熱像儀科技在軍民兩方面都有應用,最開始起源于軍用,逐漸轉為民用。在民用中一般叫熱像儀,主要用于研發(fā)或工業(yè)檢測與設備維護中,在防火、夜視以及安防中也有廣泛應用。
熱像儀的工作原理
紅外熱像儀是一門使用光電設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。
輻射是指輻射能(電磁波)在沒有直接傳導媒體的情況下移動時發(fā)生的熱量移動?,F(xiàn)代紅外熱像儀的工作原理是使用光電設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。
所有高于絕對零度(-273℃)的物體都會發(fā)出紅外輻射。
紅外熱像儀利用紅外探測器和光學成像物鏡接受被測目標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應。
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的整體溫度分布狀況,研究目標的發(fā)熱情況,從而進行下一步工作的判斷。
人類一直都能夠檢測到紅外輻射。人體皮膚內的神經末梢能夠對低達±0.009°C (0.005°F) 的溫差作出反應。雖然人體神經末梢極其敏感,但其構造不適用于無損熱分析。
例如,盡管人類可以憑借動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構的限制,因此開發(fā)了對熱能非常敏感的機械和電子設備。這些設備是在眾多應用中檢查熱能的標準工具。
熱像儀是利用紅外探測器和光學成像物鏡接收被測目標的紅外輻射能量,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應。
通俗地講熱像儀就是將物體發(fā)出的不可見紅外能量轉變?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,人們的第一反應是在軍事上的應用,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。
實際上,紅外熱像儀較早也是應用于軍事領域,在技術逐漸成熟以后才應用于民用工業(yè),并且迅速擴展。
紅外線熱像儀屬于測溫儀的一種,由于帶了熱成像的功能,不僅僅顯示某個點的溫度示數(shù),而是整個面的溫度分布,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、冶金等諸多領域都廣泛存在紅外熱像儀的應用,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,這位在熱學領域貢獻頗多的科學家將普朗克的理論進行了延伸,他發(fā)現(xiàn)紅外線總能量與絕對溫度的四次方成正比。
這一關系建立后,通過光敏元件對不同波長紅外線的反應值進行數(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。
紅外熱像儀經常用于工業(yè)設備的檢測,比如鍋爐、電機、變電站等等設備,如果有故障發(fā)生,其各部分的溫度會出現(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溫度進行測量,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,當儀器量程比較大時,比如在冶金行業(yè)使用的紅外熱像儀,其量程達到幾千度,其測溫精度的差別會有±2℃。
但就使用的實際需要而言,這個誤差完全在可以接受的范圍內。如果將量程縮小,應用一般工業(yè)領域中,所測量的溫度范圍只有幾百度左右,那么精度就會上升,測量的誤差將減小。
紅外熱像儀屬于便攜式設備,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,其熱靈敏度能達到0.045℃。再比如對焦是否快速準確,能否錄制測量過程,人機界面是否友好等等。