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目录一、概论 (11、热像仪构成 (12、热成像功能: (13、热成像技术的优点 (14、红外成像阵列与系统分类 (15、热成像技术的划代 (16、典型技术特点 (27、制冷红外成像阵列与系统的发展 (47、非制冷红外成像阵列与系统的发展 (48、红外成像探测器的发展趋势 (5二、工作原理与结构 (51、串扫型热像仪 (62、并扫型热像仪 (73、串并扫型热像仪 (8四、常见的光机扫描机构 (91、旋转反射镜鼓做二维扫描 (92、平行光路中旋转反射镜鼓与摆镜组合 (103、平行光路中反射镜鼓加会聚光路中摆镜 (104、折射棱镜与反射镜鼓组合 (115、会聚光路中两旋转折射棱镜组合 (126、两个摆动平面镜组合 (12五、热成像系统基本技术参数 (121、光学系统的通光口径0D 和焦距0f (122、瞬时视场角α、β (123、观察视场角H W 、V W (134、帧时f T 和帧速∙F (135、扫描效率η (136、滞留时间d τ (13六、红外成像系统综合性能参数 (141、噪声等效温差NETD (142、最小可分辨温差MRTD (153、最小可探测温差MDTD (18红外成像系统一、概论能够摄取景物红外辐射分布,并将其转换为人眼可见图像的装置,就是红外热成像系统(简称热像仪。
实现景物热成像的技术称为热成像技术。
1、热像仪构成✓接收和汇聚景物红外辐射的红外光学组件;✓既实现红外望远镜大视场与红外探测器小视场匹配,又按显示制式的要求进行信号编码的光学机械扫描器(当使用探测元数量足够多的红外焦平面探测器时,光学机械扫描器可以省去;✓将热辐射信号变成电信号的红外探测器组件;✓对电信号进行处理的电子学组件;✓将电信号转变成可见光图像的显示器;✓进行信号处理的算法和软件。
2、热成像功能:✓将人眼的观察范围扩展到光谱红外区;✓极大地提高人眼观察的灵敏度;✓获得了客观世界与热运动相关的信息。
3、热成像技术的优点✓环境适应性优于可见光,尤其是在夜间和恶劣天候下,具有较好的穿透烟雾和尘埃的能力;✓隐蔽性好,比雷达和激光探测安全且保密性强,不易被干扰;✓识别伪装目标的能力优于可见光,具有较强的反隐身能力;✓具有较远的作用距离;✓与雷达系统相比,体积小,重量轻,功耗低。
红外热成像技术的原理和应用一、概述随着现代科技的快速发展，越来越多的新型技术得以应用到生产和生活中。
其中，红外热成像技术（infrared thermal imaging technology）是一种重要的热力学检测工具，其可以通过红外线热辐射捕捉物体表面温度分布信息，实现对物体内部温度分布的无损检测和图像显示。
二、原理红外线是电磁波谱中波长大于0.75μm小于1000μm的中红外光线，其在材料中的传播是基于物体热能的辐射传输方式，其中物体表面温度越高，其辐射出来的红外线能量越大。
红外热成像技术利用热红外波段的红外线辐射进行测量，检测物体表面温度变化，然后将检测结果反映到热成像仪中，输出一张反映物体表面温度分布的热成像图。
三、分类根据热成像仪的工作方式和应用领域不同，红外热成像技术可以分为以下几种类型。
1. 主动式红外热成像技术主动式红外热成像技术是通过激励器来产生红外线辐射以供检测的技术。
常见的主动式红外热成像技术有激光探测器、偏置探测器和光纤传感器等。
2. 被动式红外热成像技术被动式红外热成像技术是依靠被检测物体的红外线辐射来进行测量的技术。
常见的被动式红外热成像技术有基于微波红外成像仪、红外线放射成像仪和红外线热像仪等。
3. 红外热成像技术的应用领域红外热成像技术具有大范围、非接触、高精度等优点，因此被广泛应用于以下领域。
（1）工业制造中的检测应用在工业制造中，红外热成像技术可以用于检测工艺中产生的温度变化来了解设备运行是否正常，及时预防它产生异常状况。
比如，利用红外热成像技术对汽车轮胎进行检测，可以检测到轮胎胎面与路面接触部位是否存在磨损、裂缝、脱胎等异常情况。
（2）建筑工程中的应用红外热成像技术可以用于建筑工程中的能耗分析和建筑物检测。
通过测量建筑物表面温度分布，可以判断建筑物的保温效果，有助于建筑物节能和减排。
除此之外，将红外热成像技术应用于建筑缺陷探测，也可以提高建筑物的安全性和可靠性。
红外成像仪原理
红外成像仪是一种通过红外辐射探测和成像的设备。
其原理是利用物体发出的红外辐射来获取目标物体的图像信息。
当物体被加热时，其分子和原子会产生热运动，从而产生红外辐射。
红外成像仪利用此辐射，并将其转换成电信号，然后将其转化为热图像，从而实现对物体的探测和成像。
