红外无损检测技术在工程中的应用
符郁林
（温州大学物理与电子信息工程学院,浙江温州325035）
摘要：无损检测已经成为工程质量检测中的主流。其中红外检测能在不同温度场、广视域的进行快速非接触式的连续扫描测试，成为已有的无损检测技术功能和效果的补充。尤其是在高层建筑的外装饰物以及建筑节能检测中应用广泛，但仍然存在着很多不足需要进一步改进。
关键字：红外无损检测；红外成像仪；工程应用；改进
The application of infrared Non-destructive Testing in engineering
Fuyulin
( College of physics and electronic information engineering of Wenzhou University,Wenzhou Zhejiang
325035)
Abstract: Non-destructive Testing (NDT) has been widely applied to engineering testing. Infrared Non-destructive Testing (INT) can be used in rapid test continuous Scan Test in every kind of temperature field, it has already been the supplement in the functions and effects of other NDT technology. It is especially popular in the quality testing of high-rise building's outside ornaments and building energy efficiency testing. However there are still several inadequates in the INT technology needed for researchers to further improve.
Key words: Infrared Non-destructive Testing; Infrared imager; application in engineering; improvement
背景与意义
目前，红外热成像无损检测技术是一门新兴的科学.由于它具有无损、非接触、快速实时、远距离等优点，所以发展非常迅速.尤其是在高速运动、高温、高电压等场合下，该技术更具有常规无损检测技术所无法相比的优点.目前该技术己在石油化工、电力工业、机械制造、航天航空及冶金等领域中获得广泛应用.在工程诊断以及质量验收时采用的手段大部分为无损检测技术，比较常见的检测手段有红外成像法、超声波法、砼强度检测的回弹法和超声回弹综合检测法、冲击回波法等等。所谓无损检测就是在不破坏工程原有结构的条件下，在工程结构构件原位上对工程结构构件进行直接定量检测的技术。红外成像无损检测技术是根据被测对象能够连续发射红外线的物理现象，在检测时无接触、破坏被测物，已成为国内外无损检测技术的重要组成部分。其中红外成像检测法在建筑外装饰物的检测以及建筑节能检测中应用较为广泛。
1 红外检测技术
1.1红外热成像技术的发展
从1800年，英国物理学家赫胥尔发现了红外线后，开辟了人类应用红外技术的广阔道路。在第二次世界大战中，德国人用红外变像管，研制出了主动式夜视仪和红外通信设备，为红外技术的发展奠定了基础。
二次世界大战后，首先由美国德克萨斯仪器公司（TI）在1964年首次开发研制成功第一代用于军事领域的红外成像装置，称之为红外寻视系统（FLIR）。它是利用光学机械系统对被测目标的红外辐射扫描，由光子探测器接收两维红外辐射，经光电转换及处理，最后形成热图像视频信号，并在荧屏上显示。
六十年代中期，瑞典AGA公司和瑞典国家电力局，在红外寻视装置的基础上，开发了具有温度测量功能的热红外成像装置。这种第二代红外成像装置，通常称为热像仪。
七十年代，法国汤姆荪公司又研制出，不需致冷的红外热电视产品。
1986年，瑞典研制出工业用的实时成像系统，它无须液氮或高压气，而以热电方式致冷，可用电池供电;1988年又推出全功能热像仪，它将温度的测量、修改、分析、图像采集、存储合于一体，重量小于7kg，使仪器的功能、精度和可靠性都得到了显著的提高。
九十年代中期，美国FSI公司首先研制成功由军用转民用并商品化的新一代红外热像仪，它是属焦平面阵列式结构的一种凝视成像装置，技术功能更加先进，现场测温时只需对准目标摄取图像，并存储到机内的PC卡上。各种参数的设定，可回到室内用软件进行修改
和分析，最后直接得出检测报告。由于取代了复杂的机械扫描，仪器重量已小于2kg，如同手持摄像机一样，单手即可操作使用。
随着红外焦平面阵列技术的迅速发展，美、英、法、德、日、加拿大、以色列等西方发达国家都在竞相研制和生产先进的红外焦平面阵列摄像仪，其中美国在红外焦平面阵列传感器的发展水平方面处于遥遥领先地位，其焦平面阵列规模已大达2048×2048元，已接近于可见光硅CCD摄像阵列的水平。日本在世界上最先实现了100万像元集成度的单片式红外焦平面阵列，在品种方面，从HgCdTe、InSb、GaAlAs/GaAs量子阱和PtSi到非致冷红外焦平面阵列等种类产品推向市场，抢占商机; 法国、荷兰、瑞典、英国、德国和意大利等在非致冷红外热摄像仪技术的发展方面，已显出其处于前沿的竞争地位，如AGEMA公司的热视570，AGEMA520和德国STNATLAS电子公司驾驶员视觉增强系统，都具有很高的水平和市场竞争实力。此外，加拿大、以色列、韩国、澳大利亚、波兰、新加坡的一些公司和机构都在尽力发展先进红外焦平面阵列热摄像仪技术，竞争已遍及全球几大洲。
七十年代，中国有关单位已经开始对红外热成像技术进行研究。八十年代末，中国已经研制成功了实时红外成像样机，其灵敏度、温度分辨率都达到很高的水平。进入九十年代，中国在红外成像设备上使用低噪声宽频带前置放大器，微型致冷器等关键技术方面有了发展，并且从实验走向应用。如用于部队的便携式野战热像仪，反坦克飞弹、防空雷达以及坦克、军舰火炮等。
近几年来，中国的红外成像技术得到突飞猛进的发展，与西方的差距正在逐步缩小，有些设备的先进性也可同西方同步。如目前己能生产面积小于30μm2的1000×1000像素的探测器阵列，由于采用了基于锑化銦的新器件，目前己达到了分辨率小干0.01℃的温差，使对目标的识别达到更高的水平。
红外热成像仪，可以分为致冷型和非致冷型两大类。红外电视产品和非致冷焦平面热成像仪是非致冷型产品，其他为致冷型红外热成像仪。
前一代的热像仪主要由带有扫描装置的光学仪器和电子放大线路、显示器等部件组成，已经成功装备部队，并己用于夜间的地面观察、空中侦查、水面保险等方面。
目前，新的热成像仪主要采用非致冷焦平面阵列技术，集成数万个乃至数十万个信号放大器，将芯片置于光学系统的焦平面上，无须光机扫描系统而取得目标的全景图像，从而大大提高了灵敏度和热分辨率，并进一步地提高目标的探测距离和识别能力。
1.2 红外检测技术的原理
