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热像仪

红外热像科技在军民两方面都有应用,最开始起源于军用,逐渐转为民用。在民用中一般叫热像仪,主要用于研发或工业检测与设备维护中,在防火、夜视以及安防中也有广泛应用。

热像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上,从而获得红外热像图,这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。

红外线”一词源于“infrared”,是超出红色之外的意思,表示该波长 在电磁辐射频谱中所处的位置。“thermography”一词是采用同根词生成的,意思是“温度图像”。热成像的起源归功于德国天文学家 Sir William Herschel,他在 1800 年使用太阳光做了一些实验。Herschel 让太阳光穿过一个棱镜并在各种颜色处放置温度计,利用灵敏的水银温度计测量每种颜色的温度,结果发现了红外辐射。Herschel 发现,当越过红色光线进入他称为“暗红热”区域时,温度便会升高。

直至二十世纪六十年代,热像技术才被用于非军事应用领域,开始出现民用的第一代热像仪作为精密的仪器逐渐被各行业所应用。1988年AGEMA公司研制出便携式电池驱动型ThermoVision 400系列,使状态监测市场发生革命性变化。虽然早期的热像系统很笨重、数据采集速度缓慢而且分辨率不佳,但它们还是被用于工业应用领域,例如检查大型输配电系统。20世纪90年代末AGEMA公司将首台非制冷热像仪投入市场,随后美国FLUKE也逐步进入,从此热像仪开始进入快速发展时期。由于第一代热像仪的出现解决了电力上接头带电温度检测的问题。具有便携、非接触等优点,而且可以直观看到温度分布。很快就被广泛应用于电力、设备维护等巡检和电路研发、材料研发等科研方面。

21世纪初期,随着热像科技的发展,一些热像仪厂商推出了适合长期在线监测和组网监控的第二代热像仪热像技术开始往传感器方向发展。第二代热像仪可以对重点设备与高危区域的24小时实时监测。可以与其他设备进行联动,组成监控系统实现大规模组网。随后更是开始被运用于变电站监控、防火、安防以及辅助驾驶等方面。

2010年后,市场上出现了第三代热像仪热像技术开始与移动互联网结合。热像仪与手机结合,利用了手机的便捷操控性、快速增长的处理能力和移动联网功能,使热像仪的操作更简单、功能更强大。而且手机热像仪方便快速的云存储和数据分享,使热像仪从孤立的仪器和传感器,发展成为大数据的热像采集终端,大幅扩充了热像的应用空间。

随着热像科技的普及,民用热像仪也逐渐从工业、医用进入到消费领域。如何让热像仪更加普及应用于大众成为热像领域创新公司需要关注和解决的问题。2017年在美国CES上发布的云热像是第四代热像仪的代表热像技术开始了智能化和互联网化深度融合发展之路。云热像是一种基于互联网服务的智能热像监控摄像头。用户只需要给云热像供电和连上网线或者4G上网卡,就可以在手机上观看实时热像视频和接收报警信息。用户无需复杂的网络设置或者热像专业知识,智能化的云热像会自动识别火灾风险和安防入侵风险。第四代热像仪的发展,将热像技术带入大众化的市场,开启了热像的新时代。

通俗地讲热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。通过查看热图像,可以观察到被测目标的整体温度分布状况,研究目标的发热情况,从而进行下一步工作的判断。 现代热像仪的工作原理是使用光电设备来检测和测量辐射,并在辐射与表面温度之间建立相互联系。所有高于绝对零度(-273℃)的物体都会发出红外辐射。热像仪利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上,从而获得红外热像图,这种热像图与物体表面的热分布场相对应。

不需要接触待测目标

使用户远离危险

不会侵扰或者影响目标

快速生成热分布图像

可以比较物体不同区域的温度

利用图像可以观察整体目标

使热分布可视化并能进行后期分析

实时响应

高速移动物体捕获

高频温度变化的图像捕捉

红外热像仪的构成包5大部分:

1、红外镜头: 接收和汇聚被测物体发射的红外辐射;

2、红外探测器组件: 将热辐射信号变成电信号;

3、电子组件: 对电信号进行处理;

4、显示组件: 将电信号转变成可见光图像;

