红外热成像测温技术及其应用

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安全预测
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安全预测就是早期发现设备的异常情况，并相应地 采取适当的补救措施，以保证设备安全，减少损失。 对于大型设备，利用红外热像仪在设备运行时对其 早期的温度异常变化进行在线监测，判断设备运行 状况具有重要意义。典型的应用情况有：对工业炉 窑和高温管道耐火材料侵蚀和剥落情况的监测，预 防烧穿事故的发生；对锅炉及加热炉炉壁和保温容 器壁的监测，寻找热能泄露点，实现节能；在带电 的情况下，对各种电气设备线路的监测，预防停电 和火灾等恶性事故的发生；等等。
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系统基本组成
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红外热像仪是一种红外波段的摄像机，它利用实 时的扫描热成像技术进行温度分析，其系统组成包 括红外望远镜、光学扫描仪、红外探测器与制冷器 组件、信号放大器与处理电路、显示器等。下图为 其系统基本组成示意图
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优点（1)
非制冷红外焦平面热成像测温系统
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测辐射热计的工作原理是被热绝缘的金属薄膜(典 型的是入膜)或半异体薄膜(典型的是氧化钒VOZ或 非晶硅a一Si薄膜或多晶硅)在吸收红外辐射时会引 起其电阻值的变化实现光电变换。此类探测器可全 部采用Si集成电路工艺制作，与51信号处理电路 之间可形成单片式结构，不需要低温制冷装置，不 需要特殊材料，不需要斩波，制作工艺也成熟。以 它为核心制成的红外热成像系统成像清晰度高、重 量轻、功耗低、易便携，适于野外工作场所。
质量监测
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在很多产品的质量监控方面，需要严格控制温度的 均匀性，可利用红外热像仪检测其温度场分布，例 如，轧钢厂的板坯温度分布情况、纸浆干燥监测、 沥青路面的铺设、水泥旋转窑监测、玻璃制造过程 温控，以及复合材料、建筑材料、集成电路板设计 等工业过程中均需要进行过程温度调查与监测
“制冷”这一要求—— 导致了常规的热成像测温系统成本太高， 应用比较受限！
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工作波长的选择
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在选用红外热成像仪或热辐射仪的时候，应注意 生产厂家所提供的工作波段。
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红外热成像测温的应用
应用
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红外热成像测温技术具有很多优点!因此在—— 医疗卫生、 航空航天、 无损探伤、 安全检查等领域 ——得到了广泛的应用。
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非制冷红外焦平面热成像测温系统
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本系统结合红外测温技术和非致冷焦平面热成像技 术原理，开发并完成了一套非致冷红外焦平面热成 像测温系统。 系统建立了非致冷红外焦平面热成像系统测温计算 的数学模型;对计算中可能产生的各种误差进行了 分析和计算;对系统成像的非均匀性进行了分析和 校正;提出了精确测量发射率的新算法;结合热成像 的原理对红外热图像的特征进行了分析，对红外热 像进行了新型直方图均衡和伪彩色增强等处理。 在降低了成本的同时，保证了精度。
测温系统结构图
系统测温界面图
红外热成像伪彩色测温系统
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由于人眼对灰度微弱递变的敏感程度远远小于对色 彩变化的敏感程度。在256个灰度级中能分辨出 40个左右级灰度，而能分辨出的彩色达几自种甚 至上千种。伪彩色增强技术作为一大类基本的图像 增强处理技术，是将灰度图像转变为伪彩色图像， 也可以是原来自然彩色的图像变换成给定彩色分布 的图像，如不同谱能遥感图像。
2 背景的影响 3 大气的影响
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热成像测量物体表面温度
测温影响因素
⑴被测物体发射率 发射率又称为黑度， 发射率又称为黑度，反映物体向外发射辐射的能 物体表面发射率是不相同，且随温度和波长变化。 力．物体表面发射率是不相同，且随温度和波长变化。
热成像测量物体表面温度
⑵背景
被测物体的辐射能 背景投向物体表面被物体 物体表面反射的辐射能 背景投向物体表面并透过物 体物体表面的辐射能 响应平面
红外热成像测温技术及其应用
2011.5.16
提 纲 OUTLINE
基本原理
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先给出黑体的红外辐射规律。黑体, 简单讲就是对一切波 长的入射辐射吸收率都等于1的物体, 也就是说全吸收。显 然, 因为自然界中实际存在的任何物体对不同波长的入射 辐射都有一定的反射(吸收率不等于1) , 所以, 黑体只是人 们抽象出来的一种理想化的物体模型。但黑体热辐射的基 本规律是红外研究及应用的基础, 它揭示了黑体发射的红 外热辐射随温度及波长变化的定量关系。其中最重要的是 下面3个基本定律。 (1) 普朗克辐射定律 (2) 斯蒂芬- 玻耳兹曼定律 (3) 朗伯余弦定律
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非制冷红外焦平面热成像测温系统
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热释电探测器的工作原理是由具有良好热释电特性 的铁电材料，如错酸铅(PZT)陶瓷、PbTIO，陶瓷、 PbTIO:，薄膜和LITao，晶体制成的热探测器与 51多路传输器互连而成。其中，LITaO，特性格 外好，它不仅有大的热释电系数(p二 2.3x1osC/cm)，还有小的介电常数(￡，=54)和 高的居里温度(兀二618’’C)。以它为核心制成的红 外热像系统灵敏度较高，且适合于红外成像。
