紅眼睛微型紅外成像儀

現(xiàn)在自己在做紅外成像儀的越來越多了，兩年前有個井下機電設(shè)備運行狀態(tài)的科研項目，當(dāng)時使用了 AMG8833（88 像素），科研畢竟就是科研，后來也沒有聽說成果得到應(yīng)用的消息， 我想也是， 88 能干什么，也就能做個紅外測溫槍吧。 前段時間因為公司生產(chǎn)電路板測試需要，打算買一臺紅外成像儀測量電路板發(fā)熱是否正常，商用的價格還是有些小貴的，我們電路板都不大所以就找了一臺便宜的先用著，無意中發(fā)現(xiàn)了 MLX90640 這個東西， 32*24像素， 768 個測溫點，基本上可以成像用了。

現(xiàn)在都智能手機、信息化、人工智能了，能不能用 MLX90640 做個能和手機連接成像的紅外模塊呢，那樣的話測試、存儲豈不是很方便。 說做就做，馬上行動。最終的成果是一個微型的USB接口紅外成像模塊（微型紅外成像儀30*30mm），可以連接到Android手機或者計算機的USB接口，實時顯示熱像視頻，和手機相機差不多，只不過它是熱紅外成像，所以叫“紅眼睛相機”。模塊圖片如下：

Red Eye Camera（以下簡稱“IDF-x” 或“設(shè)備” ）是基于紅外陣列高精度溫度傳感器以及先進(jìn)軟件算法的非接觸式熱成像儀器，可對視場范圍內(nèi)任何物體進(jìn)行紅外成像，成像分辨率512*384 像素，溫度靈敏度 0.1℃，絕對精度±1.5℃，刷新頻率最高 64Hz。自帶存儲和實時時鐘，具備數(shù)據(jù)實時輸出顯示、拍照存儲功能，數(shù)字接口包括 UART 和 USB，可直接連接計算機和 Android 手機，配合上位機軟件或者手機 APP 程序，使用十分方便。

優(yōu)勢與特點

可 USB 接口供電，即插即用。

多種濾波方法，參數(shù)自由設(shè)置。

多種顏色方案，滿足不同需求。

高斯濾波，保留原始信息不畸變。

應(yīng)用領(lǐng)域：安防生物識別，發(fā)熱檢測，水暖電施工，故障排查，空調(diào)熱度檢測，安檢通道等。

原理：幾乎所有利用或者發(fā)射能量的物體在發(fā)生故障前都會產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象。保證電氣和機械系統(tǒng)運行可靠性的關(guān)鍵便是對能源的有效管理?，F(xiàn)在，紅外成像技術(shù)已毋庸置疑地成為預(yù)防性維護(hù)領(lǐng)域最有效的檢測工具，它能夠在設(shè)備發(fā)生故障之前，快速、準(zhǔn)確、安全地發(fā)現(xiàn)故障。在一個電氣接點發(fā)生故障之前及時發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行維修，可以節(jié)省或避免因此造成的生產(chǎn)停工、產(chǎn)量下降、能源損耗、火災(zāi)甚至災(zāi)難性故障所帶來的高昂代價。

但是僅僅通過紅外圖像來發(fā)現(xiàn)問題是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。事實上，一臺只能生成紅外圖像而無法測量溫度的紅外熱成像儀并不能反映電氣或者機械故障的所有情況。如果一份缺乏簡單快速的檢測數(shù)據(jù)的分析報告是無法準(zhǔn)確將可能引發(fā)故障的熱點和設(shè)備正常運轉(zhuǎn)的熱點進(jìn)行有效區(qū)分，因此無法做出及時的維修方案

紅外熱像儀是通過非接觸探測紅外熱量，并將其轉(zhuǎn)換生成熱圖像和溫度值，進(jìn)而顯示在顯示器上，并可以對溫度值進(jìn)行計算的一種檢測設(shè)備。紅外熱像儀能夠?qū)⑻綔y到的熱量精確量化，能夠?qū)Πl(fā)熱的故障區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確識別和嚴(yán)格分析。紅外成像儀廣泛使用在軍事上，直升機和坦克裝甲車應(yīng)用最多，利用紅外成像攝像頭可以在夜間執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)，能夠精確打擊目標(biāo)。

IFD-x 微型紅外成像儀（模塊）關(guān)于溫度測量和成像精度

是基于紅外陣列高精度溫度傳感器以及先進(jìn)軟件算法的非接觸式熱成像儀器，可對視場范圍內(nèi)任何物體進(jìn)行紅外成像，成像分辨率達(dá) 512*384 像素，溫度靈敏度 0.1℃，絕對精度±1.5℃，刷新頻率最高達(dá) 64Hz。自帶存儲和實時時鐘，具備數(shù)據(jù)實時輸出顯示、拍照存儲功能，數(shù)字接口包括 UART 和 USB，可直接連接計算機和手機，配合上位機軟件或者手機 APP 程序，使用十分方便。 廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備開發(fā)、 PCB 測試、 新材料、供暖施工、非接觸溫度測控、非法侵入、生物探測等行業(yè)和領(lǐng)域。

