紅外熱像儀工作原理及選購技巧

? ? ? ? 紅外熱像儀是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。

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)。輻射是指紅外熱像儀的光路圖輻射能（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。

圖1：紅外熱像儀的光路圖

一、紅外熱像儀的構(gòu)成

紅外熱像儀的構(gòu)成包5大部分：

1、紅外鏡頭： 接收和匯聚被測物體發(fā)射的紅外輻射；

2、紅外探測器組件： 將熱輻射信號(hào)變成電信號(hào)；

3、電子組件： 對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理；

4、顯示組件： 將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成可見光圖像；

5、軟件： 處理采集到的溫度數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成溫度讀數(shù)和圖像。

二、紅外熱像儀的選購技巧

近幾年紅外熱像儀在全球發(fā)展非常迅猛，CEM華盛昌為了用戶的需求，也正式推出新款的紅外熱像儀。作為一款高科技的產(chǎn)品，很多人在選擇紅外熱像儀時(shí)，有點(diǎn)無從下手，本文將詳細(xì)介紹如何選擇紅外熱像儀，選購紅外熱像儀主要從以下幾個(gè)方面入手。

1、紅外熱像儀的探測器分辨率。紅外熱像儀的探測器分辨率現(xiàn)在主流的是160*120（19.2萬像素），主流款的基本上都是這個(gè)像素。另外還有更低分辨率如60*60，3.6萬像素，80*60，4.8萬像素，100*100，10萬像素。還有384X288，110萬像素以及640480（300萬像素）。對(duì)于手持型紅外熱像儀，160*120是最黃金的分辨率，具有非常好的性價(jià)比。比如CEM紅外熱像儀DT-9875的分辨率就是160*120.低于這個(gè)分辨率的紅外熱像儀，在很多場合就無法使用了。而超過100萬像素的紅外熱像儀售價(jià)又大幅上升，除非你對(duì)分辨率要求很高，可以選擇超過100萬像素的紅外熱像儀。

2、紅外熱像儀的鏡頭焦距，一般的紅外熱像儀的鏡頭都可以更換。但是廠家標(biāo)配一般都是一個(gè)鏡頭。而CEM廠家為用戶標(biāo)配了三個(gè)鏡頭。長焦鏡頭會(huì)提高遠(yuǎn)距離的辨識(shí)率，但是會(huì)大大縮小視野。相反短焦鏡頭，大大提高視野范圍，但是會(huì)降低辨識(shí)率。

3、像間距、空間分辨率、視場、辨識(shí)距離這幾個(gè)指標(biāo)是由探測器分辨率和鏡頭焦距決定的。 這四個(gè)指標(biāo)，很多品牌都在宣傳。其實(shí)紅外熱像儀的探測器分辨率和鏡頭焦距固定了，這四個(gè)指標(biāo)就固定，這四個(gè)指標(biāo)是算出來的。所以選購時(shí)不用過多的關(guān)注。 像間距160*120 的像間距都是51um，320*240的像間距都是25.4um，以此類推，分辨率越高，像間距越小?？臻g分辨率=像間距/鏡頭焦距。

所以空間分辨率越小，能夠辨識(shí)的距離越遠(yuǎn)。如果使用22mm的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭。160*120的空間分辨率為2.3mrad左右。如果用長焦鏡頭，空間分辨率就會(huì)更小。 視場?=空間分辨率*行像素/17.45，比如160*120的，使用22MM的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，視場為21度。 辨識(shí)距離，我們一般默認(rèn)4個(gè)像素為客識(shí)別的距離，所以辨識(shí)距離=目標(biāo)高度/（空間分辨率*4）。 比如160*120的，22MM標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，辨識(shí)距離為185米左右。如果鏡頭焦距變成115MM，那辨識(shí)距離就變成了將近1000米，當(dāng)然視野也大幅度變小。 所以紅外熱像儀最為重要的指標(biāo)是探測器分辨率，另外上面提及的指標(biāo)，都可以通過鏡頭更換進(jìn)行變化。