在自然界中，任何高于绝对零度的物体都是红外线的辐射源。由于红外线是辐射波，被测物体有辐射的现象。红外无损检测就是通过检测通过物体的热量和热流来检测物体的质量。如果被测对象内部或者表面有缺陷时，它将改变物体的热传导进而对物体表面的热辐射产生影响，利用红外检测技术测量出物体表面的热辐射并且通过成像技术呈现出缺陷的位置以及相对大小。
热量流入物体时是均匀的，对于没有缺陷的物体，经过反射或者热传导之后，正面和反面的温度是均匀的。如果物体内部有缺陷或者裂缝，缺陷处的缺陷分布将出现异常。从传热学的角度，物体内部的缺陷分为隔热型和导热型两种。对于隔热型的缺陷，从物体正面检测时，缺陷处对应的表面温度高于其他各处表面温度将出现“波峰”，而从反面检测时会出现“波谷”；对于导热型的缺陷来说，从正面检测时温度曲线分布会出现“波谷”，从反面检测会出现“波峰”[1]。因此，通过红外检测可以直观的展现出物体内部缺陷的分布以及材料的均匀性。
无缺陷均质体表面温度分布图1
隔热型缺陷表面温度分布图2
导热型缺陷表面温度分布图3
1.3 红外辐射的特点
红外检测中，除了被测物体会辐射红外线外，环境中其他物体也会产生热辐射，如果不设法消除环境中的辐射，测量时会产生很大的背景噪音，所测量的结果就会不准。为了消除环境中辐射的影响，在实际测量时要以参考黑体为基准，让它提供基准辐射能量，成像仪据此进行温度的绝对测量，在扫描的某一瞬间使其充满红外探测器的瞬时视场，探测器此时输出到的信号就对应于参考黑体的辐射能。所谓黑体，就是指能够将外界辐射的能量完全吸收的理想模型。
根据普朗克定律，黑体的单色辐射强度按波长的分布规律为),(T f E b λλ=，其数学表达式为[2]
15
12--=T c b e c E λλλ（1）
λb E —黑体的单色辐射强度，3/m W ；
λ—波长；
T —绝对温度，K ；
e —自然数对数；
1c —第一辐射强度，其值为21610472.3m W ??-；
2c —第二辐射强度，其值为K m ??-210439.1。
只要黑体的绝对温度不为0，黑体的单色辐射强度就不为0也即能向外一直辐射能量。对黑体的单色辐射强度积分就得到波尔茨曼公式，即黑体在温度T 时的总的辐射能为
4T W ?=σ（2）
σ—波尔茨曼常数，其值为4212/10673.5K m W ??-
T —黑体的绝对温度，K 。
实际物体的辐射小于黑体，通常要加一个修正系数ε，即可得到实际物体的辐射定律，其中ε为修正系数。
4T W ?=εσ（3）
从公式中可以看出，物体辐射的总能量与绝对温度的四次方成正比，在实际测量中根据波尔茨曼公式只要对光谱的单色辐射强度在波长λ的0→∞内积分得到总的辐射能，然后就可以换算成相应的温度值。
2 红外成像仪的构造
红外成像仪的基本构造主要包括三大部分：光学系统，红外线转换装置(包括红外探测器和前置放大器)以及信号处理机[3]
。其中光学系统主要负责接受被测物体表面的红外线，红外线转换装置主要作用是将光学系统接受的红外信号转化成电子信号以及对电信号处理成热图像信号，信号处理机最主要的任务就是将如图像信号转变成和温度一一对应的热图像信号，使热图像曲线能够直观反映温度的分布情况。
物镜 光机扫
描器 参考黑
体 电子信号处理探测器透
镜 探测器前置放大器 探测器 制冷器
马达驱动 同步电路 监视器
红外热像仪的构造流程图4
2.1 光学系统
其中光学系统又包括能够接受红外辐射的物镜、马达驱动和扫描器、探测器透镜和参考黑体组成。物镜必须满足最低温度分辨率的要求，同时物镜还相当于一个望远镜或者近摄镜，能够起到变换系统视场的作用，保证了红外成像仪能够在大范围内的检测[4]。马达驱动和扫描器通常做成一体的，通过扫描器的光学机械的移动实现上下左右的扫描。探测器透镜是距离红外探测器最近的部件，经物镜接受物体辐射的红外线经过扫描器进入探测器透镜，然后探测器透镜把红外线汇集到探测器的敏感元件上，参考黑体是为测量物体的绝对温度引入的一个部件。
2.2 红外线转换装置和信号处理机
红外线装换装置包括红外探测器和前置放大器。红外探测器的作用是将汇集于敏感元件上的红外信号转换成电学信号的装置，信号的大小与红外线的强弱成正比，它是红外成像仪中最关键的部件，其质量直接决定了仪器的性能。由红外探测器转换成的电学信号都很微弱，一般都在微伏级，前置放大器的作用是将微弱的电信号放大并输出相应电平的热图像。热图像信号进而进入信号处理机，经过信号处理机处理后将一定电平的热图像转变成为相应温度的热图像，通过显示器就可以看到直观的温度热图曲线。
3 红外无损检测在工程中的应用
红外无损检测是非接触式的，并且可以实现在大范围、宽视野内的测量，单次检测面积大，效率很高并且花费较少，因此非常适合高层建筑外部装饰屋的质量检测。由于红外无损检测是非接触式的，因此非常适合窑炉内衬耐火材料缺陷的检测，此外，红外检测还可用在屋面、墙面的漏水检测。
3.1 红外无损检测在建筑外装饰物种的应用
建筑物外装饰物包括饰面砖、保温隔热材料等在长时间的风吹日晒雨淋后或者由于其自身的施工质量问题饰面砖和粘接层之间难免会出现起鼓、脱粘、疏松的问题。国内外已有很多因为这种因为建筑外装饰物坠落伤人的报道，解决此问题的一个很好的办法就是定期的对建筑外装饰物进行检测。红外无损检测不仅检测范围大而且是非接触式的，非常适合高楼大厦外装饰物的质量检测。饰面砖等装饰物可以看成是一个整体的两个部分，包括饰面砖本身和粘接的砂浆层，缺陷一般出现在砂浆层上，砂浆层一旦出现缺陷和裂纹，在缺陷处的温度
分布就会不同于质量正常处的分布，缺陷处的温度分布反作用于物体表面，使得缺陷对应处的表面温度场异常，通过红外成像仪就可以检测出这种差异。目前，在国外已有红外成像仪在建筑外装饰物检测的实例，在国内应用还比较少。
3.2 红外无损检测在窑炉耐火材料中的应用
基于非接触式的无损检测技术，这种检测技术也可应用于高温窑炉内衬耐火材料的质量检测。高温窑炉中的耐火材料在长时间的摩擦和高温加热条件下可能出现裂纹等缺陷，普通的设备很难对其检测。红外无损检测在中方面非常有优势。当耐火材料内部出现裂纹以后，在裂纹对应的窑炉表面处的温度场分布会异于其他地方，通过红外成像仪在外部检测这种温度场的变化，就可以找出裂纹所在的位置以及深度，能够为窑炉的检修提供科学的分析[5]。
3.3 红外无损检测房屋检漏中的应用
屋面防水层失效以及墙面微漏造成的雨水渗漏是工程中很常见的现象，也是人们很头疼的问题。这种检测技术在检漏中的应用在国外已有成功文献报导，由于雨水的热容和导热性与周围建筑材料的热容、导热性有着很大的差别，借助太阳光照射后的热传导或者反射扩散的作用，缺陷处所在表面的温度分布就会异于周边的温度分布，红外检测技术能够检测出面层的不连续处以及雨水藏匿的部位，为房屋检修提供可行的依据[6]。
4 红外无损检测的不足与改进
红外无损检测就是依靠物体能够连续不断地辐射红外线通过温度场的变化测试的，但是被测物体周围环境一般都很复杂存在很多障碍物，在检测时由于太阳光的反射，周围环境也会向成像仪的透镜辐射能量，即使有参考黑体的存这种影响也很难消除，此外，检测时工作人员不可以随意接近物体，同时检测效率也要求检测人员和建筑物之间拉开距离，但是测试距离又不能随意拉大，一般红外成像仪的视角是固定的，如果所检测的区域半径远小于系统全视场的半径，输出的热图像信号就是全视场信号的平均值，造成传感器资源的浪费。
