红外技术发展概况

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【导读】红外技术发展概况标签：红外温度测量应用一、概述---红外技术发展概况 1672年，牛顿发现太阳光（白光）是由各种颜色的光复合而成，他使用分光棱镜就把太阳光（白光）分解为

红外技术发展概况标签：红外温度测量应用

一、概述---红外技术发展概况

1672年，牛顿发现太阳光（白光）是由各种颜色的光复合而成，他使用分光棱镜就把太阳光（白光）分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各色单色光，由此他得出了单色光在性质上比白色光更简单的**结论。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，发现了红外线。他在研究各种色光的热量时，有意地把暗室的**的窗户用要板堵住，并在板上开一矩形孔，孔内装一个分光棱镜。当太阳光通过棱镜时，便被分解为彩色光带，并用温度计去测量光带中不同色所含的热量。为了与环境温度进行比较，赫胥尔以在彩色光带附近放几支作为比较用的温度计一来测定周围环境温度。试验中，他偶然发现一个奇怪的现象；放在光带红光外的一支温度计，比室内其它温度计显示的数值高。经过反复试验，这个所谓热量*多的高温区，总是位于光带*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“**”。这种看不见的“**”位于红色光外侧，叫做红外线。红外线是一种电磁波，具有与无线电波各可见光一样的本质。红外线的发现是人类对自然认识的一次飞跃，对研究、利用和发展红外技术领域开辟了一条全新的广阔道路。

二、红外基础知识---红外技术发展概况

1．温度和热

尽管温度和热被人们认为是不同的事物，但有时，它们也会被看作是同一事物，这是因为“在有热存在的地方（能量高的地方）温度就高的缘故”。生活中我们感觉到物体有“冷”“热”区别，但这并不是很准确的。事实上，这种感觉范围是有限度的。当温度高于50-60℃或低于0℃时，要判断温度数值是非常困难的。“温度”这一名称是用来定性描述冷和热的程度。而热既不是冷热的程度，也不是一种物质，它是能量的一种形式。它是由温度来定义的。现在，我们要测定的目标不是热而是温度。可以根据测量的目的而把温度分成检测温度和真实温度。检测温度主要是用于控制生产过程，而这种场合往往不需要测量真实温度，它是保证生产过程每天都能在相同的温度下进行所需要的一种相对温度。

而真实温度就是实际温度，也就是**温度。其物理意义比较复杂，需用热力学定律解释。

2．红外线及热成像---红外技术发展概况

①红外线

红外线是一种电磁波，其波长一般为0.75微米~1毫米之间。在自然界中任何温度高于**零度（-273度）的物体（包括固、液、气体）都会对外界产生红外辐射，其辐射能量多少和物体材质、自身温度、表面几何形状及表面加工处理情况等因素有关。

红外线分近红外（0.75微米~3微米）、中红外(3微米~6微米)、远红外 (6微米~15微米)、极远红外(15微米~1000微米)。红外热成像设备通常使用的波段为（3微米~5微米）（8微米~12微米）。这两个波段的大气透过率高。

②热成像

众所周知，不同的物体，在不同影响因素情况下具有不同的能量辐射，红外成像正是依据此特点，被测物体辐射能量高低（温度大小）通过先进的红外探测器在仪器内部感应而形成热分布图像，能量辐射（温度）高的部分图像就亮，反之则稍暗，如此不难想象，一个物体由无数分子组成，而每一分子都辐射高低不同的能量，经传感器转换，从而排列成进入肉眼的可见光线，由此得出一个基本认识：红外图像即是对温度灵敏的图像，物体温度的高低直接反应出红外图像的亮暗，两者成递增比例关系。这样在高分辨率的仪器上就能清楚看见物体表面在不同状态下的热像图谱。依据这一原理，我们就能凭借成像的明亮并配以两者递增比例关系公式计算就能诊断出物体温度的高低，从而判断设备是否有缺陷问题。

