1、培訓大綱一、 紅外基本理論：1紅外線的發現1800年英國物理學家赫胥爾（Herschel）在研究太陽光譜的熱效應時發現：七色光中在紅光譜的邊界以外人眼看不見有任何光線的黑暗區，溫度反而比紅光區域的溫度高。反復實驗證明，在紅光的外側，確實存在一種人眼看不見的“熱線”，后來稱為“紅外線”，又稱“紅外輻射”。紅外線處于波長為0.761000m之間。 2紅外線的本質經研究表明：紅外線是從物質內部發射出來，產生紅外線的根源是物質內部運動。眾所周知，物資是由原子、分子組成，它們按照一定的規律不斷地做變速運動，因而不斷向外輻射能量，這就是紅外輻射現象。由此可見，紅外輻射的物理本質是熱輻射。這種輻射的能量主要

2、由這個物體的溫度和材料本身的性質決定，特別是熱輻射的強度取決于輻射體的溫度，也就是說，溫度對熱輻射現象起著決定性的作用。3有關基本名詞解釋溫度：反映物體原子活動的激烈程度。（微觀）冰水混合物到水沸騰之間分為100等份每一份為1 ，紅外線輻射的能量可用物體表面的溫度來度量，輻射能量越大，物體的表面溫度越高，反之亦然。常用衡量溫度變化的溫標有三種：1. 華氏溫標：°F2. 攝氏溫標： 3. 熱力學溫標：K幾個溫標之間的換算：=（°F 32）×59K=+273.15 絕對零度0 K=273.5黑體：具有理想中最大輻射功率的物體，稱為黑體。黑體所吸收的紅外線能量與發射的紅

3、外線能量相等。即：Ia / Ib = 1 Ia 黑體在單位時間內吸收的紅外線能量強度 Ib 黑體在單位時間內發射的紅外線能量溫度 所謂的黑體其實并不存在，只能無限的接近于它，但設定這樣的黑體，對研究紅外熱輻射規律是非常必要的。高溫黑體1273K以上中溫黑體223K1273K 低溫黑體223K輻射率：當即個物體處于同一溫度下，各物體的紅外輻射功率與吸收的功率成正比。實際物體紅外輻射的功率與相同條件下黑體紅外輻射功率的比值，稱為輻射率，又稱為發射率，用符號表示，其比值是一個小于1的數。 輻射率的影響因素：顏色、粗糙度、材質、溫度、厚度、平整度有關。灰體：輻射率在0到1之間的物體。大氣窗口：空氣中的

4、三原子氣體（如O3、H2O、CO2等）對紅外的吸收很強烈。只有三個波段的紅外能透過大氣窗口。12m35m814m國外SW（高能波段）MWLW國內短波長波工作波段：工作波段是指紅外熱像儀的波譜響應范圍。普朗克定律： P=T4 紅外熱像儀測溫、成像的核心。 其中P是紅外輻射功率，是普朗克系數，是輻射率，T是溫度。維恩位移定律： = 2897/T4紅外線的特性 a. 紅外線是一種電磁波0.5納米0.76微米 0.761000微米紫外線可見光 紅外線無線電波紅外光與可見光相同的特性：紅外線是一種電磁輻射，它也具有反射、折射、干涉、衍射和偏振，同時又具備粒子性，即它以光量子的形式發射和吸收。紅外光與可見

5、光不同的特性：紅外線對人的眼睛不敏感，所以必須用紅外線敏感的紅外探測器才能接收到。 紅外光的能量比可見光弱，更容易被物質所吸收，穿透能力差。但對于薄霧來說，長波紅外線更容易通過。紅外線的熱效應比可見光要強得多。b. 波長分布與物體表面的溫度成反比。根據描述峰值波長與溫度關系的維恩定律= 2897/T，顯然，高溫測溫宜采用較短的工作波長，低溫測溫宜采用較長的工作波長，對于電力設備由于大多目標尺寸小輻射能量低，一般的缺陷溫度低于500K，應選擇長波814m的工作波長。短波儀器白天使用，受陽光干擾較大，太陽光發射的紅外波長主要集中在短波，在5m以后輻射變弱。與此同時，在石油化工方面，由于時常涉及火焰