基于以上的不足，可以通过几种方法改进红外成像仪。对于周围障碍物热辐射的影响可以通过增加红外探测器中敏感元件的数量并且对其进行并联使用，使其对来自物体的辐射红外线的敏感程度，从而可以解决红外探测的距离限制问题。此外，以“发射信号接受信号”的形式在红外成像仪的远端增设一个主动的红外线发射装置，在测试时使主动红外发生装置先发射红外辐射到被测对象同时接受来自物体反射的红外线和自身发射的红外线，通过增强被测对象辐射强度的方式来减小周围障碍物辐射的影响。系统检测视场的限制可以在红外接收端镜头改装成多镜头角度可调的接收器，实现视场范围的可调性。将其总结可得下表，红外成像仪检测的不足与改进：
项目类型不足改进措施
1 周围障碍物的红外辐
射影响在红外成像仪远端增设主动红外线发生装置
2 检测距离的限制在红外探测器的中增
加敏感元件的数量并
且并联使用
3 系统检测视场的限制将单一的接收物镜改
装成多镜头视场可调
的接收器
4 结语
工程中的无损检测技术一般情况下都不是单独使用的，每一种检测技术都有各自的局限性，需要配合使用。红外成像无损检测以其独特的非接触式大面积宽视野检测优势成为包括超声波检测、冲击波测试等在内的无损检测的补充，在这些无损检测技术无法或者很难完成检测时，红外无损检测成为一种很好的互补测试手段，尤其适用于建筑节能监测和高层建筑外装饰物的质量测试。但是，红外无损检测技术仍然存在着周围环境辐射的影响、检测距离的限制等不足需要进一步改进。随着技术的进步在不断改进的基础上，红外无损检测技术在工程中的应用会更加广泛。
参考文献:
[1] 李为杜. 红外检测技术基本原理、应用及热像仪特性分析[J]. 第六届建筑工程无损检测学术会议论文集. 1999, 5.
[2] 上海技术物理研究所. 热像仪讲义, 1994.
[3] 韩继红、张雄. 建筑物红外热像检测技术研究[J]. 第六届建筑工程无损检测学术会议论文集. 1999, 5.
[4] 李为杜. 红外成像无损检测技术. 建筑工程质量检测新技术. 北京: 中国计划出版社, 2001,1.
[5] 周克印, 周在杞, 姚恩涛, 马德志. 建筑工程结构无损检测技术. 北京: 化学工业出版社, 2006.
[6] 吴新璇. 混凝土无损检测技术手册. 北京: 人民交通出版社, 2003.
红外热成像摄象机在智能视频监控中的应用与发展 一、引言 1672年，牛顿使用分光棱镜把太阳光（白光）分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各色单色光，证实了太阳光（白光）是由各种颜色的光复合而成。1800年，英国物理学家 F. W. 赫胥尔从热的观点来研究各种色光时，偶然发现放在光带红光外的一支温度计，比其他色光温度的指示数值高。经过反复试验，这个所谓热量最多的高温区，总是位于光带最边缘处红光的外面。于是他宣布:太阳发出的辐射中除可见光线外，还有一种人眼看不见的“热线”，这种看不见的“热线”位于红色光外侧，叫做红外线。这种红外线，又称红外辐射，是指波长为0.78～1000μm的电磁波。其中波长为0.78 ～1.5μm 的部分称为近红外，波长为1.5 ～10μm的部分称为中红外，波长为10～1000μm的部分称为远红外线。而波长为2.0 ～1000μm的部分，也称为热红外线。 红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，它在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域。这种红外线辐射是，基于任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停地辐射出热红外能量。分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大;反之，辐射的能量愈小。 在自然界中，一切物体都会辐射红外线，因此利用探测器测定目标本身和背景之间的红外线差，可以得到不同的红外图像，称为热图像。同一目标的热图像和可见光图像不同，它不是人眼所能看到的可见光图像，而是目标表面温度分布的图像。或者可以说，它是人眼不能直接看到目标的表面温度分布，而是变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。运用这一方法，便能实现对目标进行远距离热状态图像成像和测温，并可进行智能分析判断。 众所周知，海湾战争已成为展示高科技武器使用先进技术的平台。在这些新科技中，红外热成像技术就是其中最为闪亮的高科技技术之一。红外热成像技术(Infrared thermal imaging technology)是利用各种探测器来接收物体发出的红外辐射，再进行光电信息处理，最后以数字、信号、图像等方式显示出来，并加以利用的探知、观察和研究各种物体的一门综合性技术。它涉及光学系统设计、器件物理、材料制备、微机械加工、信号处理与显示、封装与组装等一系列专门技术。该技术除主要应用在黑夜或浓厚幕云雾中探测对方的目标，探测伪装
〈综述与评论〉 迈向新世纪的智能化红外成像寻的制导技术Ξ 刘永昌,吴 鹏,张 黎 (陕西青华机电研究所,陕西长安710111) 摘要: 概述了20世纪红外成像寻的制导技术的发展状况,分析了未来高技术战争对精确制导武器的发展要求和智能化红外成像寻的制导的关键技术,展望了21世纪红外成像寻的制导技术的发展趋势,并对红外成像寻的制导当前的发展提出了看法。 关键词: 红外成像寻的制导; 智能探测; 智能信息处理; 智能控制 中图分类号:TJ765.3+36 文献标识码:A 文章编号:100128891(2002)022******* 1 前言 红外寻的制导是当代红外技术的重要军事领域。伴随着红外探测器技术的发展,特别是红外焦平面探测器的工程应用和计算机信息处理以及超大规模集成电路的飞速发展,已使红外寻的制导技术由点源发展到成像寻的制导。在20世纪八九十年代得到迅速发展,目前红外成像寻的制导已广泛应用于精确制导武器系统。 红外成像寻的制导与其它光电制导技术相比具有显著的优点,它能提供二维图像信息,采用计算机图像信息处理实现制导智能化,具有高灵敏度、高空间分辨率、大动态范围,尤其适合探测较弱的目标信号和鉴别多目标的需要;制导精度高、抗干扰能力强、作用距离大、全天候工作能力强;尤其是红外焦平面(FPA)探测器的迅速发展,以及与模式识别技术相结合,形成自主式的智能导引系统,更具有强大的抗红外干扰能力、自动捕获目标能力和复杂情况下自动决策能力。因此,在高技术兵器迅速发展的当今世界,已成为世界各国军事应用中重要研究和发展的精确制导项目之一。尤其是1991年初的海湾战争,它是一场高技术对抗的导弹攻防战,红外成像寻的制导武器在这场战争中所显示的威力令世人瞩目。这场高技术战争带给人们的深刻启示,包括美国在内的各国军方深深感到配有红外热成像系统兵器的严重威胁。因此,再一次唤醒了世界各国对发展和装备智能化精确制导武器的重视,其研究、发展和应用的竞争更加激烈。 为了适应未来高技术条件下复杂的战场环境,精确制导武器必将向着高度精确化、自动化和智能化方向发展。 