5、软件: 处理采集到的温度数据,转换成温度读数和图像。

红外热像仪的应用范围极其广泛,并且随着红外技术的不断发 展及普及,新的应用被不断开发。主要有一下几个应用大类。

PCB板发热、散热检测;芯片发热、散热测试;芯片内部温度测试;元器件极限测试等电子电路研发或检测。

手机、空调、服务器、冰箱等产品研发与质量检测。

复合材料、散热材料、隔热材料、材料应力测试等材料研究。

太阳能电池板、新能源电池、充电桩等新能源研究与检测。

制动系统、液压系统、牵引系统、传动系统、加热系统、精密加工等机械动力研究。

渗漏、空鼓、缝隙、地暖等建筑检测。

吹塑、酿酒、腔内溃疡治疗探针等生产质量控制。

后挡风玻璃加热丝、轮胎、加热桌椅、发动机、刹车片、LED大灯等汽车研发与检修。

肿瘤靶向治疗、乳腺癌检测、烧伤等医疗研究。

奶牛炎症检测、孵化检测、植物的抗旱和抗寒研究等现代农业。

变压器、隔离开关、断路器、电容器、整流器、穿墙套管等电路监测。

配电柜、电机、服务器等设备检测。

蒸馏塔、储罐、反应器、换热器等重点设备检测。

煤仓、油库、化学品仓库、危险品仓库、面粉仓库、生物质仓库等仓库防火。

发酵池、造纸厂、炼油厂等厂房防火。

隧道、公路桥梁、森林防火等大空间防火。

港口、银行、厂房、监狱、机场等安防监控。

包括电子、电路、芯片、材料、机械、医疗等科研类客户建 议选择第三代热像仪,如三合一热像仪。因为操作简单、且具有全辐射视频流功能,搭配PC软件的温度/时间趋势分析,可以监测温度的动态变化、甚至可以长期检测老化过程。如需要看芯片等微小物体可以选择搭配微距镜头。

配电柜、管道等设备维护或建筑检测用户如简单查看检测可以使用第一代热像仪。如果需要做专业的预防性维护,建议使用第三代热像仪,选择带有二维码扫描命名热像图功能、可以长时间外接电源使用并具有在线功能或视频录制可以监测设备工况、PC软件具有温度/时间趋势分析功能。如集团客户等需要多台多地使用,并且希望提升管理能力的,首选第三代热像仪,利用其云存储功能,便于集团设备检测数据的管理与挖掘。

变电设备、重点设备监控或产线产品质量监控可考虑第二代热像仪或第四代热像仪,具有网络传输可组网的特点,建议使用带有断网自动重连功能的产品,如需要连接云台请选择带有PELCO-D协议的产品。另外建议使用带有报警、预置位、自动巡航和趋势分析等功能的PC软件。

如煤场、油库、厂房、森林等防火应用的用户可使用第二代热像仪或第四代热像仪,但是要选择带有前端数据处理、前端报警等功能的产品,因为防火需要系统架构温度,后端电脑报警的如网络问题或服务器故障会导致整个系统瘫痪。建议在前面的基础上选择软件带有首火警点功能的产品便于后期分析火灾起因与蔓延。如还需要远程监控查看的可以选还带有断线重连、PELCO-D协议、ONVIF协议的产品。第四代热像仪的使用成本会降低很多,便于快速部署。

如果用于港口、机场等安防使用建议使用第二代热像仪或第四代热像仪,但是也需要具有断线重连、PELCO-D协议和ONVIF协议等功能,便于使用和维护。第四代热像仪应用热像科技在未来的趋势。

1、热灵敏度/NETD

热像仪能分辨细小温差的能力,它一定程度上影响成像的细腻程度。灵敏度越高,成像效果越好,越能分辨故障点的具体位置。

2、红外分辨率

红外分辨率指的是热像仪的探测器像素,与可见光类似,像素越高画面越清晰越细腻,像素越高同时获取的温度数据越多。

3、视场角/FOV

探测器上成像的水平角度和垂直角度。角度越大看到的越广,如广角镜。角度越小看到的越小,如长焦镜。所以根据不同的场合选择合适的镜头也是相当重要的。

4、空间分辨率/IFOV

IFOV是指能在单个像素上所能成像的角度,因为角度太小所以用毫弧度mrad表示。IFOV受到探测器和镜头的影响可以发现镜头不变,像素越高,IFOV越小。反之像素不变,视场角越小,IFOV越小。同时,IFOV越小,成像效果越清晰。

5、测温范围

设备可以测量的最低温度到最高温度的范围,范围内可具有多个温度量程,需要手动设置。如FOTRIC 226测温范围是-20℃~650℃,温度量程分为-20 ℃~+150 ℃ 、 0 ℃~350 ℃和200 ℃~650 ℃。尽可能选择能符合要求的小量程进行测试,如果测试60℃的目标,选择-20~150℃的量程会比选择0~350℃的量程,热像图更加清晰。

6、全辐射热像视频流

保存每帧每个像素点温度数据的视频流,全辐射视频可以进行后期温度变化分析,也可以对每一帧图片进行任意温度分析。

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