溫度感測靈敏度是傳感器可以區(qū)分出的最小溫度改變量，是熱量測量的基礎(chǔ)，本設(shè)備使用的傳感器的靈敏度為 0.1℃@1Hz，隨著傳感器測量速率的提高，測量系統(tǒng)的底噪增大，隨即導(dǎo)致溫度感知靈敏度下降。例如 4Hz、 8Hz、 16Hz 時溫度靈敏度會分別為 0.5、 1.0 和 1.5℃。熱量感知以后得到的數(shù)據(jù)計算為絕對溫度值則依賴于被測物體輻射系數(shù)，材料不同或者表面光潔度、含水率等因素影響時，輻射率會不同，所以對于某特定材料來說輻射率是一個在小范圍肉不斷變化的數(shù)值，這就導(dǎo)致了使用熱輻射數(shù)據(jù)計算得到的絕對溫度不是特別準(zhǔn)確。另外，成像儀與被測物體之間的微小顆粒物會對熱輻射產(chǎn)生一些衰減，若周圍有反射性能好的其它物體存在還會產(chǎn)生一些熱輻射的反射，導(dǎo)致輻射能量在傳播過程中發(fā)生一些變化，進(jìn)而影響最終絕對溫度值的計算。

所以，紅外成像的主要作用是通過較高的熱輻射分辨率來區(qū)分細(xì)微的熱量變化、不同的物體以及物體邊界，繼而形成不同顏色表示的圖像，重點在于能夠區(qū)分不同的熱量，而不是絕對溫度是多少。絕對溫度的測量受到很多客觀且不確定的隨機因素影響，是目前的技術(shù)水平?jīng)]有辦法很好解決的問題，一般所說的絕對溫度測量精度是指在實驗室環(huán)境人為排除干擾因素條件下得到的，并不是指客戶使用時的環(huán)境。

MLX90640 紅外熱成像儀測溫模塊簡要介紹說明

（1） A 型和 B 型的區(qū)別

區(qū)別主要有以下幾點

視場角不同： A 型為 11075° ， B 型為 5535° ，通俗一點講就是 A 型是廣角，所以鏡頭矮一些，視野更寬，但對遠(yuǎn)處物體的捕捉能力更低， B 型更適于拍攝稍遠(yuǎn)的物體。精度不同： A 型的噪聲比 B 型大，所以 B 型的絕對溫度和靈敏度都好一些。

（2） 供電電壓和數(shù)字接口

MLX90640 共有 4 個引腳，兩個電源 3.3V 供電，兩個通訊 I2C 接口， I2C 支持最高 1MHz的通訊速率（實際測試發(fā)現(xiàn) 1.2MHz 也是可以的，只是偶爾會出錯，還是老老實實 1MHz 吧）。I2C 完全是經(jīng)典的時序，而且通訊速率范圍特別寬，從幾十赫茲到兆赫茲都通訊正常，所以它的 I2C接口程序還是很好寫的。功耗大約是 25mA，實測沒有問題。

供電必須是 3.3V，但 I2C 的兩根引腳可以 2.5~5V 兼容。

（3）靈敏度、測溫范圍和精度

MLX90640的測量速率最高可以達(dá)到 64Hz，但越快的速率時的噪聲會越大，導(dǎo)致靈敏度下降，手冊上給出的指標(biāo)是 1Hz 時可以區(qū)分出 0.1℃。測溫范圍是-40~300℃。

測溫精度和成像的區(qū)域有關(guān)，靠近中間位置是±0.5~1.0℃，最外側(cè) 4 個角是±2.0℃，其它區(qū)域約是±1.0℃。還有就是傳感器上電后有個熱平衡的時間，大約是 5分鐘，未達(dá)到熱平衡時精度會差一些。

（4）壞點

手冊里特別提到了每個MLX90640 傳感器可能存在最多 4 個不能使用或者精度達(dá)不到要求的像素，這也許和傳感器的生產(chǎn)工藝有關(guān)吧，壞點都會在出廠時記錄到傳感器的EEPROM 里，實際使用時記得要讀取一下并且在成像時特殊處理這種可能存在的像素點數(shù)據(jù)。在后面的實際測試過程中，并沒有發(fā)現(xiàn)壞點的存在，可能是運氣比較好。在官方的 API 庫里，壞點和未達(dá)到精度要求的點是不做區(qū)分的，都是同樣的處理方法（用相鄰的好的點做平均值做為壞點的值）。

審核編輯：湯梓紅