2 20世纪红外成像寻的制导技术发展回顾 2.1 第一代红外成像寻的制导 第一代红外成像寻的制导的主要标志是用光机扫描方法实时获取目标图像,它经历了从亚成像到成像的发展阶段。 采用双色(红外/紫外或双色红外)多瓣玫瑰线(或往复式螺线)图形扫描的亚成像制导体制,实际上是一种从点源探测到成像制导过渡的体制。它通常在对目标进行搜索的阶段采用玟瑰线或螺线扫描的点探测,而在对选定的目标进行跟踪的阶段,则依据不同的视场对同一目标所探测到的信息进行亚成像的处理,从而实现对命中点的选择。典型的型号产品如美国的“尾刺”(Stinger Post And Stinger RMP)改进型、前苏联的“SAM213”、和法国的“西北风”改进型等。 美国光机扫描红外成像制导马伐瑞克导弹是第一代红外成像寻的制导的典型代表。它的研制起始于20世纪70年代中期,采用4×4光导HgCd Te小面阵列红外探测器加旋转光机扫描机构,是当代已经装备部队使用的红外成像导引头系统。休斯公司研制的“马伐瑞克”(Maverick)A GM265D空地反坦克导弹、A GM265F反舰导弹就是典型代表,它已于1983年开始成批生产并装备部队。据报道在1991年的海湾战争当中,红外成像制导武器大显身手,平均每天发射 1 第24卷 第2期2002年月3月 红外技术 Infrared Technology Vol.24 No.2 March2002 Ξ收稿日期:2001201224
能力拓展训练任务书 学生姓名：青蛙哥专业班级：电子科学与技术0803班指导教师：封小钰工作单位：信息工程学院 题目：红外成像技术在医学中的应用技术及应用 初始条件： 具有扎实的电子科学与技术专业基本理论和系统的专业知识；具备初步的文献查阅和专题调研技能；一定的中英文文献阅读与综合能力。 要求完成的主要任务： 1.在电子科学与技术专业体系范围内确定选题，题目自拟。 2.查阅与选题相关的文献资料，通过对文献资料的阅读分析与综合，写出调研报告； 要求报告内容的可读性强，撰写格式规范，图标的使用正确，参考文献的引用恰当； 字数不少于6000字，参考文献不少于10篇，其中外文文献不少于2篇。 时间安排： 1．2011年7月8日分班集中，能力拓展训练任务；讲解训练具体实施计划、报告格式的要求与答疑事项。 2．2011年7月11日至2011年7月15日完成选题的确定、资料查阅、能力拓展训练报告的撰写。 3. 2011年7月16日提交能力拓展训练报告书，进行验收和答辩。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 1 引言...................................................... 错误!未指定书签。2红外热成像技术............................................ 错误!未指定书签。 2.1 光纤通信技术的定义.................................. 错误!未指定书签。 2.2红外热成像技术的应用原理............................. 错误!未指定书签。3红外技术在医学领域应用的历史，现状，和前景................ 错误!未指定书签。4红外技术在医学上的应用.................................... 错误!未指定书签。 4.1红外技术在医学检测上的应用........................... 错误!未指定书签。 4.1.1乳腺瘤的早期诊断............................... 错误!未指定书签。 4.1.2血管疾病的诊断................................. 错误!未指定书签。 4.1.3皮肤损伤病症的诊断............................. 错误!未指定书签。 4.2 红外技术在医疗监护上的应用.......................... 错误!未指定书签。 4.3其他................................................. 错误!未指定书签。 5 结束语.................................................... 错误!未指定书签。参考文献.................................................... 错误!未指定书签。
红外制导技术 红外制导是利用红外探测器捕获和跟踪目标自身辐射的能量来实现寻地制导的技术。红外制导技术是精确制导武器一个十分重要的技术手段，红外制导技术分为红外成像制导技术和红外非成像制导技术两大类。 红外非成像制导技术是一种被动红外寻地制导技术，任何绝对温度零度以上的物体，由于原子和分子结构内部的热运动，而向外界辐射包括红外波段在内的电磁波能量，红外非成像制导技术就是利用红外探测器捕获和跟踪目标自身所辐射的红外能量来实现精确制导的一种技术手段。它的特点是制导精度高，不受无线电干扰的影响；可昼夜作战；由于采用被动寻的方式，攻击隐蔽性好。但它的正常工作受云、雾和烟尘的影响；并有可能被曳光弹、红外诱饵、云层反射的阳光和其它热源诱惑，偏离和丢失目标。此外，红外制导系统作用距离有限，所以一般用作近程武器的制导系统或远程武器的末制导系统。 红外成像制导是利用红外探测器探测目标的红外辐射,以捕获目标红外图象的制导技术,其图象质量与电视相近,但却可在电视制导系统难以工作的夜间和低能见度下作战。红外成像制导技术已成为制导技术的一个主要发展方向。实现红外成像的途径有许多，主要有以下两种：（1）多元红外探测器线阵扫描成像制导；（2）多元红外探测器平面阵的非扫描成像探测器（通常称为凝视焦面阵红外成像制导系统）。红外成像探测器从70年代以来已由多元线阵发展到面阵，从近红外发展到远红外。红外凝视焦面阵列探测器的元件数，对近红外已达107个，对于远红外已达105个，探测率已达1012～1014量级。红外成像制导系统的灵敏度和空间分辨率都很高，动态跟踪范围大，可达1500 ～1800，有效作用距离远，抗干扰性好。与非成像制导技术相比，红外成像制导系统具有更好的目标识别能力和制导精度。全天候作战能力和抗干扰能力也有较大改善。但成本较高，全天候作战能力仍不如微波和毫米波制导系统。 最初出现的精确制导技术主要包括有线指令制导、微波雷达制导、电视制导、红外非成像制导、激光制导等，利用这些制导技术研制的精确制导武器易受各种气候及战场情况的影响，抗干扰能力差；而正在发展的新的精确制导技术途径如红外成像制导、毫米波制导、合成孔径雷达制导、激光成像制导、以及双色红外、红外与毫米波复合、多摸导引头等制导技术成为目前精确制导武器制导系统主要的发展方向，具有广泛的应用前景。 [相关技术]光学制导技术;复合制导技术;毫米波制导技术 [技术难点] 3～５μm和8～１２μm两个波段是军用红外探测器工作的两个主要波段，因为在１～３μm、3～５μm和８～１２μm三个波段工作的红外探测器敏感绝对温度的峰值分别为1000K、500K和300K。制导武器所要攻击的军事目标的红外辐射温度是：飞机的涡轮发动机尾焰约1000K；加热的飞行器的表面温度可能是在300～400K；行进中的坦克温度可能在400K以上；而静止的坦克温度约为300K，与它所在的环境温度相差不大。故攻击飞机的导弹以选择1～3μm和3～５μm波段工作的红外探测器为佳，攻击坦克或地面目标的弹药则以选择3～５μm 和8～12μm工作的红外探测器为佳。 红外制导技术的发展方向是成像精确制导技术。红外技术的关键是红外元器件、致冷技术和信号处理技术。70年代以来，红外探测器件和技术得到突飞猛进的发展，先后出现了碲镉汞线列器件、红外焦平面阵列和红外电藕和器件，另外加上信息处理技术和微处理机以及超大规模集成电路的迅速发展，使得红外成像技术得以迅速发展