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非制冷红外焦平面热成像测温系统
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非致冷红外焦平面技术属于热电探测器类热成像技 术。 其焦平面阵列由热探测器，如测辐射热计、热释电 探测器、热电堆ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，与硅多路传输器，如CCD、 MOSf:EF、C协05读出电路等，通常用锢柱互连 而成。
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优点（2）
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热成像测量物体表面温度
优点
非接触测量
不需要达到与目标物体的热平 衡，只要接受辐射就可以
不影响目标的温度分布
响应快
测温范围宽
普通型T 普通型T系列 20℃—300℃ -20℃ 300℃
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非制冷红外焦平面热成像测温系统
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在红外热成像技术研究领域中，红外探测器是核心， 探测器的技术水平决定了热成像技术的技术水平。 基于光电效应的光子探测器和基于热电效应的热电 探测器一直是红外热成像技术的两大支柱。为获得 高性能必须在低温(典型的是液氮温度77K)下工作。 正是由于需要制冷以及成本等原因，使光电探测器 类热成像技术在民用领域仍难形成很大的市场。而 热电探测器类热成像技术由于灵敏度和响应速度方 面的限制，只有采用热电摄像管的热成像系统(即 热电视)获得一些应用，而且一般用于要求较低的 民用领域。
目的： 目的：消除背景噪声和提高探测器的灵敏度 几种常用的微型制冷器： 几种常用的微型制冷器： ⑴杜瓦瓶式制冷器 ⑵气体节流式制冷器 ⑶半导体制冷器
热成像测量物体表面温度
应用
⑴在电力行业中的应用
热成像测量物体表面温度
应用
⑵在微电子行业中的应用
热成像测量物体表面温度
应用
⑶ 机械故障诊断
热成像测量物体表面温度
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The End
Thanks For Your Attention
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科学实验研究
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在科学实验研究方面，红外热像仪亦可显示其在测 试物体温度场方面的优势。例如， *利用红外热像仪测量火焰温度， *利用其精确测试物体的发射率。 在许多科学实验研究方面都取得了较好的效果。
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热成像测量物体表面温度
探测器的制冷装置
探 测 器
⑶大气
某些成分吸 收红外辐射 被测物体辐射的能量
大气 红外热成像仪
热成像系统的温度标定
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黑体炉原理图
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最大探测距离
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制冷装置
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医疗卫生
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因为当人体局部或全身发生病变，血液循环障碍以 及代谢功能发生变化时，将导致相应部位温度平衡 的破坏，所以体温变化是人体病理诊断的重要指标 之一。因此可利用红外热像仪检查人体温度分布的 异常情况，为某些疾病特别是恶性肿瘤提供诊断的 依据。
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红外热成像在线测温系统
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红外热成像在线测温来统 将物体表面的热辐射显示 成二维的可视图象, 它是 成二维的可视图象, 热成像技术、 热成像技术、红外标定技 图象处理技术、 术、图象处理技术、多去 翱本技犬和图象压缩与恢 复技术等多项高技术的集 成。它采用近红外固体电 荷栩合器件设计而成, 荷栩合器件设计而成, 不 需制冷、成本低、 需制冷、成本低、可靠性 好。
热成像测量物体表面温度
灵敏度高
目前最灵敏的热成像系统 能测出0.01℃ 0.01℃的温度变化 能测出0.01℃的温度变化
空间分辨率高
例如：点热成像系统1s内 例如：点热成像系统1s内 1s 可测出20万个点。 20万个点 可测出20万个点。
影响因素
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1 被测物体发射率的影响
应用
⑷野生动物
热成像测量物体表面温度
应用
⑸夜视监视
热成像测量物体表面温度
应用
⑹在军事上的应用
红外热成像人体快速测温系统
红外热成像人体快速测温系统，因其具有的非接触、 响应速度快、操作简便等特点，被相关单位作为机场、 港口、车站等公共场所排查监测“非典”等症状患者 和疑似病人的重要工具。在一些不便于使用传统接触 式测温方法的场合，红外辐射式测温仪就显得尤为重 要了。红外热成像人体快速测温系统是集先进的光电 子技术、热成像技术、图像处理技术和控制技术于一 体的高科技产品。整个系统包括红外监控系统（体温 探测头、光学镜头、红外分析软件等）、人梯体温监 测岗和监控指挥中心。
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非制冷红外焦平面热成像测温系统
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但90年代以后，非致冷红外焦平面技术的突破和 实用化，使其与致冷红外热像技术相比所具有的低 成本，低功耗，长寿命，小型化和可靠性等优势得 到很好发挥，成为当前红外热成像技术中最引人注 目的突破之一，在军用和民用领域的应用前景将 “使传感器领域发生变革”。