红外成像仪主要由红外探测器、光学系统和图像处理系统组成。
红外探测器是核心部件，其中最常用的是热电偶探测器和半导体探测器。
当红外辐射通过光学系统到达红外探测器时，探测器会将辐射转换为电信号。
然后，电信号经过放大和处理后，可以得到目标物体的热图像。
最后，通过图像处理系统对热图像进行处理，得到清晰的红外图像，这样可以实现对目标物体的探测和成像。
红外成像仪具有广泛的应用领域，例如军事、安防、消防、航空等。
在军事上，可以用于探测和追踪敌方目标；在安防中，可以用于夜视、监控和边境防控；在消防中，可以用于发现和定位火灾；在航空上，可以用于检测飞机表面的温度变化等。
通过红外成像仪，可以实现对红外辐射的探测和成像，为各个领域的应用提供有效的支持。
红外热成像仪分类和原理红外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。
通俗地讲红外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。
红外辐射简介红外辐射是指波长在0.75um至lOOOum，介于可见光波段与微波波段之间的电磁辐射。
红外辐射的存在是由天文学家赫胥尔在1800年进行棱镜试验时首次发现。
红外辐射具有以下特点及应用：（1）所有温度在热力学绝对零度以上的物体都自身发射电磁辐射，而一般自然界物体的温度所对应的辐射峰值都在红外波段。
因此，利用红外热像观察物体无需外界光源，相比可见光具有更好的穿透烟雾的能力。
红外热像是对可见光图像的重要补充手段，广泛用于红外制导、红外夜视、安防监控和视觉增强等领域。
（2）根据普朗克定律，物体的红外辐射强度与其热力学温度直接相关。
通过检测物体的红外辐射可以进行非接触测温，具有响应快、距离远、测温范围宽、对被测目标无干扰等优势。
因此，红外测温特别是红外热像测温在预防性检测、制程控制和品质检测等方面具有广泛应用。
（3）热是物体中分子、原子运动的宏观表现，温度是度量其运动剧烈程度的基本物理量之一。
各种物理、化学现象中，往往都伴随热交换及温度变化。
分子化学键的振动、转动能级对应红外辐射波段。
因此，通过检测物体对红外辐射的发射与吸收，可用于分析物质的状态、结构、状态和组分等。
（4）红外辐射具有较强的热效应，因此广泛地用于红外加热等。
综上所述，红外辐射在我们身边无处不在。
而对于红外辐射的检测及利用，更是渗透到现代军事、工业、生活的各个方面。
由于人眼对于红外辐射没有响应，因此对于红外辐射的感知和检测必须利用专门的红外探测器。
红外辐射波段对应的能量在O.leV-l.OeV之间，所有在上述能量范围之内的物理化学效应都可以用于红外检测。
型红外热成像仪IR1 范围本标准规定了IR型红外热成像仪的产品分类、技术要求、试验方法、检验规则及标志、包装、运输与贮存。
本标准适用于IR型红外热成像仪的研制、生产和检验。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 2423.1-2008 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温GB/T 2423.2-2008 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验B：高温GB/T 2423.3-2016 环境试验第2部分：试验方法试验Cab:恒定湿热试验GB/T 2423.5-1995 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ea和导则：冲击GB/T 2423.10-2008 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Fc和导则：振动(正弦) GB/T 4208-2017 外壳防护等级(IP代码)GB/T 4943.1-2011 信息技术设备安全第1部分：通用要求GB/T 9969-2008 工业产品使用说明总则GB/T 12604.9-2008 无损检测术语红外检测GB/T 13306-2011 标牌GB/T 13384-2008 机电产品包装通用技术条件GB/T 13962-2009 光学仪器术语GB/T 15479-1995 工业自动化仪表绝缘电阻、绝缘强度技术要求和试验方法GB/T 18268.1-2010 测量、控制和实验室用的电设备电磁兼容性要求第1部分：通用要求GB/T 19870-2018 工业检测型红外热像仪GB/T 191-2008 包装储运图示标志GB/T 25480-2010 仪器仪表运输、贮存基本环境条件及试验方法3 产品分类与基本参数3.1 产品分类3.2 按照热像仪的安装形式分类3.2.1 离线型红外热成像仪通常为手持式，要求电池供电，并且在热像仪中具备图像显示、存储和分析功能。