光学气体成像（OGI）用红外热像仪最全汇总在过去几十年，红外热像仪已经彻底引发许多行业的维护革命，在减少环境破坏中也发挥了非常重要作用。工厂气体泄漏不仅危害环境，而且也耗费企业大量的资金。对此，FLIR 已经推出了一系列的气体泄漏检测应用红外热像仪，能检测包括VOC（挥发性有机化合物）气体在内的很多气体。 光学气体成像用红外热像仪，能够在不停止作业的情况下让您“看”见气体，并迅速锁定泄漏点。它可以让工作人员在安全距离以外检测气体，大大保证了安全性，并且相对于传统的“嗅探器”技术，效率也会大大提高。目前可应用在石油化工、天然气、电力、环保执法等领域。 红外热像仪根据波长的不同，可以检测出多达几十种气体，这就要求企业需要根据自身需求选择合适的红外热像仪型号。本期内容谱盟光电整理了菲力尔光学气体成像（OGI）用红外热像仪所有型号，希望能够对您有所帮助。 一、FLIR GF304 制冷剂的光学气体成像 FLIR GF304是一款气体成像型红外热像仪，专用于在不停止作业的情况下检测制冷剂。制冷剂普遍应用于全球食品生产、存储及销售所使用的工业制冷系统中。制冷剂还用于化学、制药和汽车业以及空调系统。为保持商品的凉爽状态，工业制冷系统的持续运行就变得非常重要。 此外，制冷剂更换或充装也是一项耗费金钱的工作。尽管制冷剂在许多行业中都起着重要作用，但它可能危害环境，地方法律法规可能对其做了限用规定。这就是快捷检漏是重中之重的原因所在。 二、FLIR GF306 专为六氟化硫（SF6）和氨气而设计 FLIR GF306能够在不断开高压设备电源或停止作业的情况下显示并准确找到SF6和氨气的泄漏点。这款便携式热像仪能够在安全距离以外检测泄漏，大大保证了操作人员的安全，此外，其还能够对危害环境的气体进行跟踪，具有环保效益。在电力行业中，将SF6作为绝缘气体和淬火介质用于气体绝缘变电站和断路器，氨气产生于氨厂，主要用于化肥生产。 三、FLIR GF309 穿透火焰检测加热炉
红外成像技术的发展及应用 热成像仪是从对红外线敏感的光敏元件上发展而来，但是光敏元件只能判断有没有红外线，无法呈现出图像。在第二次世界大战中交战各国对热成像仪的军事用途表现出了兴趣，对其进行了零星的研究和小规模应用,1943年美国就与RNO合作生产了一款代号M12的机型，其功能和外观已经能看出热成像仪的雏形，这应该算是最找的一款热成像仪，算是热成像仪的鼻祖。 1952年，一款非常重要的材料研-锑化铟被开发出来，这种新的半导体材料促进了红外线热成像仪的进一步发展。不久之后，德州仪器和RNO公司联合开发出了具有实用价值的前视红外线（Forward looking infrared）热成像仪。这一系统采用的是单原件感光，利用机械装置控制镜片转动，将光线反射到感光元件上。 随着碲镉汞材料制造工艺的成熟，在军事领域大规模采用热成像仪成为了可能。60年代之后出现了由60或更多的感光元件组成的线性整列，美国的RNO公司将热成像仪的应用拓展至民用领域发展。然而由于最初采用的是非制冷感光元件，制冷部件加上机械扫描机构使得整个系统非常庞大。 等到CCD技术成熟之后，焦平面阵列式热成像仪取代了机械扫描式热成像仪。至80年代半导体制冷技术取代了液氮、压缩机制冷之后开始出现了便携、手持的热成像仪。90年代之后,RNO公司又开发
出了基于非晶硅的非制冷红外焦平面阵列，进一步降低了热成像仪的生产成本。 红外线，又称红外辐射，是指波长为0.78~1000微米的电磁波。其中波长为2~1000微米的部分称为热红外线。 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。 全球红外热像仪市场发展具有广阔的前景并呈现良好的发展趋势。红外热像仪是一种用来探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、电信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像
红外制导导弹 制导是指导弹、火箭、飞船等运动物体，依靠其上的仪器或人的控制自动奔向目标的过程，该过程是由制导装置来完成的。一般可分为 (1)自主制导。制导信息不是指挥站或目标所发送的能量，完全由安装在飞行器内部的设备动作来制导飞行器。 (2)遥控制导。利用装设在飞行器内部和外部的设备，在指挥站(可设在地面或别的飞行器上)制导该飞行器，驾束制导和指令制导都属遥控制导。 (3)寻的制导。利用来自目标的信息，测算出目标的位置，控制器根据计算出来的信号控制飞行器的飞行方向而将飞行器导向目标。 (4)全球定位系统(GPS)制导。利用飞行器上安装的GPS接收机接收4颗以上的导航卫星播发的信号来修正飞行器的飞行路线。 (5)复合制导。综合利用几种制导方式的优点于飞行全过程的制导。 按照制导时携带信息的载波可分为无线电制导、红外制导和激光制导等。 红外制导是利用红外探测器捕获和跟踪目标自身辐射的能量来实现寻的制导的技术。大多数红外制导系统是被动式的。 在各种精确制导体系中，红外制导因其制导精度高、抗干扰能力强、隐蔽性好、效费比高等优点，在现代武器装配发展中占据着重要的地位。 导弹（guided missile）依靠自身动力装置推进，由制导系统导引、控制其飞行弹道，将战斗部导向并摧毁目标的武器。属于精确制导武器。具有射程远、速度快、精度高、威力大等特点。 自50年代中期出现了美国“响尾蛇”、英国“火光”为代表的红外制导导弹以来，世界各国普遍开展了对红外制导导弹的研究，红外制导已经用于空-空、地-空、空-地、地-地导弹中，近年来在反坦克弹中也开始采用红外制导，但其中以空-空导弹采用红外制导为数最多。据不完全统计，世界各国研制的红外导弹有50多种型号，现已装备部队的有30多种，其中正在服役的红外空-空导弹就有数十种。 如图1所示为被动式红外导弹制导系统原理图。 导引头由整流罩、光学系统、探测系统、信号处理系统组成。 导引头是导弹的重要部位，就像导弹的眼睛一样，由它接收到目标的红外辐射，再转为电的信号，送入电子装置处理，经放大后带动控制系统，控制舵的转动方
红外热成像技术在变电站中 的应用 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
