熱像儀

紅外熱像科技在軍民兩方面都有套用，最開始起源於軍用，逐漸轉為民用。在民用中一般叫熱像儀，主要用於研發或工業檢測與設備維護中，在防火、夜視以及安防中也有廣泛套用。

熱像儀是利用紅外探測器和光學成像物鏡接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應。通俗地講熱像儀就是將物體發出的不可見紅外能量轉變為可見的熱圖像。熱圖像的上面的不同顏色代表被測物體的不同溫度。

基本介紹

• 中文名：紅外熱像儀
• 外文名：Infrared Thermal Camera
• 主要指標：測溫範圍、空間解析度、測溫精度
• 操作方式：手持式、攜帶型、線上型
• 接收輻射方式：主動接收、被動接收

發展歷程

“紅外線”一詞源於“infrared”，是超出紅色之外的意思，表示該波長在電磁輻射頻譜中所處的位置。“thermography”一詞是採用同根詞生成的，意思是“溫度圖像”。熱成像的起源歸功於德國天文學家 Sir William Herschel，他在 1800 年使用太陽光做了一些實驗。Herschel 讓太陽光穿過一個稜鏡並在各種顏色處放置溫度計，利用靈敏的水銀溫度計測量每種顏色的溫度，結果發現了紅外輻射。Herschel 發現，當越過紅色光線進入他稱為“暗紅熱”區域時，溫度便會升高。

直至二十世紀六十年代，熱像技術才被用於非軍事套用領域，開始出現民用的第一代熱像儀——作為精密的儀器逐漸被各行業所套用。1988年AGEMA公司研製出攜帶型電池驅動型ThermoVision 400系列,使狀態監測市場發生革命性變化。雖然早期的熱像系統很笨重、數據採集速度緩慢而且解析度不佳，但它們還是被用於工業套用領域，例如檢查大型輸配電系統。20世紀90年代末AGEMA公司將首台非製冷熱像儀投入市場，隨後美國FLUKE也逐步進入，從此熱像儀開始進入快速發展時期。由於第一代熱像儀的出現解決了電力上接頭帶電溫度檢測的問題。具有便攜、非接觸等優點，而且可以直觀看到溫度分布。很快就被廣泛套用於電力、設備維護等巡檢和電路研發、材料研發等科研方面。

21世紀初期，隨著熱像科技的發展，一些熱像儀廠商推出了適合長期線上監測和組網監控的第二代熱像儀——熱像技術開始往感測器方向發展。第二代熱像儀可以對重點設備與高危區域的24小時實時監測。可以與其他設備進行聯動，組成監控系統實現大規模組網。隨後更是開始被運用於變電站監控、防火、安防以及輔助駕駛等方面。

2010年後，市場上出現了第三代熱像儀——熱像技術開始與移動網際網路結合。熱像儀與手機結合，利用了手機的便捷操控性、快速增長的處理能力和移動聯網功能，使熱像儀的操作更簡單、功能更強大。而且手機熱像儀方便快速的雲存儲和數據分享，使熱像儀從孤立的儀器和感測器，發展成為大數據的熱像採集終端，大幅擴充了熱像的套用空間。

隨著熱像科技的普及，民用熱像儀也逐漸從工業、醫用進入到消費領域。如何讓熱像儀更加普及套用於大眾成為熱像領域創新公司需要關注和解決的問題。2017年在美國CES上發布的雲熱像是第四代熱像儀的代表——熱像技術開始了智慧型化和網際網路化深度融合發展之路。雲熱像是一種基於網際網路服務的智慧型熱像監控攝像頭。用戶只需要給雲熱像供電和連上網線或者4G上網卡，就可以在手機上觀看實時熱像視頻和接收報警信息。用戶無需複雜的網路設定或者熱像專業知識，智慧型化的雲熱像會自動識別火災風險和安防入侵風險。第四代熱像儀的發展，將熱像技術帶入大眾化的市場，開啟了熱像的新時代。

工作原理

通俗地講熱像儀就是將物體發出的不可見紅外能量轉變為可見的熱圖像。熱圖像的上面的不同顏色代表被測物體的不同溫度。通過查看熱圖像，可以觀察到被測目標的整體溫度分布狀況，研究目標的發熱情況，從而進行下一步工作的判斷。 現代熱像儀的工作原理是使用光電設備來檢測和測量輻射，並在輻射與表面溫度之間建立相互聯繫。所有高於絕對零度（-273℃）的物體都會發出紅外輻射。熱像儀利用紅外探測器和光學成像物鏡接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應。

