热成像仪的原理和发展及选购

热像仪的原理　　红外热成像技术是一项前途广阔的高新技术。比0.78微米长的电磁波位于可见光光谱红色以外，称为红外线或称红外辐射，是指波长为0.78~1000微米的电磁波，其中波长为0.78~2.0微米的部分称为近红外，波长为2.0~1000微米的部分称为热红外线。自然界中，一切物体都可以辐射红外线，因此利用探测仪测量目标本身与背景间的红外线差可以得到不同的热红外线形成的红外图像。　　目标的热图像和目标的可见光图像不同，它不是人眼所能看到的可见光图像，而是表面温度分布图像。红外热成像使人眼不能直接看到表面温度分布，变成可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。所有温度在绝对零度（-273℃）以上的物体，都会不停地发出热红外线。红外线（或热辐射）是自然界中存在最为广泛的辐射，它还具有两个重要的特性：　　（1）物体的热辐射能量的大小，直接和物体表面的温度相关。热辐射的这个特点使人们可以利用它来对物体进行无需接触的温度测量和热状态分析，从而为工业生产，节约能源，保护环境等方面提供了一个重要的检测手段和诊断工具。　　（2）大气、烟云等吸收可见光和近红外线，但是对3~5微米和8~14微米的热红外线却是透明的。因此，这两个波段被称为热红外线的“大气窗口”。利用这两个窗口，使人们在完全无光的夜晚，或是在烟云密布的战场，清晰地观察到前方的情况。由于这个特点，热红外成像技术在军事上提供了先进的夜视装备，并为飞机、舰艇和坦克装上了全天候前视系统。这些系统在现代战争中发挥了非常重要的作用。　　热像仪应用的范围随着人们对其认识的加深而愈来愈广泛：用热像仪可以十分快捷，探测电气设备的不良接触，以及过热的机械部件，以免引起严重短路和火灾。对于所有可以直接看见的设备，红外热成像产品都能够确定所有连接点的热隐患。对于那些由于屏蔽而无法直接看到的部分，则可以根据其热量传导到外面的部件上的情况，来发现其热隐患，这种情况对传统的方法来说，除了解体检查和清洁接头外，是没有其它的办法。断路器、导体、母线及其它部件的运行测试，红外热成像产品是无法取代的。然而红外热成像产品可以很容易地探测到回路过载或三相负载的不平衡。 热像仪的应用非常广泛，只要有温度差异的地方都有应用。比如：在建筑领域，检查空鼓、缺陷、瓷砖脱落、受潮、热桥等；在消防领域可以查找火源，判定事故的起因，查找烟雾中的受伤者；公安系统可以找夜间藏匿的人；汽车生产领域可以检测轮胎的行走性能、空调发热丝、发动机、排气喉等性能；医学可以检测针灸效果、早期发现鼻咽癌、乳腺癌等疾病；电力检查电线、连接处、快关闸、变电柜等。 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。任何有温度的物体都会发出红外线，热像仪就是接收物体发出的红外线，通过有颜色的图片来显示被测量物表面的温度分布，根据温度的微小差异来找出温度的异常点，从而起到与维护的作用。一般也称作红外热像仪。一．热像仪的发展　　热像仪在最早是因为军事目的而得以开发，近年来迅速向民用工业领域扩展。自二十世纪70年代，欧美一些发达国家先后开始使用热像仪在各个领域进行探索。　　热像仪也经过几十年的发展，已经发展成非常轻便的现场测试设备。由于测试往往产生的温度场差异不大和现场环境复杂等因素，好的热像仪必须具备160*120像素、分辨率小于0.1℃、空间分辨率小、具备红外图像和可见光图像合成功能等。 热像仪的发展离不开一个品牌RNO，作为一家美俄合资的企业，RNO一直是美俄军方夜视设备的的最大提供商，RNO下属两家企业，一家以生产高端夜视仪为主，在俄罗斯。一家以生产热像仪为主，在美国。在市面上我们看不到RNO夜视仪和RNO的望远镜式手持热像仪销售，因为这两类设备都仅供军方。RNO目前市面能够见到的是普通手持热像仪，主要是工程上使用。