红外热成像技术在公司电网中的应用 [摘要]本文通过红外热成像仪对变电站运行设备温度进行检测，能准确的判断出发热源，为发热故障的预警起到重要作用，有效的提高了变电站设备的安全可靠性。 关键词:变电站发热故障红外成像预防措施安全可靠性应用 1.引言 随着公司科研生产任务日益繁重，保证供电系统的安全运行和保障电力设备时刻处于稳定良好状态，成为动力厂管理的突出问题，由于电力设备的热效应是多种故障和异常现象的原因，因此，加强设备巡视，是保障电力设备的必要手段，变电站作为电力系统的关键环节，应用红外热成像技术巡视变电站运行设备显的十分重要。 2.红外线成像技术介绍 红外热成像诊断技术具有安全、直观、高效、防止漏检4大核心优势。普通红外线测温仪仅有单点测量功能，而红外线热成像仪则可捕获被测目标的整体温度分布，快速发现高温、低温点，从而避免漏检。红外线测温仪扫描一个高约1米的电气柜，需要反复来回扫描，还存在漏掉某个高温的风险，造成安全隐患，比较费事费力，一般测量一次需要10分钟。而使用红外线热成像仪，1分钟的时间就可完成，最关键的是一目了然，绝对无遗漏。普通红外测温仪虽有激光指示器，但仅起提示被测目标作用，并不等于被测温点，而是对应的目标区域内的平均温度，但是大部分的使用者都会误以为屏幕显示的温度值就是激光点的温度，大错特错！而红外线热成像仪则不存在这个问题，由于显示的是整体的温度分布，一目了然，红外线热成像仪带指示器，以及LED灯，可以准确的读出所对应点的温度，便于现场快速定位识别。对于某些有安全距离限制的检测环境，普通红外测温仪无法满足需求，因为随测量距离增大，即扩大了准确检测的目标面积，自然得出的温度值会受到影响。但是，红外线热成像仪却能在使用者的安全距离外提供准确测量，因为300:1的D:S距离系数远超红外测温仪。对于数据的记录和分析，普通红外测温仪没有这样的功能,只能
红外热成像技术，也是一个有非常广阔前途的高科技技术，其大量的应用将会引起许多行业变革性的改变。 一、什么是红外热成像？ 光线是大家熟悉的。光线是什么？光线就是可见光，是人眼能够感受的电磁波。可见光的波长为：0.38 ～0.78 微米。比0.38 微米短的电磁波和比0.78 微米长的电磁波，人眼都无法感受。比0.38 微米短的电磁波位于可见光光谱紫色以外，称为紫外线，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。红外线，又称红外辐射，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。 照相机成像得到照片，电视摄像机成像得到电视图像，都是可见光成像。自然界中，一切物体都辐射红外线，因此利用探测仪测定目标的本身和背景之间的红外线差并可以得到不同的红外图像，热红外线形成的图像称为热图。 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目标可见光图像，而是目标表面温度分布图像，换一句话说，红外热成像使人眼不能直接看到目标的表面温度分布，变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。 二、红外热成像的特点是什么？ 有位著名的美国红外学者指出：“人类的发展可分为三个阶段。第一个阶段是人类通过制造工具，扩展体力活动的能力，第二阶段通过提高判断能力，寻求更清晰和更广泛的理解与判断事物的标准，而人类近年来致力的增强获得输入信息的能力，扩大感觉范围或增填新的感官，使我们的大脑能接受更多的信息，正是人类发展的第三阶段。在这个阶段中，红外技术的发展已经把人类的感官由五种增加到六种”。这一席话，我认为恰如其分的道出了红外热成像技术在当代的重要性。因为，我们周围的物体只有当它们的温度高达1000 ℃以上时，才能够发出可见光。相比之下，我们周围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。例如，我们可以计算出，一个正常的人所发出的热红外线能量，大约为100 瓦。所以，热红外线（或称热辐射）是自然界中存在最为广泛的辐射。热辐射除存在的普遍性之外，还有另外两个重要的特性。 1.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，可以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。正是由于这个特点，红外热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。这些系统在海湾战争中发挥了非常重要的作用。 2.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接触温度测量和热状态分析，从而为工业生产，节约能源，保护环境等等方面提供了一个重要的检测手段和诊断工具。 红外热成像仪器 根据所有物体都在不停发射红外线的特点，各国竞相开发出各种红外热成像仪器。美国德克萨斯仪器公司（TI）在1964年首次研制成功第一代的热红外成像装置，叫红外前视系统（FLIR），这类装置利用光学元件运动机械，对目标的热辐射进行图像分解扫描，然后应用光电探测器进行光—电转换，最后形 成热图象视频信号，并在荧屏上显示，红外前视系统至今仍是军用飞机、舰船和坦克上的重要装置。 六十年代中期瑞典AGA 公司和瑞典国家电力局，在红外前视装置的基础上，开发了具有温度测量功能的热红外成像装置。这种第二代红外成像装置，通常称为热像仪。七十年代法国汤姆荪公司研制出不需致冷的红外热电视产品。 九十年代出现致冷型和非致冷型的焦平面红外热成像仪，这是一种最新一代的红外热成像仪，可以进行大规模的工业化生产，把红外热成像的应用提高到一个新的阶段。 七十年代中国有关单位已经开始对红外热成像技术进行研究，到八十年代初，中国在长波红外元件的研制和生产技术上有了一定的进展。到了八十年代末和九十年代初，中国已经研制成功了实时红外成像样
摘要：红外成像技术由于诸多特点在军用和民用领域都取得了广泛的应用，红外图像处理技术在红外成像系统中起着至关重要的作用。本文简述国内外红外成像技术部分最新的研究成果和动态，针对我国具体状况，提出关于我国红外成像技术发展的若干思考，讨论红外成像及其图像处理、应用中的一些新技术、发展重点和难点，对以后一段时期内的红外成像新技术发展及其市场前景进行展望。 关键词：红外成像，焦平面，图像处理，图像融合，市场前景 1. 引言 红外成像具有作用距离远、抗干扰性好、穿透烟尘雾霾能力强、可全天候、全天时工作等优点，在军用和民用领域都得到了极为广泛的应用。在军事上，包括对军事目标的搜索、观瞄、侦察、探测、识别与跟踪；对远、中、近程军事目标的监视、告警、预警与跟踪；红外成像的精确制导；武器平台的驾驶、导航；探测隐身武器系统，进行光电对抗等。在民用领域，在工业、遥感、医学、消费电子、测试计量和科学研究等许多方面也得到广泛应用。 目前国外红外成像器件已发展到了智能灵巧型的第四代，在光电材料、生产工艺、成像质量及系统应用等方面都取得了丰硕的成果，但是国内红外相关技术研究与生产起步较晚，并且受工业基础制约，发展远滞后于国外，而市场需求却持续强劲，无论在军用还是民用领域都有巨大的发展空间。 本文简述国内外红外成像技术部分最新的研究成果和动态，针对我国具体状况，提出关于我国红外成像技术发展的若干思考，讨论红外成像及其图像处理、应用中的一些新技术、发展重点和难点，对以后一段时期内的红外成像新技术发展及其市场前景进行展望。 2. 红外探测器发展现状 从第一代红外探测器至今已有40余年历史，按照其特点可分为四代：第一代（1970s-80s）主要是以单元、多元器件进行光机串/并扫描成像；第二代（1990s-2000s）是以4×288为代表的扫描型焦平面；第三代是凝视型焦平面；目前正在发展的可称为第四代，以大面阵、高分辨率、多波段、智能灵巧型系统级芯片为主要特点，具有高性能数字信号处理功能，甚至具备单片多波段融合探测与识别能力。 在红外探测器发展过程中，新材料、新工艺、新器件、新方法不断涌现，按工作环境可分为致冷型和非致冷型两大类。
