时热像仪。非扫描成像的热像仪,如近年来推出的阵列式凝视成像的焦平面热像仪,属于新一代的热像装需,在性能上比光学扫描仪大大优于光学扫描仪,有逐步取代光学扫描仪的趋势。它的关键技术是探测器由单片集成电路组成,被测目标的整个视野都集中在上,而且图像更清晰,使用更方便,仪器非常小巧轻便,同时还具有自动调焦图像冻结、连续放大、点温、线温、语音注释等功能,仪器采用PC卡,存储容量可达500张。

  红外线热电视是红外线热像仪的一种。红外线热电视是通过热释电摄像管PEV接收被测物体的表面红外线辐射,并将分布在目标内的无形热图像转化为视频信号,因此,热释电摄像管是红外线热电视的光键装置,它是一种实时成像、宽谱成像(对3~5um和8~144m有较好的频率响应),具有中等分辨率的热成像装置,主要由透镜、靶面和电子枪三部分组成。它的技术功能是通过透镜将被测目标的红外辐射线聚焦到热释电摄像管,采用常温热电视探测器和电子束扫描和靶面成像技术。热像仪的主要参数有:

  2.3.1工作带;工作带是指红外热像仪中选择的红外探测器的响应波长区域,一般为3~5uma或8~12(4mo)。

  2.3.2探测器类型;探测器类型是指使用的红外线设备。采用单元或多元(元数8、10、16、23、48、55、60、120、180等)的光电导向或光厌红外线探测器,采用硫化铅(Pbs)、硒化铅(PnSe)、蹄化钢(InSb)、帝镉汞(HgCdTe)、蹄锡铅(PbSnTe)、锗(Ge:和硅(si:X)等。

  2.3.3扫描模式;一般来说,它是中国的标准电视模式和p江模式。2.3.4显示模式;指屏幕显示是黑白还是显示。

  2.3.5温度测量范围;指测量温度最高温度值的范围。

  2.3.6温度测量精度是指红外热像仪测量温度的最大误差与仪器范围之比的百分比。2.3.7最日工作时间红外热像仪允许连续工作时间。

  红外热像仪是一种通过吸收目标物体的能量辐射产生红外图像和测温的仪器。

  红外线能量是一种肉眼看不见的能量,它的波长很长,不能用肉眼检测到。这是电磁波谱的一部分,人们把它感觉到热量。不像可见光,在红外线领域,任何温度在绝对零度以上的物体都能散发热量。甚至像冰这样表面很冷的物体也能发出红外线能量。物体温度越高,其辐射的红外线能量就越强。红外线热像仪可以帮助我们看到肉眼看不到的情况。红外线热像仪可以生成红外线图像或热辐射图像,并可以提供精确的非接触温度测量功能。几乎所有物体在出现故障前,温度都会上升,所以在许多领域,红外线热像仪绝对是一种经济有效的检测工具。因为许多行业都将高效生产、能源管理、提高产量和生产安全作为企业发展的重要目标,所以红外线热像仪在各个行业和各个领域得到了广泛的应用。

  为什么要测温?

  仅靠红外线图像发现故障往往是不够的。实际上,一个只能产生红外线图像而不能测量温度的红外线热像仪并不能反映所有的电气或机械故障。许多电器设备在自身温度明显高于环境温度时仍能正常工作。所以一个没有测温功能的红外线热像仪可能会误导你发现一个根本不存在的故障。

  具有温度测量功能的红外热像仪可以正确引导预防性维护专家准确判断电气或机械设备的运行情况。您可以将测量温度值与历史温度进行比较,或与同时同类设备的温度读数进行比较,以准确判断是否有明显的温升,是否会导致零件故障,带来生产隐患。
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