热像仪的发展，给军方的投入发展相关，RNO一直与军方合作，引领着全球热像仪的发展。　　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。二．热像仪的品牌 作为世界最先进的高科技产品，热像仪的知名品牌主要集中在美国。近年来，我国在热像仪领域也取得了巨大进步，但是在技术上相对美国还有一定差距，相信国内品牌再经过几年的发展，一定能够和美国品牌抗衡。 热像仪的品牌非常多，客户在选择时，有点无从下手，在选择热像仪时，建议选择大品牌的热像仪。 2012年4月，美国知名的Thermal infrared imager TIMES,发布了2011年全球热像仪品牌排名，美国RNO连续5年荣登销量榜首，其IR160 和PC160热像仪更是以40%的市场份额连续8年荣登单品销量冠军。在选择时，可以根据这个排名，进行参考选择。同时选择适合自己的型号。1. 美国RNO RNO公司于1940年成立于美国芝加哥，是全球历史最为悠久的热像仪生产企业，在二战中，RNO热像仪曾广泛应用美国军方。经过70年的发展，RNO下设了美国RNO，美俄合资RNO。RNO是全球最为，其下属的RNO夜视仪，在3,4代高端夜视仪领域拥有极大的知名度。 70年来，RNO一直专门致力于热像技术的开发，RNO热像仪工厂分别设在美国、英国、日本和中国。RNO夜视仪则将工厂设立在俄罗斯。 目前RNO 在全球拥有近5000名雇员，其授权分遍布全球100多个国家。 美国RNO一直是全球热像仪技术的领导者。引领全球热像技术的发展。 RNO以生产中高端热像仪为主，2012年，美国RNO以高达50%的市场份额位居全球热像仪首位，其传奇产品PC-160以高达30%的市场份额连续5年位居全球热像仪销售宝座。这款售价不到5000美元的产品，以高达60HZ的帧频，-20-600度两温区选择，以及移动点移动区高温自动捕捉等功能，让其成为最具性价比产品，成为热像仪的一代神话。 其2013年新品IR160，售价不到4万元，分辨率160*120，其实5万元内，唯一可以3各区域测温的机型。另外其也是唯一款可见光拍摄的热像仪。可见光拍摄，可以将热像图像和普通图像，重叠显示。这张大大扩大了热像仪的使用范围。2. 美国FLIRFLIR Systems Inc, (NASDAQ: FLIR) 作为创新成像系统制造领域的领军企业，其产品范围涉及热像仪、航空摄像机和机械检测系统等。FLIR产品已在全球60余个国家内的工商业及政府领域中发挥了重要作用。50多年来，FLIR公司一直致力于为科研、工业、执法机关及军工领域提供热像仪和夜视仪设备，堪称商用热像仪领域中无可辩驳的领导者。FLIR 产品系列应用极为广泛，涵盖预防性维护、状态监控，无损测试、研发、医疗科学、温度测量、热测试、执法机关、监视、安保及生产过程控制等各个领域，能够为入门级或专家级用户提供最为全面的支持。FLIR在低端热像仪产品及具优势，其售价不到2000美金的I3，I5，虽然仅仅是入门级机型，但是深受不发达地区的低端客户青睐。2012年，FLIR凭借其I3的销量，以20%的市场份额，依然维持做其全球销量亚军的称号。3. 美国FLUKE福禄克于1948年成立，是丹纳赫（Danaher）。福禄，总部设在美国华盛顿州的埃弗里德市，工厂分别设在美国、英国，荷兰和中国，其遍布欧洲、北美、南美、亚洲和澳大利亚。的授权分销商已遍布世界100多个国家，雇员约2400人。多年来，福禄克创造和发展了一个特定的技术市场——为各个工业领域提供用于测试和检测故障的优质电子仪器仪表产品，并把该市场提升到重要地位。每新建的一个工厂、 办公区、或设施，都可成为福禄克产品的潜在用户。从工业控制系统的安装调试到过程仪表的校验维护，从实验室精密测量到计算机网络的故障诊断，福禄克的产品帮助各行各业的业务高效运转并不断发展。