热成像技术在医疗领域中的应用 一、医用热像图的理论基础 热成像技术（Thermography）又称温差摄影，是利用红外辐射照相原理研究体表温度分布状态的一种现代物理学检测技术。与精密的解剖学相比，热成像系统在反映人体生理的改变以及新陈代谢的进程方面有着独一无二的特性。 人是恒温动物，能维持一定的体温。用物理学的观点来看，人体就是一个自然的生物红外辐射源。它不断地向周围空间发散红外辐射能。当人体患病或某些生理状况发生变化时，这种全身或局部的热平衡受到破坏或影响，于是在临床上表现为组织温度的升高或降低。因此测定人体温度的变化，也就成为临床医学诊断疾病的一项重要指标。 医用热成像技术就是采用焦平面热探测器阵列（或光机扫描）将红外辐射能量转为电子视频信号，经过处理后形成被测物体的红外热图像，这种图像可在彩色监视器上显示，同时可送入计算机进行相应的数据处理，或存贮在硬盘或软盘上，也可由打印机打印成照片。红外热像图的诊断原理正是利用红外辐射能照相来研究体表温度分布状态，并将病变时的人体热像和正常生理状态下的人体热像进行比较，从而为某些疾病的诊断提供客观依据。 红外热成像探测的是人体自身皮肤辐射出的红外线，检查时既无创伤，又无不适，快速方便。它是绝对被动和不伤害人体的，这一点对于诊断工具来说，是非常重要的。 二、医用热像仪的应用领域 从热像仪的工作原理可知，热像仪探测的是人体表面的热辐射，皮肤是一个良好的红外辐射体，其比辐射率可达0.99以上，所以，体内器官的温度差异是可以经过热传导至体表从而被热像仪探测到的；同时，当体内深层器官的病变严重时，在体表也能探测到温度的差异，因此，医用热像仪不仅能诊断体表或接近体表的一些疾病，如皮肤、乳房、甲状腺肿瘤、血管疾病、关节病变等，而且对深层器官疾病的病变也起到很好的临床诊断作用。 医用热像技术用于临床诊断已有几十年历史，现已成为了诊断浅表肿瘤、血管疾病和皮肤病症等的有效工具。现就几个典型病症的诊断来进行简要的介绍。 1
红外热成像检测技术的应用与展望 无损检测，是指在不会对材料或元件的有效性或可靠性造成损害的前提下，对其内部的异性结构(缺陷或损伤)进行探测、定位、识别及测量的一种实用性技术。红外热成像技术是在红外探测器、微电子和计算机技术的基础上发展起来的，属于综合性高新技术，该技术正朝着快速扫描、非致冷、焦平面阵列式接收、计算机图像处理的方向发展，利用便携式笔记本电脑控制的系统正日趋完善。 红外热成像无损检测技术(又称红外热波无损检测技术)，是一门跨学科的技术，它的研究和应用，对提高航空航天器，多种军、民用工业设备的安全可靠性具有重要意义。 1.红外热成像检测技术的原理 红外热成像无损检测技术的基本原理是利用被检物的不连续性缺陷对热传导性能的影响，使得物体表面温度不一致，即物体表面的局部区域产生温度梯度，导致物体表面红外 辐射能力发生差异。借助红外热像仪探测被检物的辐射分布，通过形成的热像图序列就可 推断出内部缺陷情况。 从理论上分析可知，材料或构件因内部缺陷将导致局部力学性能的强度改变，由于材 料内部结构的不连续性，这种缺陷将引起材料或构件的热传导不连续，致使材料或构件的 温度梯度不同，因而显现出的红外热图像也有所不同。通过研究被检测材料的内部缺陷及 结构力学性能，找出其热传导特性与红外热图像之间的关系和机理，根据显示图像的温度 梯度就可以确定缺陷的位置和范围，由温度梯度随时间变化的速率可以确定缺陷的深度。 采用红外热成像技术进行检测的特点是不受材料的几何结构及材质的限制，可以实现
非接触、大面积的检测。 2.红外热成像检测技术的分类 根据探测方式不同，红外热成像检测技术可划分为透射式和反射式，其中反射式更便于使用；根据引起温差的方式不同，可划分为主动式和被动式。 主动式红外热成像检测技术可以对物体表面进行快速、准确的检测，并具有直观、非接触、单次检测面积大等特点。根据主动式激励源不同，主要划分脉冲红外热成像检测技术、锁相红外热成像检测技术和超声红外热成像检测技术等。 2.1脉冲红外热成像检测技术 脉冲红外热成像技术是一种集光、机、电为一体的非接触式无损检测方法，也是目前研究最多和最成熟的方法之一。工作原理如图1所示:以高能脉冲闪光灯作为激励热源，热流在被测构件内部传导过程中，若构件内部存在缺陷或损伤，则使得物体内部热分布将存在不连续性结构，从而导致其缺陷或损伤处的表面温度与无缺陷或损伤处有明显不同。 图1冲红外热成像检测技术的工作原理 脉冲红外热成像检测方式虽然简单实用，但是也存在着一些缺点：适于检测平板类构件，对于复杂结构构件检测存在困难；对热源的均匀性要求非常高；检测构件厚度有限，当检测厚度较高的构件时，难以显示缺陷结果。 2.2锁相红外热成像检测技术
学 号 ： 探究学习报告 题目：红外热成像技术的原理及应用 学院名称 姓 名 同组学生
2014年11 月 摘要 将景物因温度和发射率不同而产生的红外辐射空间分布转换成视频图像的技术，称为红外热成像技术或简称热成像技术。自然界的一切物体都在辐射红外线，因此利用红外探测器测定目标本身和背景之间的红外线差，可以得到不同的红外图像，称为热图像，即目标表面温度分布的图像。它使人类超越了视觉障碍，即使在黑夜中可以“看到”物体表面的温度分布状况。红外热成像技术广泛应用于军事和民用领域，如侦察和监视，跟踪和制导，武器装备的瞄准；火灾检测，电气部件的监控，炼铁时温度的测定与监控，等。本文主要在红外热成像技术的原理，热成像装置的构成及发展，热成像技术的具体应用等方做出具体的介绍。 关键词：红外热成像技术，热图像。
一、简述 红外热成像技术是多学科、多领域技术综合发展的产物，由于军事需求的引领，已成为目前发展最快的高技术之一。目前红外热成像已成为一种实时显示的成像设备，可达到与可见光电视相当的图像质量。热成像与雷达、激光、可见光探测仪器相比，不需要协作光源或自然光照射目标，而是靠接收目标自身的红外辐射成像，因此隐蔽性更好，而且能昼夜工作。由于工作波长比可见光长10~20倍，所以透过烟雾和尘埃的能力很强，可以再恶劣的气候环境条件下，特别是可透过烟雾屏障看清目标。因此，热成像技术有了得天独厚优势。研究热成像技术，相当于给人类装上了第三只眼，具有极高的研究价值。 二、热成像装置的基本工作原理 2.1关于 物体表面温度如果超过绝对零度即会辐射出电磁波，随着温度变化，电磁波的辐射强度与波长分布特性也随之改变，波长介于0.75μm到1μm间的电磁波称为“红外线”，而人类视觉可见的“可见光”介于0.4μm到0.75μm。其中波长为0.78~2.0μm的部分称为近红外，波长为2.0~1000μm的部分称为热红外线。红外线在地表传送时，会受到大气组成物质( 特别是H2O、CO2、CH4 、N2O、O3等)的吸收，强度明显下降，仅在短波3μm~5μm及长波8~12μm的两个波段有较好的穿透率，通称大气窗口，大部份的红外热像仪就是针对这两个波段进行检测，计算并显示物体的表面温度分布。此外，由于红外线对极大部份的固体及液体物质的穿透能力极差，因此红外热成像检测是以测量物体表面的红外线辐射能量为主，利用探测仪测定目标的本身和背景之间的红外线差并可以得到不同的红外图像，热红外线形成的图像称为热图。
