很多時候，我們除了要了解物體表面的溫度以外，還需要了解物體的溫度分布情況，以便對物體的結(jié)構(gòu)進行分析研究，探測物體內(nèi)部缺陷。紅外線成像技術(shù)可以將物體的溫度分布用圖像的形式直觀地顯示出來。利用物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像，這就是熱成像儀的原理。熱成像儀生成的圖像通過不同的顏色來代表被測物體的不同溫度。下面根據(jù)不同成像器件對熱成像原理作簡要介紹。

紅外熱像儀是利用紅外探測器、光學(xué)成像物鏡和光機掃描系統(tǒng)（先進的焦平面技術(shù)則省去了光機掃描系統(tǒng)）接收被測目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元上，在光學(xué)系統(tǒng)和紅外探測器之間，有一個光機掃描機構(gòu)（焦平面熱像儀無此機構(gòu)）對被測物體的紅外熱像進行掃描，并聚焦在單元或分光探測器上，由探測器將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大處理、轉(zhuǎn)換或標(biāo)準(zhǔn)視頻信號通過電視屏或監(jiān)測器顯示紅外熱像圖。

圖1：熱像儀

一、熱成像儀的歷史

目前，紅外熱成像儀在軍民兩方面都有應(yīng)用，如紅外測溫儀、紅外熱像儀、紅外報警儀等等。熱成像儀最早起源于軍用，逐漸轉(zhuǎn)為民用，主要用于研發(fā)或工業(yè)檢測與設(shè)備維護中，在防火、夜視以及安防中也有廣泛應(yīng)用。那麼紅外技術(shù)的發(fā)展歷史大家是否了解呢？

紅外成像技術(shù)始于20世紀(jì)30年代，它利用處于高真空的堿金屬或半導(dǎo)體光陰極，將紅外輻射轉(zhuǎn)換為電子輻射，再通過熒光屏使電子圖像轉(zhuǎn)換為人眼能看到的光學(xué)圖像。但由于其靈敏度低，早期在使用紅外變像管觀察時，必須有紅外輻射裝置“主動”照射目標(biāo)。在第二次世界大戰(zhàn)末期，德國和美國在戰(zhàn)場上開始使用這種主動紅外夜視儀。由于它存在隱蔽性差，裝置笨重等缺點，又相繼發(fā)展了微光像增強技術(shù)和被動紅外熱成像技術(shù)。1964年，美國德克薩斯儀器公司為美軍提供了第一臺軍用紅外熱成像系統(tǒng)，之后，出現(xiàn)了多種軍用熱成像系統(tǒng)。

不可否認(rèn)，軍事應(yīng)用是紅外技術(shù)發(fā)展的主要動力，但目前國際上市場越來越轉(zhuǎn)向國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，從工業(yè)檢測、醫(yī)學(xué)診斷到衛(wèi)星遙感都在應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)。六十年代中期，瑞典AGEMA公司研制出第一套工業(yè)用的實時成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)由液氮制冷，110V電源電壓供電，重約35公斤，1988年推出的全功能測溫?zé)嵯駜x，將溫度的測量，修改、分析、圖像采集，存儲合于一體，重量小于7公斤，儀器的功能、精度和可行性都得到了顯著的提高。九十年代中期，美國一些公司首先將非制冷焦平面技術(shù)成功應(yīng)用于民用熱像儀開發(fā)，研制成功新一代的紅外測溫?zé)嵯駜x，技術(shù)性能更加先進，現(xiàn)場測溫時只需對準(zhǔn)目標(biāo)攝取圖像，并將上述信息存儲到機內(nèi)的PC卡上，即完成全部操作，各種參數(shù)的設(shè)定可回到室內(nèi)用軟件進行修改和分析數(shù)據(jù)，最后直接得出檢測報告，由于技術(shù)的進步，儀器重量已小于2公斤，使用中如同手持?jǐn)z像機一樣，可方便地進行操作。