4、幀頻。幀頻在紅外熱像儀選購中，是第二個(gè)最為重要的指標(biāo)。幀頻是指1秒鐘內(nèi)?熱像儀可以或許完成圖像拍攝、處理、表現(xiàn)的數(shù)目。傳感器相應(yīng)越快，內(nèi)部電路處理速率越高，則可實(shí)現(xiàn)的幀頻越大。高幀頻的熱像儀適合抓拍高速物體的溫度移動(dòng)，以及高速溫度變化的物體。一般電視幀頻為25Hz。根據(jù)熱像儀的幀頻可分為快掃描和慢掃描兩大類。電力系統(tǒng)、醫(yī)療、建筑等領(lǐng)域所用的設(shè)備一般采用快掃描熱像儀，否則就會(huì)帶來一些工作不便。一般來說紅外熱像儀的幀頻應(yīng)該達(dá)到30HZ，最好能達(dá)到50HZ，否則在很多工作場合下，紅外熱像儀無法勝任工作。幀頻的高低，直接說明了紅外熱像儀的性能好壞和反應(yīng)速度，也直接影響紅外熱像儀。

5、測溫范圍。這是第三個(gè)紅外熱像儀最為重要的指標(biāo)。每種型號(hào)的熱像儀都有自己特定的測溫范圍。因此，用戶的被測溫度范圍一定要考慮準(zhǔn)確、周全?既不要過窄，也不要過寬。根據(jù)黑體輻射定律，在光譜的短波段由溫度引起的輻射能量的變化將超過由發(fā)射率誤差所引起的輻射能量的變化。因此，用戶只需要購買在自己測量溫度內(nèi)的紅外熱像儀。在選擇紅外熱像儀，最好能選擇可選測溫區(qū)的紅外熱像儀。這要即能適應(yīng)各種溫度環(huán)境，又能保證測溫準(zhǔn)確。CEM紅外熱像儀溫度范圍在-20度~400度，新型的產(chǎn)品，強(qiáng)悍的功能，受更多的用戶熱捧。

6、測溫精確度。一般紅外熱像儀的測溫精度都是精度±2℃可能讀數(shù)的±2所以基本上沒有什么可選的。

7、自動(dòng)搜錄最高、最低、平均溫以及高低溫聲音、顏色報(bào)警，這部分在實(shí)際使用中會(huì)非常有用，不少中高端機(jī)型都有這功能，如CEM DT-9875、FLUKE TI125等。

8、是否具有可以移動(dòng)測溫點(diǎn)和測溫區(qū)域，這是紅外熱像儀第四個(gè)非常重要的指標(biāo)。很多紅外熱像儀都沒有這功能，只具有中心點(diǎn)測溫的功能。這種紅外熱像儀無法自動(dòng)跟蹤最高的溫度點(diǎn)，如果鏡頭沒有對(duì)準(zhǔn)最高測溫點(diǎn)，就無法正確捕捉到問題點(diǎn)。所以是否具有可移動(dòng)測溫點(diǎn)和測溫區(qū)域非常重要。

9、紅外熱像儀品牌的選擇。紅外熱像儀作為最先進(jìn)的高科技產(chǎn)品，指標(biāo)一樣的情況下，不同品牌實(shí)際使用效果差距很大。

10、總結(jié)

綜上所述，選擇紅外線熱像最為重要的四個(gè)指標(biāo)是：

（1） 探測器分辨率：一般建議選擇160*120

（2）幀頻：一般建議選擇30HZ以上的，低于10HZ的盡量不要選擇，無法適應(yīng)大部分環(huán)境。

（3）測溫范圍：建議選擇兩個(gè)測溫范圍的，比如-20-120、0-400的。

（4）測溫方式，盡量選擇可自動(dòng)捕獲，移動(dòng)測溫點(diǎn)和測溫區(qū)域的機(jī)型。固定中心點(diǎn)測溫的機(jī)型，在使用的時(shí)候很難找到最高溫度區(qū)和溫度點(diǎn)，就會(huì)診斷出問題。