6、，而火焰是一種等離子氣體，溫度忽高忽低，成分復雜，能量主要集中在短波范圍，短波儀器能清楚地看清火焰，但不能看清爐管，影響很大。波 長 最靈敏響應溫度適用系統1-2m 1500K-3000K 核反應堆 3-5m 600K-1000K 石油化工 8-14m 400K 電力消防二、 紅外熱像儀技術理論1紅外熱像儀成像原理紅外探測器: 感受紅外輻射，將能量轉化電信號，通過電子處理，最終轉化人眼可見的紅外圖象。 熱電效應：產生三種變化2K 0.002K變化信號設備型號探測器材料特點優點UGD2000熱釋電管能較準確測定測溫較準RHY6000微熱輻射器能精確測定測溫準確CNEC7102鐵電材料很難測定很難

7、測準光電效應： 原子核 2S 2P電子從2S到2P躍遷，產生電荷。條件是必須制冷（-196），以確保原子核的穩定性，減少對電子的束縛力。2. 非制冷焦平面探測器介紹 焦平面探測器：新一代的熱成像裝置，在性能上大大優于光機掃描式熱像儀，又逐步取代光機掃描式熱像儀的趨勢。關鍵技術使探測器由單片集成電路組成，被測目標的整個視野聚焦在這片選用了數萬個性能接近的芯片上，使得圖像更加清晰，使用更加方便，體積更加小巧輕便。焦平面探測器熱電材料（像素）320×240（HY6000）像素尺寸：即焦平面探測器中熱電材料的大小。 熱電材料越小越好，尺寸越小，圖像越清晰，靈敏度越高。45m（HY6000）填

8、充功率：熱電材料的總面積占探測器表面總面積的百分比。 比值越大探測器越好。 有效像元數：熱電材料中有效的像素數。 探測器中或多或少有一些壞點或叫“盲點”。壞點越少，探測器性能越好。HY6000與PM525/595焦平面探測器的比較HY6000PM525PM595材料多晶硅VoxVOx尺寸45mm51mm51mm填充因子80%65%65%有效像數元99%97%99%3紅外光學材料介紹紅外鏡頭：能夠將紅外輻射能量聚焦到探測器上的特殊鏡頭。 材料一般為鍺單晶，表面鍍金剛石，紅外線透過率80%，或97%（加增透膜）。鏡頭材料透過波長透過率Ge8-1470%（不鍍膜）96%（鍍膜）單晶Si3-550%Z

9、nSn3-550%PUC3-5；8-1450%Ge是紅外長波儀器鏡頭最好的材料，價格昂貴，30000元/kg，1kg只能作成2個鏡頭。 孔徑比（f數）：光學系統相對孔徑。A= F/DF為焦距，D為通光孔徑。f數（即A值）越大，通光量越大。 紅外濾光片：對紅外鏡頭起到過濾雜波或高溫衰減的作用。4熱像儀基本參數介紹響應時間：即反映探測器變化快慢的量。 頻率為60Hz即1/60秒（HY6000） NEC TH510 0.65S TVS100 0.1S噪聲等效溫度分辨率：即MRTD值（主觀量）。實驗方法：標準溫差源 4桿靶：溫度任意調整3/4的人可以看到3/4的靶，該桿靶與背景的溫差就是MRTD。 最

