熱像儀科技在軍民兩方面都有應(yīng)用,最開始起源于軍用,逐漸轉(zhuǎn)為民用。在民用中一般叫熱像儀,主要用于研發(fā)或工業(yè)檢測與設(shè)備維護(hù)中,在防火、夜視以及安防中也有廣泛應(yīng)用。
熱像儀的工作原理
紅外熱像儀是一門使用光電設(shè)備來檢測和測量輻射并在輻射與表面溫度之間建立相互聯(lián)系的科學(xué)。
輻射是指輻射能(電磁波)在沒有直接傳導(dǎo)媒體的情況下移動(dòng)時(shí)發(fā)生的熱量移動(dòng)?,F(xiàn)代紅外熱像儀的工作原理是使用光電設(shè)備來檢測和測量輻射,并在輻射與表面溫度之間建立相互聯(lián)系。
所有高于絕對(duì)零度(-273℃)的物體都會(huì)發(fā)出紅外輻射。
紅外熱像儀利用紅外探測器和光學(xué)成像物鏡接受被測目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上,從而獲得紅外熱像圖,這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對(duì)應(yīng)。
通俗地講紅外熱像儀就是將物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像。
熱圖像的上面的不同顏色代表被測物體的不同溫度。通過查看熱圖像,可以觀察到被測目標(biāo)的整體溫度分布狀況,研究目標(biāo)的發(fā)熱情況,從而進(jìn)行下一步工作的判斷。
人類一直都能夠檢測到紅外輻射。人體皮膚內(nèi)的神經(jīng)末梢能夠?qū)Φ瓦_(dá)±0.009°C (0.005°F) 的溫差作出反應(yīng)。雖然人體神經(jīng)末梢極其敏感,但其構(gòu)造不適用于無損熱分析。
例如,盡管人類可以憑借動(dòng)物的熱感知能力在黑暗中發(fā)現(xiàn)溫血獵物,但仍可能需要使用更佳的熱檢測工具。
由于人類在檢測熱能方面存在物理結(jié)構(gòu)的限制,因此開發(fā)了對(duì)熱能非常敏感的機(jī)械和電子設(shè)備。這些設(shè)備是在眾多應(yīng)用中檢查熱能的標(biāo)準(zhǔn)工具。
熱像儀是利用紅外探測器和光學(xué)成像物鏡接收被測目標(biāo)的紅外輻射能量,并將能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上,從而獲得紅外熱像圖,這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對(duì)應(yīng)。
通俗地講熱像儀就是將物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像。熱圖像的上面的不同顏色代表被測物體的不同溫度。
說起紅外熱像儀,人們的第一反應(yīng)是在軍事上的應(yīng)用,尤其是在美國的戰(zhàn)爭大片中,紅外線熱像儀幾乎成了必備的裝備。
實(shí)際上,紅外熱像儀較早也是應(yīng)用于軍事領(lǐng)域,在技術(shù)逐漸成熟以后才應(yīng)用于民用工業(yè),并且迅速擴(kuò)展。
紅外線熱像儀屬于測溫儀的一種,由于帶了熱成像的功能,不僅僅顯示某個(gè)點(diǎn)的溫度示數(shù),而是整個(gè)面的溫度分布,所以比一般的測溫儀更加直觀,可以說為技術(shù)人員提供了一雙能夠直接觀測溫度的眼睛。
目前,在電力系統(tǒng)、土木工程、汽車、化石、冶金等諸多領(lǐng)域都廣泛存在紅外熱像儀的應(yīng)用,其發(fā)展前景十分廣闊。
紅外熱像儀原理的核心是波爾茲曼定律,這位在熱學(xué)領(lǐng)域貢獻(xiàn)頗多的科學(xué)家將普朗克的理論進(jìn)行了延伸,他發(fā)現(xiàn)紅外線總能量與絕對(duì)溫度的四次方成正比。
這一關(guān)系建立后,通過光敏元件對(duì)不同波長紅外線的反應(yīng)值進(jìn)行數(shù)字化處理,可以反演出溫度值,就能夠得到完整的熱像圖,圖像中顏色的不同就代表了溫度的不同。
紅外熱像儀經(jīng)常用于工業(yè)設(shè)備的檢測,比如鍋爐、電機(jī)、變電站等等設(shè)備,如果有故障發(fā)生,其各部分的溫度會(huì)出現(xiàn)異常,可以通過熱像儀很明顯地找到故障位置。
雖然熱像儀可以通過遙感的方式很方便地對(duì)溫度進(jìn)行測量,但是畢竟屬于間接測量方式,精度并沒有一般溫度儀那么高,當(dāng)儀器量程比較大時(shí),比如在冶金行業(yè)使用的紅外熱像儀,其量程達(dá)到幾千度,其測溫精度的差別會(huì)有±2℃。
但就使用的實(shí)際需要而言,這個(gè)誤差完全在可以接受的范圍內(nèi)。如果將量程縮小,應(yīng)用一般工業(yè)領(lǐng)域中,所測量的溫度范圍只有幾百度左右,那么精度就會(huì)上升,測量的誤差將減小。
紅外熱像儀屬于便攜式設(shè)備,單手操作即可,屏幕分辨率通常為240*320。然而不同的品牌在使用起來差別很大。
比如其使用的光敏元件不同,熱靈敏度和分辨率也就不同。以Fluke的紅外熱像儀為例,其熱靈敏度能達(dá)到0.045℃。再比如對(duì)焦是否快速準(zhǔn)確,能否錄制測量過程,人機(jī)界面是否友好等等。