國內(nèi)研究開發(fā)紅外技術(shù)的應(yīng)用，起始于五十年代后期，開始發(fā)展紅外技術(shù)主要是為國防事業(yè)服務(wù)，經(jīng)過幾十年的努力，在軍事應(yīng)用和高科技領(lǐng)域取得了令人矚目的成就，隨著改革開放形勢的深入發(fā)展，我國軍用方面的紅外技術(shù)開始向民用方面輻射，至目前，民用國產(chǎn)紅外熱像儀的研制，開發(fā)和生產(chǎn)，已處于不斷的完善和提高之中，特別是隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展和國外先進技術(shù)的引進，國產(chǎn)紅外熱像儀在儀器的技術(shù)功能，測溫精度及實用性、可行性等方面，都取得了較大的改進和提高，部分指標(biāo)已經(jīng)達到世界先進水平。

二、熱成像儀原理

現(xiàn)代熱像儀的工作原理是利用紅外探測器和光學(xué)成像物鏡來檢測和測量輻射，并在輻射與表面溫度之間建立相互聯(lián)系。所有高于絕對零度（-273℃）的物體都會發(fā)出紅外輻射。熱像儀利用紅外線光學(xué)系統(tǒng)收集物體散發(fā)出的紅外線輻射，經(jīng)紅外線探測器轉(zhuǎn)化為電信號，再經(jīng)過放大和信號處理，利用光敏元件形成可供人眼觀察的紅外熱圖像，這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應(yīng)。

圖2：熱像儀原理框圖

紅外熱像儀的構(gòu)成一般包括5大部分：

1、紅外鏡頭: 接收和匯聚被測物體發(fā)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(zhuǎn)變成可見光圖像；

5、軟件: 處理采集到的溫度數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成溫度讀數(shù)和圖像。

圖三：熱像儀工作示意圖

三、熱像儀的應(yīng)用

紅外熱像儀的應(yīng)用范圍隨著人們對其認(rèn)識的加深而愈來愈廣泛：用紅外熱像儀可以十分快捷的探測電氣設(shè)備不良接觸，以及過熱的機械部件，以免引起嚴(yán)重短路和火災(zāi)。對于所有可以直接看見的設(shè)備，紅外熱成像產(chǎn)品都能夠確定所有連接點的熱隱患。對于那些由于屏蔽而無法直接看到的部分，則可以根據(jù)其熱量傳導(dǎo)到外面的部件上的情況，來發(fā)現(xiàn)其熱隱患，這種情況對傳統(tǒng)的方法來說，除了解體檢查和清潔接頭外，是沒有其它的辦法。斷路器、導(dǎo)體、母線及其它部件的運行測試，紅外熱成像產(chǎn)品是無法取代的。然而紅外熱成像產(chǎn)品可以很容易地探測到回路過載或三相負載的不平衡。

在紅外熱像預(yù)知維護領(lǐng)域，采用紅外熱像儀對所有電氣設(shè)備、配電系統(tǒng)，包括高壓接觸器、熔斷器盤、主電源斷路器盤、接觸器、以及所有的配電線、電動機、變壓器等等，進行紅外熱成像檢查，以保證所有運行的電氣設(shè)備不存在潛伏性的熱隱患，有效防止火災(zāi)、停機等事故發(fā)生。下面是需要進行紅外熱成像產(chǎn)品檢查的部分設(shè)施：

1. 各種電氣裝置：可發(fā)現(xiàn)接頭松動或接觸不良，不平衡負荷，過載，過熱等隱患。這些隱患可能造成的潛在影響是產(chǎn)生電弧、短路、燒毀、起火。

2. 變壓器：可以發(fā)現(xiàn)的隱患有接頭松動，套管過熱，接觸不良（抽頭變換器），過載，三相負載不平衡，冷卻管堵塞不暢。其影響為產(chǎn)生電弧、短路、燒毀、起火。