红外热成像原理与成像技术简要介绍 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，又称红外辐射。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 ℃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度在绝对零度(-273) 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。 红外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：用红外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。 在红外热像预知维护领域，采用红外热像仪对所有电气设备、配电系统，包括高压接触器、熔断器盘、 主电源断路器盘、接触器、以及所有的配电线、电动机、变压器等等，进行红外热成像检查，以保证所有 运行的电气设备不存在潜伏性的热隐患，有效防止火灾、停机等事故发生。下面是需要进行红外热成像产 品检查的部分设施： 1、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，医疗领域检查等等也很有效益。 5、太阳能电池片/电池组件：利用超高的热灵敏度(NETD)，能够灵敏、准确的感应出被测物表面发生微小温度变化，并通过非接触检测方式实现对太阳能电池片或组件缺陷的检测。将产品缺陷位置直观准确地显示在红外热图中，为使用者提供方便快速的检测方案。也使得红外热像仪在光伏领域得到了广泛的应用。
红外热成像技术的应用及其发展 一、红外热成像技术 红外线是一种电磁波，具有与无线电波和可见光一样的本质。红外线的发现是人类对自然认识的一次飞跃。利用某种特殊的电子装置将物体表面的温度分布转换成人眼可见的图像，并以不同颜色显示物体表面温度分布的技术称之为红外热成像技术，这种电子装置称为红外热像仪。 热像仪在军事和民用方面都有广泛的应用。随着热成像技术的成熟以及各种低成本适于民用的热像仪的问世，它在国民经济各部门发挥的作用也越来越大。在工业生产中，许多设备常用于高温、高压和高速运转状态，应用红外热成像仪对这些设备进行检测和监控，既能保证设备的安全运转，又能发现异常情况以便及时排除隐患。同时，利用热像仪还可以进行工业产品质量控制和管理。 此外，红外热像仪在医疗、治安、消防、考古、交通、农业和地质等许多领域均有重要的应用。如建筑物漏热查寻、森林探火、火源寻找、海上救护、矿石断裂判别、导弹发动机检查、公安侦察以及各种材料及制品的无损检查等。以下分别介绍热像仪在各行各业的实际应用情况。 本部分设定了隐藏,您已回复过了,以下是隐藏的内容 二、红外热成像技术在国民经济个领域中的应用 1、热成像技术在工业上的应用 热成像技术实际上是作为一种高级测温技术应用于工业中的，这种设备我们成为热像仪。过去的红外测温仪大都是点测温仪，点测温仪与热像仪比较，虽具有成本低、携带方便、传感器不需制冷等优点，但它有如下缺点：（1）只能测量一个点（小区）的温度，不能测量表面的温度分布，不能提供图像，故难以证实仪器是否对准了被测点；（2）使用距离常常受仪器视场的限制；（3）目标的反常（不规则）反射难以同目标的真实温度变化区分开；（4）对环境温度起伏敏感。所以，在远距离快速测量目标表面温度分布和记录热像的工程应用中必须使用热像仪。 以前工业上使用的热像仪多用低温制冷的单元探测器的光机扫描系统，但这种系统成本高，结构复杂，使用不便。近年来，随着像增强和图像处理系统中采用数字电路的情况日愈增多，热释电摄像管系统和热电制冷探测器线列以及两维焦平面探测器列阵系统已成为民用热像仪的主要发展类型。 热像仪在工业上的应用主要是检测工业设备、监查运行故障及控制产品质量。检测人员利用热像仪显示被查目标的热像和提供表面热分布的信息，找出即将发生和已发生的故障及其位置，以便及时采取措施予以消除。 （1）钢铁工业中的应用 热像仪可用于从冶炼到轧钢的各个环节。具体应用实例列举如下： ①大型高炉料面的测定：现代炼铁高炉要求炉内加入的原料分布均匀，从炉顶面温度的分布可以测定原料的分布均匀性。日本曾使用热像仪透过安装有高炉顶部炉壳的硅玻璃口测定炉内料面温度，进行图像处理后再由计算机控制给料设备的动作，调整原料流量，使炉料分布合理，起到降低焦比的作用。我国宝钢1号高炉，使用国产热像仪，实时采集、计算、显示料面温度，对决定原料的定量投放、提供生铁产量和质量、延长炉龄和节能降耗起了重要作用。 ②热风炉的破损诊断和检修：热风炉的炉衬在生产中容易被烧坏，但因炉子是封闭的，烧损位置不易发现。
一、红外热成像技术的定义 红外热像技术是一门获取和分析来自非接触热成像装置的热信息的科学技术。就像照相技术意味着“可见光写入”一样，热成像技术意味着“热量写入”。热成像技术生成的图片被称作“温度记录图”或“热图”。 二、红外热成像技术的基础知识-红外热像图和可见光图比较 红外热图像可见光图像 三、红外热成像测量的优势 1.非接触遥感检测，红外热像仪不同于红外测温仪，不用接触被测物，可以安全直观的找到发热点。 2.一张二维画面可以体现被测范围所有点的温度情况，具有直观性。还可以比较处于同一区域的物体的温度，查看两点间的温差等。 3.实时快速扫描静止或者移动目标，可以实时传输到电脑进行分析监控。 四、红外线的发现
1800年英国的天文学家Mr.WilliamHerschel用分光棱镜将太阳光分解成从红色到紫色的单色光，依次测量不同颜色光的热效应。他发现，当水银温度计移到红色光边界以外，人眼看不见任何光线的黑暗区的时候，温度反而比红光区更高。反复试验证明，在红光外侧，确实存在一种人眼看不见的“热线”，后来称为“红外线”，也就是“红外辐射”。 红外线普遍存于自然界中，任何温度高于绝对零度(-273.16℃ )的物体都会发出红外线，比如冰块。 五、电磁波谱 我们通常把波长大于红色光线波长0.75μm，小于1000μm的这一段电磁波称作“红外线”，也常称作“红外辐射”。红外线按照波长不同可以分为：近红外0.75 –3μm;中红外3 –6 μm;远红外6 –15μm;极远红外15 –1000 μm。
六、红外辐射的大气穿透 红外线在大气中穿透比较好的波段，通常称为“大气窗口”。红外热成像检测技术，就是利用了所谓的“大气窗口”。短波窗口在1--5μm之间，而长波窗口则是在8--14μm之间。 一般红外线热像仪使用的波段为:短波(3μm -- 5μm); 长波( 8μm --14μm) 。 七、红外热像仪的工作原理 红外热像仪可将不可见的红外辐射转换成可见的图像。物体的红外辐射经过镜头聚焦到探测器上，探测器将产生电信号，电信号经过放大并数字化到热像仪的电子处理部分，再转换成我们能在显示器上看到的红外图像。