红外热成像仪原理及应用红外热成像仪（Infrared Thermal Imaging Camera）是基于红外辐射原理工作的一种无损检测设备。
它可以通过“看”到目标物体的红外辐射，生成物体表面温度分布图像，从而对物体进行非接触式的温度测量与表面形貌检测。
其工作原理是根据物体的表面温度，通过红外探测器接收目标物体发出的红外辐射，并将其转化为电信号，通过转换与处理后，得到可视化的红外热像图。
红外热成像仪主要由光学系统、扫描机构、探测器及信号处理电路组成。
光学系统将目标物体的红外辐射聚焦到探测器上，探测器接收到红外辐射后，将其转化为电信号并传输到信号处理电路中进行处理。
最终，信号处理电路将处理后的信号转化为可视化的红外热像图。
红外热成像仪的应用领域广泛，主要应用于以下几个方面：1. 工业应用：红外热成像仪在工业领域中主要用于设备的状态监测与故障诊断。
通过检测设备表面的温度分布，可以找出异常的高温区域，从而及时发现设备故障，减少故障损失。
2. 建筑行业：红外热成像仪在建筑行业中可以用于检测建筑物的热漏点、水渗漏等问题。
通过扫描建筑物表面的温度分布，可以找出导致能量损失和温度不均匀的区域，提出相应的改进措施。
3. 消防行业：红外热成像仪在消防行业中被广泛应用于火灾的检测和救援工作。
它可以快速探测到火灾点的高温区域，并及时提醒消防人员，以便采取有效的灭火措施。
4. 医学领域：红外热成像仪在医学领域的应用主要用于体温检测、病灶的检测等。
特别是在传染病流行期间，通过红外热成像仪可以快速筛查热源，识别患者或者疑似患者，减少传染风险。
5. 安防行业：红外热成像仪在安防领域中可以用于夜视监控、人流检测等。
由于红外辐射可以穿透雾霾、烟雾等环境，因此在视线受限或者光线不足的情况下，红外热成像仪可以提供可靠的监控与检测结果。
总结起来，红外热成像仪通过接收并转化物体的红外辐射为可视化的红外热像图，实现了非接触、快速、准确的温度检测与表面形貌检测。
中国红外热成像仪行业市场现状分析一、红外热成像仪的分类红外探测器可分成制冷型和非制冷型两类，制冷型红外探测器具有响应速度更快、灵敏度更高、探测距离更远及性能更稳定等诸多优点，但是需在低温环境下才能体现性能优势。
这就使得制冷型红外探测器的成本高，体积重量大，主要应用在军事和科研领域。
目前，其发展方向主要在提高工作温度、减小暗电流、小型化、多波长探测以及系统集成等方面。
而非制冷型红外探测器整机小巧，成本低，而且使用的寿命长，但是精度相对较差，在对成像性能要求不高的军事领域和民用领域，得到广泛的应用。
二、全球红外热成像仪市场规模据统计，2019年全球红外热成像仪市场规模为43亿美元；2020年疫情防控期间，红外热成像仪因具有响应快、非接触、精确度高等特点，适用于密集型场所人员体温的筛查，预计红外热成像仪市场规模激增，市场规模将达到76亿美元，同比增长76.74%。
三、中国红外热成像仪市场规模基于我国人均安防监控配置数量、全国汽车保有量、消防车数量、工业企业数量等宏观统计数据。
预计我国民用红外成像仪市场规模约为2690亿元，按十年的更新换代周期计算，每年市场规模可达269亿元。
基于2020年美国发布的中国军力报告，预计中国的军用红外热成像仪市场规模达到370亿元，按十年为周期的更新换代频率，年均市场需求将达到37亿元。
四、红外热成像仪行业竞争格局分析据统计，2020年全球非制冷红外热成像整机出货量上，美国的FLIR 市场份额达到35%，居第一位，份额前十中国厂商独占4家，分别是高德红外、海康威视、睿创微纳和大立科技。
一方面是因为中国快速从新冠疫情中恢复过来，红外企业快速恢复生产应对全球激增的红外测温需求，另一方面是由于中国的企业近年来持续大力投入研发，非制冷红外探测器性能指标国际领先，成本优势突出，与国外同类产品相比性价比较高。
国内市场方面，2020年，高德红外红外热成像业务收入为28.86亿元，位居全国第一。
首先给大家简单介绍一下红外成像仪的主要分类：
光子感应器式红外成像仪
1. 根据红外成像仪的感应器不同来分类
热感应器式红外成像仪
光子感应器是将接受的辐射能量直接转换成电信号。
灵敏度很高，工作稳定，反映迅速。
热感应器是由多个感应单元同时接受辐射并被加热，通过比较热量的变化来给出成像信号,灵敏度比光子感应器式低，工作不如光子感应器稳定，反映速度也不及光子感应器，但是体积小，重量轻，价格便宜。