3．温度测量---红外技术发展概况

温度的测量系统分为两类：通过测量仪器与被测物体接触而测定温度的系统，称为接触系统；利用物体的辐射能或电磁特性而不直接接触物体本身来测量温度的系统，称为非接触系统。我们知道，两个不同温度的物体接触在一起，经过相当长的时间，它们的温度会变得相同，这称作“热平衡状态”。在接触系统中，根据热力学定律：“如果两个物体中的每一个都与第三个物体处于热平衡状态，那么这两个物体也处于热平衡状态。”接触系统就是基于这一事实，如果这第三个物体与其它两个物体相比是充分小，并假设热接触对其它物体没有影响，则这第三个物体可被视作是测温计。

非接触系统是利用来自物体的辐射能来测定温度的。非接触式测量温度的原理是很吸引人的，它具有很多优点。在上述的两种系统中，其原理和应用方面存在着许多的不同，各有其优缺点。

三、红外技术发展概况

红外热成像技术是从战争中发展起来的。第二次世界大战中德国人用红外变像管作为光电转换器件，从而研制主动式夜视仪和各种红外通信设备，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经过近一年的探索，开发研制的**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迹像，经光电传换及一系列仪器处理，形成视频图像信号。这种系统是一种非实时的自动温度分布记录仪，后来随着五十年代高速锑化铟和锗掺汞光子深测器的发展，才开始出现高速扫描及实时显示目标热图像的系统。

开始由于保密的原因，在发达的国家中也于，投入应用的热成像装置可在黑夜或浓厚幕云雾中探测对方的目标，探测伪装的目标和高速运动的目标。由于有国家经费的支撑，投入的研制开发费用很大，仪器的成本也很高。以后考虑到在工业生产发展中的实用性，结合工业红外探测的特点，采取压缩仪器造价。降低生产成本并根据民用的要求，通过减小扫描速度来提高图像分辨率等措施逐渐发展到民用领域。

六十年代早期，瑞典AGA公司（现已并入美国FSI公司）研制成功第二代红外成像装置，它是在红外寻视系统的基础上以增加了测温的功能，称之为红外热像仪。

六十年代中期，AGA公司研制出**套工业用的实时成像系统（THV），该系统由液氮致泠，110V电源电压供电，重约35公斤，因此使用中便携性很差，经过对仪器的几代改进、发展，到1986年制成的红外热像仪已无需液氮或高压气，而以热电方式致泠，可用电池供电，1988年推出的全功能热像仪，集温度的测量，修改、分析、图像采集，存储合于一体，重量小于7公斤，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技术转民用并商品化的新一代红外热像仪——焦平面红外热像仪（FPA）。其技术功能非常先进，现场测温时只需对准目标摄取图像，并将上述信息存储到机内的PC卡上，即完成全部操作，各种参数的设定可回到室内用普通计算机进行修改和分析数据，*后直接得出检测报告，由于技术的改进和结构的改变，取代了复杂的机械扫描，仪器重量甚至已经小于2Kg，使用中如同手持摄像机一样，单手即可方便地操作。

目前FSI公司在上述焦平面热像仪的基础上，更进一步推出了非致冷热像仪。它一改以往热像仪需要致冷，耗电大、寿命短的缺点，性能更加先进，功能更加可靠。目前其主要产品为：AGEMA570，它是目前世界上*先进的工业检测用红外热像仪。另外该公司还同广州飒特公司联名推出了SAT/AGEMA520红外热像仪。这是一款依据飒特公司在国内市场多年运做经验，由FSI公司专门为ZG设计制造的先进的非致冷焦平面热像仪。

四、红外热像仪在国民经济中应用---红外技术发展概况

1．红外热成像技术在国外的应用

*初出于军事目的发展起来的热红外技术，由于技术的先进和实用，今天已成为工业设备监测和诊断的有用工具。

国外红外热像仪的工业应用，始于六十年代中期，*早应用于的电力部门，是瑞典国家电力局，他们成功地应用了红外热像仪进行电力设备的故障诊断。

由于红外测温技术对保证电力安全生产和提高供电可靠方面取得了明显的效果，同时，其经济效益十分显著，据美国有关应用部门统计，利用红外技术检测电力设备的投入产出比达到1：9以上，所以目前国外的一些电力部门应用已很广泛。在工业发达的国家更是普遍推广使用，应用范围也从*初的电气设备和电力线路开始扩大到发电厂等有关方面。1990年，国际大电网会议（CIGBE）上，对红外诊断技术给予了足够的重视和充分的肯定。1993年，美国动力会议上，底特律爱迪生公司和伊利诺依州电力公司都分别介绍了在架空线路和变电站，发电厂中应用红外热像技术检测电力设备的*新经验，红外诊断技术已成为电力设备监测，普查、及时发现隐患，及时抢修杜绝恶性突发性设备事故的一种手段。