3. 電動機、發(fā)電機：可以發(fā)現(xiàn)的隱患是軸承溫度過高，不平衡負載，繞組短路或開路，碳刷、滑環(huán)和集流環(huán)發(fā)熱，過載過熱，冷卻管路堵塞。其影響為有問題的軸承可以引起鐵芯或繞組線圈的損壞；有毛病的碳刷可以損壞滑環(huán)和集流環(huán)，進而損壞繞組線圈。還可能引起驅(qū)動目標(biāo)的損壞。

圖4：熱像儀的使用

4. 電氣設(shè)備維修檢查，屋頂查漏，節(jié)能檢測，環(huán)保檢查，安全防盜，森林防火，無損探傷，質(zhì)量控制，醫(yī)療檢查等等也很有效益。

在科研領(lǐng)域主要應(yīng)用包括： 汽車研究發(fā)展－射出成型、模溫控制、剎車盤、引擎活塞、電子電路設(shè)計、烤漆； 電機、電子業(yè)－印制電路板熱分布設(shè)計、產(chǎn)品可靠性測試、電子零組件溫度測試、筆記本電腦散熱測試、微小零組件測試；引擎燃燒試驗風(fēng)洞實驗；目標(biāo)特征分析； 覆合材料檢測； 建筑物隔熱、受潮檢測；熱傳導(dǎo)研究；動植物生態(tài)研究；模具鑄造溫度測量；金屬熔焊研究； 地表/海洋熱分布研究等。

紅外熱成像儀已廣泛應(yīng)用于安全防范系統(tǒng)中，并成為安全監(jiān)控系統(tǒng)中的明星。由于具有隱蔽探測功能，不需要可見光，可以使犯罪份子不知其工作地點和存在，進而產(chǎn)生錯誤判斷，導(dǎo)致犯罪行為被發(fā)現(xiàn)。在某些重要單位，例如：重要的行政中心、銀行金庫、機要室、檔案室、軍事要地、監(jiān)獄等，用紅外熱成像儀24小時監(jiān)控，并隨時對背景資料進行分析，一旦發(fā)現(xiàn)變化，可以及時發(fā)出警報，并可以通過智能設(shè)備的處理，對有關(guān)情況進行自動處理，并隨時將情況上報，取得進一步的處理意見。

四、如何挑選一款合適的熱像儀

紅外熱像儀在現(xiàn)代社會中的應(yīng)用非廣泛，可以幫助我們實現(xiàn)高精度的檢測服務(wù)以及監(jiān)視服務(wù)，提高了現(xiàn)代社會監(jiān)控水平。紅外熱成像儀是一種高科技產(chǎn)品，價格昂貴，不同的型號之間也有著很大的差別，用戶要能夠根據(jù)自己的需求選擇出性價比高的設(shè)備，幫助自己進行生產(chǎn)。使用者對紅外熱像儀的選擇可以根據(jù)具體的用途來分類，也就是根據(jù)其具體的應(yīng)用領(lǐng)域來進行挑選。

1、分辨率和像素

紅外熱像儀的分辨率和像素其實是一個指標(biāo)，這是決定設(shè)備價格的最主要因素。紅外熱像儀分辨率像素越高，設(shè)備的性能也就越強，價格理論上其價格也越高。

2、幀頻

幀頻是影響紅外熱像儀價格最為重要的因素，設(shè)備的幀頻越高，捕獲精度越高，價格也就越高。如果設(shè)備的幀頻高，代表設(shè)備的精度高，越能準(zhǔn)確顯示圖像。在實際使用中，建議紅外熱像儀的幀頻一般都要高于30HZ,這樣才能夠滿足基本的使用條件。

3、測溫范圍

紅外熱像儀的測溫范圍也會影響到設(shè)備的價格水平，不僅要求測溫范圍要大，但是一定要擁有可以選擇的區(qū)間，為用戶提供更多的現(xiàn)象。大多數(shù)情況我們都使用-20-120度的測溫范圍，這個測溫范圍就可以提供很高的靈敏度，幫助設(shè)備更好的進行測量。雖然價格貴點，但是在實際工作中，可以給我們提供更多的幫助和好處。