图一所提到的PM545 型就是热感应器式红外成像仪，在其说明书中有介绍。
中波红外线成像仪
2. 根据红外线成像仪所适用的红外波长不同，可分为长波红外线成像仪
以下给出的光谱图（图二），以便大家有一个感性的认识
图二
•可视光的波长范围一般为0.4 到0.7μm
•近红外线的波长范围一般为0.7 到1μm
•红外短波的波长范围一般为0.9 到2.5μm
•红外中波的波长范围一般为 2 到5μm
•红外长波的波长范围一般为7.5 到13 或14μm
从图一的参数要求spectral band 7.5 to 13μm，我们看出其手册所要求的波长范围是长波红外线成像仪。
那么长波和中波红外线成像仪对红外图像的影响是什么？通过普朗克曲线图三，可以看出
图三
其影响主要在于随着待观察物体的温度升高，该物体所辐射的能量随着波长的减小而增大。
通俗点说也就是在测量接近常温下的物体时，长波红外线成像仪较敏感。
在测量超高温的物体时，中波红外线成像仪较敏感。
其次给大家介绍一下红外线成像仪的参数含义：
1. 像素：是图像最基本的单位（Pixel），可以通俗的理解像素就是一个小点，而不同颜色或灰度的点(像素)聚集起来就变成一幅影像。
像素越高，意味着你可以更远的距离发现更细微的问题。
我公司采购的FLIR T400 型红外成像仪的像素为320X240 。
对于低分辨率的成像仪，为了提高影像的清晰度，可以安装长焦镜头。
但是，同时其视野也会随之减小。
对于给定的距离，同样的视野，像素越高，那么影像越清晰。
总之在不考虑经济因素下，像素越高越好。
2. FOV(视野)：也就是所能见到的空间范围，用角度来表示。
图四中的角度，即可以理解为红外成像仪的水平视野，当然还有垂直视野。
图一中所要求的红外成像仪的视野为水平24°垂直18°。
同样的像素条件下，视野越小，影像越清晰。
图四
3. IFOV(空间分辨率，也称为瞬时视野)：也就是被投影的红外成像仪的像素点，投影后具有的尺寸。
单位用毫弧度（mrad）来表示，1.3mrad 可以理解为红外设备在距离被观测物体1m 处，所能分辨的最小物体大小为1.3mm 。
像素、视野、空间分辨率的关系我们可以通过以下的计算举例更好的理解：例：以一个320X240 像素的红外相机为例，配24 度视野镜头，计算IFOV 空间分辨率。
24°/ 320= 0.075°=0.0013 radians =1.3mrad
通过以上例子我们知道，如果我们知道了像素、视野、空间分辨率这三个参数的其中二个，那么第三个参数可以通过计算得知。
所以在图一的设备参数中仅给出了空间分辨率和视野的最低要求，那么通过上面的例子我们知道，设备所要求的最小像素为320X240。
4. NETD(温度分辨率，也称等效温差的噪音信号)：表示的是红外成像仪所能够测量的最小温差。
图一所要求的NETD 值为0.1°C 。
现在一般性产品都可以达到该要求，但是要注意，获得该数据是在30°C 的环境要求下所获得的，随着测量环境的温度提高NETD 值会越小也就是温度分辨率会提高。
当比较两台不同的红外线设备时，要确认它在相同的测量温度下获得的NETD，当然该值越小越好。
5. 近焦限制：顾名思义就是能够得到清晰成像的最短的拍摄目标到镜头的距离。
该值当然是越小越好，表示能够在更短的距离拍出清晰的画面。
图一所示的近焦限制为500mm，表示被拍摄物体距离镜头要是少于500mm 就无法拍摄清楚了。
6. 温度范围意思是，如果被测量的温度高于该范围的最大值或低于该范围的最小值，那么就无法正确的显示和测量了。
一般设备都有2 到5 个温度范围供选择，温度范围越小，那么图像温度的分辨率越高。
图一所要求的设备温度范围为
-20°C 到120°C 。
其他需要了解的参数性能
1. MFOV(可测量视野)：表示的是完成温度测量所需要的最小尺寸。
一般是3 到5 倍的IFOV 。
评价定量测量的指标。
2. SSR(光斑大小比率)：实际表述的是MFOV 与距离的函数。
通俗的说就是设备允许测量的目标尺寸与测量距离的比值。
例如SSR=100：1 ，表示可测量100 米处直径为1米的目标温度，直径小于1 米就无法准确测量了。
通过以上的介绍我想大家应该对选购红外线设备有一个大概的了解，在选购时最
重要的一点是你所选购的产品一定要能够满足你所要进行的检验工作的最低要求，其次再考虑价格、操作方便性、性能稳定性、售后维修服务、功能扩展、产品可升级性等。
希望以上的介绍对你的工作有所帮助，如对文中的概念有异议，望给予提出并讨论。