目前，利用红外线辐射测温技术已经在各个领域都取得了广泛的应用。例如，红外测温在气象学和空间科学方面起重要的作用。在基础工业中，尤其在节能和热控制方面以及其它方面，诸如电力和电子工业，汽车和化学工业等，红外测温技术都占有相当的地位。在这些领域中，红外测温技术已经摆脱了研究阶段，不仅仅用于温度测量，而且还可以配合计算机应用于过程控制和质量管理。

在医学领域里，应用热象技术进行YL诊断已经得到了广泛的应用。如日本，在1981年即应用红外诊断技术进行健康保险估价。1982年，用于“红外YL成像设备”的日本工业标准（JIS）的草案开始试行。1984年，“日本医学和生物现象研究小组”的诞生，促进了“日本热象测温学会”的成立。这些使红外测温技术稳步地进入医学领域。促成红外测温技术进入YL领域的原因很多，但重要的原因之一是同X射线和γ射线相比，红外线是利用人体自身的辐射进行诊断，对人体没有任何伤害。

另外在其它领域，如农业，林业和自然现象的观察（如火山等），红外测温技术也在广泛地应用。

1．红外热成像技术在国内的应用

国内，1975年由上海引进了**套AGA公司的红外热像仪，这在当时是国内*先进的红外测温装置，应用后，取得了很大的经济效益，打开了AGA公司的在ZG市场。八十年代初，电力系统结合500KV平武工程在电力工业中首次引进三套瑞典AGA公司生产的红外热像仪。应用后，大大提高了电力设备探测的诊断的技术水平。目前，大多电力试验研究机构和一些大型发电厂及部分供电局都引进配置一些进口红外热成像仪器，广泛应用于电力生产的设备普查，故障探测及诊断。

国内研究开发红外技术的应用，起始于五十年代后期，开始发展红外技术主要是为国防事业服务，经过几十年的努力，在军事应用和高科技领域取得了令人瞩目的成就，随着改革开放形势的深入发展，我国方面的红外技术开始向民用方面辐射。至目前，民用国产红外热像仪的研制、开发和生产，已处于不断的完善和提高之中。特别是随着计算机技术的高速发展，国产红外热像仪的功能不但得到了充分的挖掘，而且可根据实际需要进行功能的扩展。同时，人们还结合吸收进口红外设备的先进技术，针对过去进口红外热像仪存在问题和不��进行改进和提高，从而大大改进了国产仪器的先进性和结构，提高了仪器的实用功能和灵活性。

国产红外热像仪，因价格上只相当国外同类进口仪器的1/3～1/2，技术功能满足应用要求，使用和维修方便，目前也取得相当的市场。目前正在国内许多领域和单位代替进口产品投入实际应用，而且还有部分型号的产品出口到国外，在红外技术的推广应用方面发挥了积极的作用。

广州飒特公司作为国内*大规模的热成像产品生产厂家，具有相当雄厚的技术实力，并取得了一批在国内处于**水平的技术成果。其飒特系列红外热成像产品已经在国内外得到广泛的应用。

五、红外热成像具体应用领域简介

○电子测量仪器：印刷电路的检查

○电站：高压电线和变压器的维护与检测

○化学工厂：燃料缶、反应器、化工装置的维护与检测

○建筑：建筑物、外墙的检测

○水泥工业：旋转窑的维护与检测

○钢铁工业：各种类型炉子的检测、轧制钢形状的判断

○医药业：血流的测定，肺癌的早期检查，负荷实验

○自然现象：火山观察，森林火灾的检查，从气象卫星进行云层运动观察

○农业、畜牧业：家畜数量的遥测