浅谈红外热成像检测原理分析及技术运用

浅谈红外热成像检测原理分析及技术运用

徐奔

汉口学院机电工程学院湖北省武汉市430212

摘要：不管是什么物体，一旦他本身的温度高于一个客观值即绝对零度，那么他就可以对外扩散辐射，本文主要讨论红外线同样也是能够向外扩散和辐射，只要物体能够满足这个条件便可以将热量以一种红线的形式向外辐射。这种红色光线有一个非常大的优势便是它可以通过设备进行接收转化，从而在各个领域发挥其价值。红外热成像近年来被各个领域逐步使用，不管是工业、建筑领域还是医学领域都逐渐展露头角。

关键词：红外热；成像检测；原理探究

红外热成像在其特别被人们充分挖掘之后便以其低成本高效率高成果的优势大量的被开发商使用，随着它的成像技术越来越成熟、使用效果越来越明显，逐渐取代不同领域的较高成本设备。之所以红外热成像的效果不是其他设备或物理元素能够与之匹敌的，关键在红外热能直观迅速的捕捉监测对象表面大范围的温度场，而这些温度场体现了设备的运行状况和内部特征，通过这些特征的变化我们可方便、迅速的检测设备的故障和缺陷。

1、红外热像仪测温技术原理

在大自然，我们可以用来当作红外辐射源的物体需要具备同一个条件，即它自身的温度必须高于绝对温度。红外线的辐射特征是红外热向产生和形成的垫脚石，倘若没有这一个垫脚石，那么后续的仪器设备和产品投入都不能顺利进行。只有红外线辐射的能量被红外探测器发现吸收才能够将其转化为电信号。我们把电信号在红外热成像仪上以图形的方式显现出来，以此来对应被扫描物体表面的温度分布情况，然后确定温度的空间分布，运用电子系统进行处理，便可得到与物体表面热分布相应的热像图。

2、红外热成像的特点

2.1抗干扰能力强

红外热成像技术具有抗干扰能力强的比较显著的特点，这是由于它利用的是热红外线。在检测与跟踪这方面，因为这个特点红外热成像技术表现得格外突出，利用它可以远距离的跟踪和检测目标而不会跟丢，而且它还可以同时精确跟踪多个目标，大大减少工作人员的精力与时间，从而增加工作效率。红外热成像技术还可运用在导弹追踪方面，由于它不受电磁干扰，极大增加了敌军拦截导弹的难度，使导弹命中率翻倍增加。

2.2隐蔽性好

自然界中我们能感觉到的物质很少，还有绝大部分的成分是我们器官感受不到的，颜色亦如此。在我们能看到的光波之外，还存在紫外线和红外线。在不借助专业工具的情况下，我们根本就不能感知到红外线。根据这一特性，红外热成像技术具有很好的隐蔽性。在安防和军用领域，由于红外热成像技术的优良隐蔽性，极大地促进的该技术的应用。

2.3无需辅助光源

目前市场上出售的监控设备，大部分都会受到自然恶劣天气环境的影响，从而干扰监控手段，削弱监控力度。这些设备在恶劣天气下就得需要辅助光源才能进行监控。然而红外热成像技术却不受影响，因为自然界所有物体都会辐射或多或少的红外能量，基于红外检测的波长范围，利用大气窗口可以实施24小时的全天候监控，极大提高监控范围和力度。

3、红外热成像技术推广与应用

红外热成像检测技术具有快速、直观、连续、探测面积广、无接触、无损性等特点。因为这些优良特性，所以在生活领域红外热成像检测技术应用范围较广，如某些需要密封空间的防漏检测，设备器件的维护与检修，某些重要区域的安防与监控，高危工作空间的预防与监控等方面。红外热成像检测技术的应用，使得这些方面的工作进展发生着巨大革新与变化，这直接关系着人类的生活与福利。

3.1电气设备的维护与检测

检测电气设备。由于在现实生活中基本上没有零电阻的电路，电流通过电气线路必然会产生或多或少的热量，这些热能会直接影响电线或电路温度。在电路中，由于导体的材质、开关接触面或导体之间接触面积大小、接触处的温度、湿度等都会必然使得整个电路电阻的不均衡。通过焦耳定律我们都知道，在电流相等的情况下，电阻越大，所产生的热越大，这会直接影响红外辐射强度，而通过红外热成像检测，我们可以及时检测到电路故障区域，从而预防事故发生减少财产损失。

3.2机械设备检测

机械零件（如齿轮、皮带、链条等）在运转时，由于或多或少的摩擦会产生热。如果机械组件之间润滑不良、轴心偏移或材质和尺寸不相匹配，都会造成过大的摩擦，一方面会降低传动效率，另一方面会严重损害组件并致使机械故障。根据摩擦作工产生的热量致使机械红外热辐射的变化，我们通过红外热成像检测技术可以很容易找出机械故障部位。

3.3建筑物的红外检测与诊断

随着红外热成像检测技术的广泛应用，也引起了建筑领域的技术变革，虽起步晚，但也发展较快，目前主要的应用包括以下两个方面：

（1）建筑物外墙饰面粘贴质量检测。

建筑物外墙在初步竣工之后过一段时间需要进行墙面检测，建筑物外墙静置的过程中会遇到各种天气状况的，如果墙体经常受到雨水的冲刷或者严寒酷暑会使得原本完整的墙体黏结饰面层与主体结构发生脱离。如果这部分空缺没有检查出来很有可以连带其他部分面层的脱落从而导致结饰面层与机体产生脱粘。

（2）建筑物渗漏的检测。

房屋漏水是居民生活中的常见烦扰，房屋的老化或修建居所时工人的工作技术缺陷都容易引起房屋各种安全隐患。由于漏水裂缝隐蔽，且往往深入建筑内部，寻常检测技术或依据自身经验来推断这些漏水问题一般难度较大，而且也难以从根本上解决问题，经常只能“治标不治本”。红外检测技术能深入建筑内部，全面探测渗水部位及裂缝大小细节，从而能从根本上寻求解决之道。

3.4安防

安防设备利用红外热成像技术能够大幅度提升性能，给治安和侦查机关办案省了不少力气。由于红外线在黑夜也具有穿透性，可以实现在夜间进行全方位监控。同时又可以利用红外线对物体表面温度的敏感性制作火灾报警器，用来防火报警。现有例子即为在无人机上放置红外热成像设备，对森林进行高空巡逻，根据显示装置灰度对比可轻易找出普通监视设备及肉眼所不能发现的隐火，从而高效的找出并预防森林火灾。红外热成像技术也可应用于线路的故障排查，火灾时人员搜救及废墟人员位置的确定。

4、红外热成像检测技术的未来发展初探

红外热成像检测有着许多其他检测技术不能匹敌的优点，如应用范围广，受自然环境因素的影响小，更灵敏，不用接触，无损检测等。但其也有令人遗憾的缺陷，自然界几乎所有的物体都在无时无刻的辐射红外，因此如何从目标物体所在的环境中准确检测到目标，这也是一个有待突破的瓶颈。而且现有的红外热成像检测设备也有许多尚待改进的方方面面，尤其是在探测器部分，当然最主要还是其理论基础的进步，如果有更有效的感知自然信息的技术原理，兴许红外热成像检测技术都要退居其后了，总之这些都需要我们后来者来继承并进步。

参考文献：

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[4]李红云.基于红外热成像仪的温度测量技术及其应用研究.哈尔滨工业大学，2010：34~59.

[5]邵进，胡武炎，贾风鸣等.红外热成像技术在电力设备状态检修中的应用.高压电气，2014，（01）：126~129.