紅外熱像儀的光路圖

熱像優勢

不需要接觸待測目標

使用戶遠離危險

不會侵擾或者影響目標

快速生成熱分布圖像

可以比較物體不同區域的溫度

利用圖像可以觀察整體目標

使熱分布可視化並能進行後期分析

實時回響

高速移動物體捕獲

高頻溫度變化的圖像捕捉

設備構成

紅外熱像儀的構成包5大部分：

1、紅外鏡頭: 接收和匯聚被測物體發射的紅外輻射；

2、紅外探測器組件: 將熱輻射信號變成電信號；

3、電子組件: 對電信號進行處理；

4、顯示組件: 將電信號轉變成可見光圖像；

5、軟體: 處理採集到的溫度數據，轉換成溫度讀數和圖像。

套用範圍

紅外熱像儀的套用範圍極其廣泛，並且隨著紅外技術的不斷發展及普及，新的套用被不斷開發。主要有一下幾個套用大類。

PCB板發熱、散熱檢測；晶片發熱、散熱測試；晶片內部溫度測試；元器件極限測試等電子電路研發或檢測。

手機、空調、伺服器、冰櫃等產品研發與質量檢測。

複合材料、散熱材料、隔熱材料、材料應力測試等材料研究。

太陽能電池板、新能源電池、充電樁等新能源研究與檢測。

制動系統、液壓系統、牽引系統、傳動系統、加熱系統、精密加工等機械動力研究。

滲漏、空鼓、縫隙、地暖等建築檢測。

吹塑、釀酒、腔內潰瘍治療探針等生產質量控制。

後擋風玻璃加熱絲、輪胎、加熱桌椅、發動機、剎車片、LED大燈等汽車研發與檢修。

腫瘤靶向治療、乳腺癌檢測、燒傷等醫療研究。

奶牛炎症檢測、孵化檢測、植物的抗旱和抗寒研究等現代農業。

變壓器、隔離開關、斷路器、電容器、整流器、穿牆套管等電路監測。

配電櫃、電機、伺服器等設備檢測。

蒸餾塔、儲罐、反應器、換熱器等重點設備檢測。

煤倉、油庫、化學品倉庫、危險品倉庫、麵粉倉庫、生物質倉庫等倉庫防火。

發酵池、造紙廠、煉油廠等廠房防火。

隧道、公路橋樑、森林防火等大空間防火。

港口、銀行、廠房、監獄、機場等安防監控。

選型建議

包括電子、電路、晶片、材料、機械、醫療等科研類客戶建議選擇第三代熱像儀，如三合一熱像儀。因為操作簡單、且具有全輻射視頻流功能，搭配PC軟體的溫度/時間趨勢分析，可以監測溫度的動態變化、甚至可以長期檢測老化過程。如需要看晶片等微小物體可以選擇搭配微距鏡頭。

配電櫃、管道等設備維護或建築檢測用戶如簡單查看檢測可以使用第一代熱像儀。如果需要做專業的預防性維護，建議使用第三代熱像儀，選擇帶有二維碼掃描命名熱像圖功能、可以長時間外接電源使用並具有線上功能或視頻錄製可以監測設備工況、PC軟體具有溫度/時間趨勢分析功能。如集團客戶等需要多台多地使用，並且希望提升管理能力的，首選第三代熱像儀，利用其雲存儲功能，便於集團設備檢測數據的管理與挖掘。

變電設備、重點設備監控或產線產品質量監控可考慮第二代熱像儀或第四代熱像儀，具有網路傳輸可組網的特點，建議使用帶有斷網自動重連功能的產品，如需要連線雲台請選擇帶有PELCO-D協定的產品。另外建議使用帶有報警、預置位、自動巡航和趨勢分析等功能的PC軟體。

如煤場、油庫、廠房、森林等防火套用的用戶可使用第二代熱像儀或第四代熱像儀，但是要選擇帶有前端數據處理、前端報警等功能的產品，因為防火需要系統架構溫度，後端電腦報警的如網路問題或伺服器故障會導致整個系統癱瘓。建議在前面的基礎上選擇軟體帶有首火警點功能的產品便於後期分析火災起因與蔓延。如還需要遠程監控查看的可以選還帶有斷線重連、PELCO-D協定、ONVIF協定的產品。第四代熱像儀的使用成本會降低很多，便於快速部署。

如果用於港口、機場等安防使用建議使用第二代熱像儀或第四代熱像儀，但是也需要具有斷線重連、PELCO-D協定和ONVIF協定等功能，便於使用和維護。第四代熱像儀套用熱像科技在未來的趨勢。

技術指標

1、熱靈敏度/NETD

熱像儀能分辨細小溫差的能力，它一定程度上影響成像的細膩程度。靈敏度越高，成像效果越好，越能分辨故障點的具體位置。

2、紅外解析度

紅外解析度指的是熱像儀的探測器像素，與可見光類似，像素越高畫面越清晰越細膩，像素越高同時獲取的溫度數據越多。

3、視場角/FOV

探測器上成像的水平角度和垂直角度。角度越大看到的越廣，如廣角鏡。角度越小看到的越小，如長焦鏡。所以根據不同的場合選擇合適的鏡頭也是相當重要的。

4、空間解析度/IFOV

IFOV是指能在單個像素上所能成像的角度，因為角度太小所以用毫弧度mrad表示。IFOV受到探測器和鏡頭的影響可以發現鏡頭不變，像素越高，IFOV越小。反之像素不變，視場角越小，IFOV越小。同時，IFOV越小，成像效果越清晰。

5、測溫範圍

設備可以測量的最低溫度到最高溫度的範圍，範圍內可具有多個溫度量程，需要手動設定。如FOTRIC 226測溫範圍是-20℃~650℃，溫度量程分為-20 ℃~+150 ℃ 、 0 ℃~350 ℃和200 ℃~650 ℃。儘可能選擇能符合要求的小量程進行測試，如果測試60℃的目標，選擇-20~150℃的量程會比選擇0~350℃的量程，熱像圖更加清晰。

6、全輻射熱像視頻流

保存每幀每個像素點溫度數據的視頻流，全輻射視頻可以進行後期溫度變化分析，也可以對每一幀圖片進行任意溫度分析。