红外检测技术PPT课件

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1 红外无损检测基础
(3) 噪声等效功率。红外探测器的输出电压较低，外界 噪声对它的影响很大，因此要用噪声等效功率参数来衡量红外 探测器的性能。噪声等效功率是输出信噪比为1时所对应的红 外入射功率值， 也即红外探测到的最小辐射功率， 该值越小， 探测器越灵敏。
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（4外辐射的时间，称为 探测器的响应时间。它反映红外探测器的输出信号随红外辐射 变化的速率。
延迟扫描记录和观察工件表面的温度分布，适用于静态件检测；
后者是利用工件自身的温度不同于周围环境的温度，在两者的
热交换过程中显示工件内部的缺陷，适用于运行中设备的质量
控制。
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1．
红外测温仪是用来测量设备、结构、工件等表面某一局部 区域的平均温度的。通过特殊的光学系统，可以将目标区域限 制在1 mm以内甚至更小，因此有时也将其称为红外点温仪。 它主要是通过测定目标在某一波段内所辐射的红外辐射能量的 总和， 来确定目标的表面温度。其响应时间可小于1 s， 测 温范围可达0～3000℃。
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2） 和所有电磁波一样，红外辐射是以波的形式在空间直线传 播的。它在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度， 即
C f
式中： 为红外辐射的波长；f 为红外辐射的频率；C为光
在真空中的传播速度。
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红外辐射在大气中传播时，由于大气中的气体分子、水蒸 气以及固体微粒、尘埃等物质的散射、吸收作用，使辐射在传 输过程中逐渐衰减。通过红外辐射通过1海里长度大气的透过 率曲线，可以看出它在通过大气层时由于大气有选择的吸收使 其被分割成三个波段，即2～2.5 μm、 3～5 μm和8～14 μm， 统称为“大气窗口”。 这三个大气窗口对红外技术应 用特别重要， 因此一般红外仪器都工作在这三个窗口之内。
处理， 扩大了其功能和应用范围。另外，红外辐射不受可见光
的影响，可昼夜进行测量。大气对某些特定波长范围内的红外
线吸收甚少， 适用于遥感和遥测。
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1． 1） 红外辐射是位于可见光中红光以外的光线，故又称红外线， 它 是 一 种 人 眼 看 不 见 的 光 线 。 其 波 长 范 围 大 致 在 0.75 ～ 1000 μm 的 频 谱 范 围 之 内 ， 相 对 应 的 频 率 大 致 在 4×1014 ～ 3×1011 Hz之间。任何物体，只要其温度高于绝对零度就有红外线向 周围空间辐射。
下图为红外测温仪的结构原理图。它由光学系统、调制器、 红外探测器、放大器、显示器等部分组成。红外测温仪的主要 技术参数有温度范围、工作波段、响应时间、目标尺寸、 距离 系数和辐射率范围等。
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2 红外无损检测仪器
红外测温仪的结构原理图
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2．
红外检测的主要设备是红外热像仪。
红外辐射符合几何光学的一些定律，利用红外辐射进行物 体成像不需要外加光源。红外成像时需要特殊的光学系统——红 外光学系统。红外测温仪所显示的是被测物体的某一局部的平 均温度；红外热像仪则显示的是一幅热图， 是物体红外辐射 能量密度的二维分布图。
热电型红外探测器是利用热电元件、热敏电阻或热电偶等 元件的热效应进行工作的。它们一般灵敏度低、响应慢，但有 较宽的红外波长响应范围，且价廉，常用于温度的测量及自动 控制。
光电型红外探测器可直接把红外光能转换成电能，灵敏度
高、响应快，但其红外波长响应范围窄，有的还需在低温条件
下才能使用。光电型红外探测器广泛应用在遥测、遥感、成像、
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3．
将热量注入工件表面，其扩散进入工件内部的速度及分布
情况由工件内部性质决定。 另外， 材料、 装备及工程结构
件等在运行中的热状态是反映其运行状态的一个重要方面。
热状态的变化和异常，往往是确定被测对象的实际工作状态和
判断其可靠性的重要依据。红外检测按其检测方式分为主动式
和被动式两类。 前者是在人工加热工件的同时或加热后经过
损检测中非常突出。现代红外探测器对红外辐射的探测灵敏度
很高，目前的红外无损检测设备可以检测出0.1℃的温度差，
因此能检测出设备或结构件等热状态的细微变化。由于红外探
测器的响应速度高达纳秒级，所以可迅速采集、处理和显示被
检对象的红外辐射，提高检测效率。一些新型的红外无损检测
仪器还可与计算机相连或自身带有微处理器，实现数字化图像
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红外辐射通过1海里长度大气的透过率曲线
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2． 红外探测器是能将红外辐射能转换成电能的光敏元件， 用来监测物体辐射的红外线。它是红外检测系统中最重要的 器件之一。 这里简单介绍它的分类和性能参数。
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1）
红外探测器分热电型和光电型两类。这两类探测器不仅在 性能上有差异，而且在工作原理上也不相同。
(2) 响应波长范围（光谱响应）。它表示探测器的电压 响应率与入射波波长之间的关系，一般用光谱响应曲线来表示。 对任何波长的红外辐射响应率都相等的红外探测器，称为无选 择性探测器。如果红外探测器对不同波长的红外辐射响应率不 相等，则称为选择性探测器。热电型探测器一般可认为是无选 择性探测器， 而光电型探测器为有选择性探测器。一般将响 应率最大的值所对应的波长称为峰值波长，而把响应率下降到 响应值的一半所对应的波长称为截止波长。响应波长范围也表 示红外探测器使用的波长范围。
测温等方面。
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2） 不同的红外探测器不但工作原理不同，而且其探测的波长 范围、灵敏度和其他主要性能都不同。下面的几个参数常用来 衡量各种红外探测器的主要性能。 (1） 响应率。响应率表示红外探测器把红外辐射转换为 电信号的能力。它等于输出信号电压与输入红外辐射能之比。
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红外检测技术
机电工程学院测控系 魏 莉 Weili@
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红外无损检测技术的特点决定了它的适用范围。
红外无损检测的优点为操作安全、灵敏度高、检测效率高。
由于进行红外无损检测时不需要与被检对象直接接触，所以操
作十分安全。这个优点在带电设备、转动设备及高空设备的无