五、紅外熱像儀的使用方法

隨著紅外熱像儀的廣泛普及應(yīng)用，越來越多的人開始使用接觸紅外熱像儀。同時促使更多的人需要了解掌握正確的紅外熱像儀的使用方法與技巧。

1、僅僅要求生成清晰紅外熱圖像，還是同時要求精確測溫

這之間有什麼區(qū)別嗎？一條量化的溫度曲線可用來測量現(xiàn)場的溫度情況，也可以用來編輯顯著的溫升情況。清晰的紅外圖像同樣十分重要。但是如果在工作過程中，需要進行溫度測量，并要求對目標(biāo)溫度進行比較和趨勢分析，便需要記錄所有影響精確測溫的目標(biāo)和環(huán)境溫度情況，例如發(fā)射率，環(huán)境溫度，風(fēng)速及風(fēng)向，濕度，熱反射源等等。

2、了解最大的測量距離

當(dāng)您測量目標(biāo)溫度時，請務(wù)必了解能夠得到精確測溫讀數(shù)的最大測量距離。對于非制冷微熱量型焦平面探測器，要想準(zhǔn)確地分辨目標(biāo)，通過熱像儀光學(xué)系統(tǒng)的目標(biāo)圖像必須占到9個像素，或者更多。 如果儀器距離目標(biāo)過遠，目標(biāo)將會很小，測溫結(jié)果將無法正確反映目標(biāo)物體的真實溫度，因為紅外熱像儀此時測量的溫度平均了目標(biāo)物體以及周圍環(huán)境的溫度。為了得到最精確的測量讀數(shù)，請將目標(biāo)物體盡量充滿儀器的視場。顯示足夠的景物，才能夠分辨出目標(biāo)。與目標(biāo)的距離不要小于熱像儀光學(xué)系統(tǒng)的最小焦距，否則不能聚焦成清晰的圖像。

3、選擇正確的測溫范圍

是否了解現(xiàn)場被測目標(biāo)的測溫范圍？我們使用紅外熱像儀為了得到正確的溫度讀數(shù)，請務(wù)必設(shè)置正確的測溫范圍。當(dāng)觀察目標(biāo)時，對儀器的溫度跨度進行微調(diào)將得到最佳的圖像質(zhì)量。這也將同時會影響到溫度曲線的質(zhì)量和測溫精度。

4、調(diào)整焦距

大家在使用紅外熱像儀時，可以在紅外圖像存儲后對圖像曲線進行調(diào)整，但是無法在圖像存儲后改變焦距，也無法消除其他雜亂的熱反射。保證第一時間操作正確性將避免現(xiàn)場的操作失誤。仔細調(diào)整焦距！如果目標(biāo)上方或周圍背景的過熱或過冷的反射影響到目標(biāo)測量的精確性時，試著調(diào)整焦距或者測量方位，以減少或者消除反射影響。(FORD的意思是：Focus焦距，Range范圍，Distance距離)

5、工作背景單一

例如，天氣寒冷的時候，在戶外進行檢測工作時，將會發(fā)現(xiàn)大多數(shù)目標(biāo)都是接近于環(huán)境溫度的。當(dāng)在戶外工作時，請務(wù)必考慮太陽反射和吸收對圖像和測溫的影響。因此，有些較老的紅外熱像儀只能在晚上進行測量工作，以避免太陽反射帶來的影響。

6、保證測量過程中儀器平穩(wěn)

在使用紅外線熱像儀拍攝過程中，由于儀器移動可能會引起圖像模糊。為了達到最好的效果，在凍結(jié)和記錄圖像的時候，應(yīng)盡可能保證儀器平穩(wěn)。當(dāng)按下存儲按鈕時，應(yīng)盡量保證輕緩和平滑。即使輕微的儀器晃動，也可能會導(dǎo)致圖像不清晰。推薦將儀器放置在物體表面，或使用三腳架等方式盡量保持穩(wěn)定。