无论是技术人员、工程师、科研、教学人员还是计算机网络维护人员，都通过使用福禄克的仪器仪表产品扩展了个人能力，并出色地完成了工作。正是他们，给予了福禄克最大的信任和最好的口碑，使得福禄克品牌在便携、坚固、安全、易用、和严谨的质量标准方面得到高度的美誉，成为所涉及的领域中的领导者。作为美国第三大热像仪品牌，FLUKE 在2012年以将近15%的市场份额，位居季军。4. 德国InfraTec德国英福泰克(InfraTec)公司ImageIR系列高端红外成像系统基于最先进的光子型焦平面探测器和数字读出电路技术，具有帧频高、灵敏度高、测量精度高、解析度高等特性。 根据用户的需求，以模块化概念进行设计的ImageIR系列红外成像系统有超过10款不同型号的产品，可帮助用户实现包括光谱测量等应用在内的特殊需求，可广泛应用于科学研究、工业研发、过程控制、非破坏性测试、多谱段红外特征分析等领域。 凭借德国品牌的影响力，INFRATEC品牌，在2011年全球热像仪领域，位居第四。5. 日本NEC NEC(日本电气株式会社)成立于1899年，总部位于日本东京，是全球500强企业之一。NEC主要从事IT服务、平台业务、运营商网络、社会基础设施、个人解决方案等产品的研发、生产和销售，产品多达15000多种。NEC在全球150多个国家和地区开展业务，拥有员工14万余人，总数为310家。NEC是全球IT、通信网络的领先供应商之一，融合先进的信息技术和网络技术，向政府、企业及个人提供卓越的综合解决方案。作为行业的领先者，NEC不断实现技术创新，在超级计算机、云计算技术、物联网技术、下一代网络技术、充电锂离子电池技术、生物识别技术等多个领域做出了重要贡献并保持着多项世界领先记录。五． 热像仪的选购要点 选择红外线热像最为重要的四个指标是：1. 探测器分辨率： 一般建议选择160*1202. 帧频： 一般建议选择30HZ以上的，低于10HZ的尽量不要选择，无法适应大部分环境。3. 测温范围： 建议选择两个测温范围的，比如-20-120，0-600的。4. 测温方式： 尽量选择可自动捕获 移动测温点和测温区域的机型。 固定中心点测温的机型，在使用的时候很难找到最高温度区和温度点，就违法诊断出问题。六．热像仪的用途在科研领域主要应用包括：汽车研究发展－射出成型、模温控制、剎车盘、引擎活塞、电子电路设计、烤漆；电机、电子业－印制电路板热分布设计、产品可靠性测试、电子零组件温度测试、笔记本电脑散热测试、微小零组件测试；引擎燃烧试验风洞实验；目标物特征分析；复合材料检测；建筑物隔热、受潮检测；热传导研究；动植物生态研究；模具铸造温度测量；金属熔焊研究；地表/海洋热分布研究等。红外热成像仪已广泛应用于安全防范系统中，并成为安全监控系统中的明星。由于具有隐蔽探测功能，不需要可见光，可以使犯罪份子不知其工作地点和存在，进而产生错误判断，导致犯罪行为被发现。在某些重要单位，例如：重要的行政中心、银行金库、机要室、档案室、军事要地、监狱等，用红外热成像仪24小时监控，并随时对背景资料进行分析，一旦发现变化，可以及时发出警报，并可以通过智能设备的处理，对有关情况进行自动处理，并随时将情况上报，取得进一步的处理意见。1.各种电气装置：可发现接头松动或接触不良，不平衡负荷，过载，过热等隐患。这些隐患可能造成的潜在影响是产生电弧、短路、烧毁、起火。2.变压器：可以发现的隐患有接头松动，套管过热，接触不良（抽头变换器），过载，三相负载不平衡，冷却管堵塞不畅。其影响为产生电弧、短路、烧毁、起火。3.电动机、发电机：可以发现的隐患是轴承温度过高，不平衡负载，绕组短路或开路，碳刷、滑环和集流环发热，过载过热，冷却管路堵塞。其影响为有问题的轴承可以引起铁芯或绕组线圈的损坏；有毛病的碳刷可以损坏滑环和集流环，进而损坏绕组线圈。还可能引起驱动目标的损坏。4.电气设备维修检查，屋顶查漏，节能检测，环保检查，安全防盗，森林防火，无损探伤，质量控制，医疗检查等等也很有效益。