10、小可辯溫度分辨率：NETD=T/S/N， 通過科學檢測手段得出的客觀數值（客觀量）。一般情況下，MRTD數值NETD的數值。人眼的感覺總要比機器靈敏。以HY6000為例，它的MRTD為0.08；而它的NETD則為0.1。 空間分辨率：紅外熱像儀分辨物體的能力，單位mrad。 半徑為R的園，周長為2R 如果目標距離熱像儀為1000m，則空間分辨率為1mrad的熱像儀（HY6000）可以分辨的目標直徑為：1mrad×1000=1m紅外側溫技術：通過黑體的標準溫度，對應能量與溫度的表格反查。（標定法） 測溫范圍（量程）：黑體的溫度 光圈 衰減片 測溫精度：讀數與實際溫度的差別，用量程的百分

11、比表示。影響測溫的因素：環境溫度、背景、輻射率、相對濕度實際上，我們是不可能通過紅外來測出物體的精確溫度的。電力系統紅外導則有“相對溫度測試法”。三、 熱像儀的簡介1熱像儀的分類與劃代 第一代：點陣式光機掃描。（32×32、64×64）八棱鏡（水平掃描） 三棱鏡（垂直掃描）探測器 第二代：陣列式光機掃描（288×4） 三棱鏡（垂直掃描） 探測器（陣列式）第三代：焦平面熱像儀，無需掃描系統。熱電材料稱為微熱輻射計“Microbolometer”材料多晶硅、Vox熱電視熱釋電管：“熱釋電系列”材料TGS（GD2000）、“鐵電系列”BST+ + + 注釋：溫度升高，膨

12、脹使正負電核的電距加大，外面的電子來不及中和，產生電荷。2. 制冷與非制冷型紅外熱像儀 MCT碲鎘汞 致冷 光電效應 軍用 材料 InSb碲化銦PbSi硅化鉑非致冷 熱電效應 民用 材料 VOxSi致冷的工作溫度為-196，幾種致冷方式：1、 氮：杜瓦瓶。如AGA4782、 T-J節流：大氣瓶，氣體在突然間膨脹吸收大量的熱，達到致冷的效果。3、 半導體：致冷的溫度不夠低4、 斯特林致冷：壓縮機冰箱，把探測器放在冰箱里，用He氣、電池，溫度可達-196。如：AGEMA550缺點： 1、2是分體式，很笨重。3溫度不夠低，效率低下。4是最常用的，有以下缺點：l 壽命短2500小時，換一個致冷機需要2

13、0萬。l He氣會逐漸漏光，新機開機只需要3分鐘，以后逐漸變慢，兩年后得半小時，最后可能啟動不了。l 受環境影響很大，尤其是天氣太熱，散熱不良，必須強迫開機，制冷設備壽命更短。而非制冷探測器的壽命在10000小時左右。儲存3熱像儀工作原理圖 光線屏幕顯示探測器光學鏡頭電子處理電源4衡量熱像儀先進性的主要內容a 主要熱像參數：溫度分辨率、像素、有效像元數等b 熱像儀的功能及操作系統c 整機結構設計d 圖像后處理系統及附件四、使用熱像儀的優勢 - 便捷!熱像儀可快速提供溫度測量，在用熱偶讀取一個滲漏連接點的時間內，用熱像儀幾乎可以讀取所有連接點的溫度。另外由于熱像儀堅實.輕巧，且不用時易于放在皮套中。所以當你在工廠巡視和日常檢驗工作時都可攜帶。 -精確! 熱像儀的另一個先進之處是精確，通常精度都是2度以內。這種性能在你做預防性維護時特別重要，如監視惡劣生產條件和將導致設備損壞或停機的特別事件時。因為大多數的設備和工廠運轉365天，停機等同于減少收入，要防止這樣的損失，通過掃描所有現場電子設備-斷路器、變壓器、保險絲、開關、總線和配電盤以查找熱點。用熱像儀，你甚至可快速探測操作溫度的微小變化，在其萌芽之時就可將問題解決，減少因設備故障造成的開支和維修的范圍。-安全! 安全是使用熱像儀最重要的益處。不同于接觸測溫儀，熱像儀能夠安全地讀取難以接近的或不可到達的目標溫度，你可以在儀器允許