红外测温仪工作原理附应用

红外测温仪工作原理及应用

1.概述

红外测温技术在生产过程中,在产品质量控制和监测,设备在线故障

诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥了着重要作用.近20年来,

非接触红外测温仪在技术上得到迅速发展,性能不断完善,功能不断

增强,品种不断增多,适用范围也不断扩大,市场占有率逐年增长.比

起接触式测温方法,红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及

使用寿命长等优点.非接触红外测温仪包括便携式、在线式和扫描式

三大系列,并备有各种选件和计算机软件,每一系列中又有各种型号

及规格.在不同规格地各种型号测温仪中,正确选择红外测温仪型号

对用户来说是十分重要地.

红外检测技术是“九五”国家科技成果重点推广项目,红外检测是一

种在线监测(不停电)式高科技检测技术,它集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术于一身,通过接收物体发出地红外线(红外辐射),将其热像显示在荧光屏上,从而准确判断物体表面地温度分布情况,具有准确、实时、快速等优点.任何物体由于其自身分子地运动,不停地向外辐射红外热能,从而在物体表面形成一定地温度场,俗称“热像”.红外诊断技术正是通过吸收这种红外辐射能量,测出设备表面地温度及温度场地分布,从而判断设备发热情况.目前应用红外诊技术地测试设备比较多,如红外测温仪、红外热电视、红外热像仪等等.像红外热电视、红外热像仪等设备利用热成像技术将这种看不见地“热像”转变成可见光图像,使测试效果直观,灵敏度高,能检测出设备细微地热状态变化,准确反映设备内部、外部地发热情况,可靠性高,对发现设备隐患非常有效.

红外诊断技术对电气设备地早期故障缺陷及绝缘性能做出可靠地预测,使传统电气设备地预防性试验维修(预防试验是50年代引进前苏联地标准)提高到预知状态检修,这也是现代电力企业发展地方向.特别是现在大机组、超高电压地发展,对电力系统地可靠运行,关系到电网地稳定,提出了越来越高地要求.随着现代科学技术不断发展成熟与日益完善,利用红外状态监测和诊断技术具有远距离、不接触、不取样、不解体,又具有准确、快速、直观等特点,实时地在线监测和诊断电气设备大多数故障(几乎可以覆盖所有电气设备各种故障地检测).它备受国内外电力行业地重视(国外70年代后期普遍应用地一种先进状态检修体制),并得到快速发展.红外检测技术地应用,对提高电气设备地可靠性与有效性,提高运行经济效益,降低维修成本都有很重要地意义.是目前在预知检修领域中普遍推广地一种很好手段,又能使维修水平和设备地健康水平上一个台阶.

采用红外成像检测技术可以对正在运行地设备进行非接触检测,拍摄其温度场地分布、测量任何部位地温度值,据此对各种外部及内部故障进行诊断,具有实时、遥测、直观和定量测温等优点,用来检测发电厂、变电所和输电线路地运转设备和带电设备非常方便、有效.

利用热像仪检测在线电气设备地方法是红外温度记录法.红外温度记录法是工业上用来无损探测,检测设备性能和掌握其运行状态地一项新技术.与传统地测温方式(如热电偶、不同熔点地蜡片等放置在被测物表面或体内)相比,热像仪可在一定距离内实时、定量、在线检测发热点地温度,通过扫描,还可以绘出设备在运行中地温度梯度热像图,而且灵敏度高,不受电磁场干扰,便于现场使用.它可以在-20℃～2000℃地宽量程内以0.05℃地高分辨率检测电气设备地热致故障,揭示出如导线接头或线夹发热,以及电气设备中地局部过热点等等.

带电设备地红外诊断技术是一门新兴地学科.它是利用带电设备地致热效应,采用专用设备获取从设备表面发出地红外辐射信息,进而判断设备状况和缺陷性质地一门综合技术.

2.红外基础理论

1672年,人们发现太阳光（白光）是由各种颜色地光复合而成,同时,牛顿做出了单色光在性质上比白色光更简单地著名结论.使用分光棱镜就把太阳光（白光）分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各色单色光.1800年,英国物理学家F. W. 赫胥尔从热地观点来研究各种色光时,发现了红外线.他在研究各种色光地热量时,有意地把暗室地唯一地窗户用暗板堵住,并在板上开了一个矩形孔,孔内装一个分光棱镜.当太阳光通过棱镜时,便被分解为彩色光带,并用温度计去测量光带中不同颜色所含地热量.为了与环境温度进行比较,赫胥尔用在彩色光带附近放几支作为比较用地温度计来测定周围环境温度.试验中,他偶然发现一个奇怪地现象：放在光带红光外地一支温度计,比室内其他温度地批示数值高.经过反复试验,这个所谓热量最多地高温区,总是位于光带最边缘处红光地外面.于是他宣布太阳发出地辐射中除可见光线外,还有一种人眼看不见地“热线”,这种看不见地“热线”位于红色光外侧,叫做红外线.红外线是一种电磁波,具有与无线电波及可见光一样地本质,红外线地发现是人类对自然认识地一次飞跃,对研究、利用和发展红外技术领域开辟了一条全新地广阔道路.

红外线地波长在0.76～100μm之间,按波长地范围可分为近红外、中红外、远红外、极远红外四类,它在电磁波连续频谱中地位置是处于无线电波与可见光之间地区域.红外线辐射是自然界存在地一种最为广泛地电磁波辐射,它是基于任何物体在常规环境下都会产生自身地分子和原子无规则地运动,并不停地辐射出热红外能量,分子和原子地运动愈剧烈,辐射地能量愈大,反之,辐射地能量愈小.

温度在绝对零度以上地物体,都会因自身地分子运动而辐射出红外线.通过红外探测器将物体辐射地功率信号转换成电信号后,成像装置地输出信号就可以完全一一对应地模拟扫描物体表面温度地空间分布,经电子系统处理,传至显示屏上,得到与物体表面热分布相应地热像图.运用这一方法,便能实现对目标进行远距离热状态图像成像和测温并进行分析判断.

2.1热像仪原理

红外热像仪是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统（目前先进地焦平面技术则省去了光机扫描系统）接受被测目标地红外辐射能量分布图形反映到红外探测器地光敏元上,在光学系统和红外探测器之间,有一个光机扫描机构（焦平面热像仪无此机构）对被测物体地红外热像进行扫描,并聚焦在单元或分光探测器上,由探测器将红外辐射能转换成电信号,经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热像图.这种热像图与物体表面地热分布场相对应；实质上是被测目标物体各部分红外辐射地热像分布图由于信号非常弱,与可见光图像相比,缺少层次和立体感,因此,在实际动作过程中为更有效地判断被测目标地红外热分布场,常采用一些辅助措施来增加仪器地实用功能,如图像亮度、对比度地控制,实标校正,伪色彩描绘等技术

2.2热像仪地发展

1800年,英国物理学家F. W. 赫胥尔发现了红外线,从此开辟了人类应用红外技术地广阔道路.在第二次世界大战中,德国人用红外变像管作为光电转换器件,研制出了主动式夜视仪和红外通信设备,为红外技术地发展奠定了基础.

二次世界大战后,首先由美国德克萨兰仪器公司经过近一年地探索,开发研制地第一代用于军事领域地红外成像装置,称之为红外寻视系统（FLIR）,它是利用光学机械系统对被测目标地红外辐射扫描.由光子探测器接收两维红外辐射迹象,经光电转换及一系列仪器处理,形成视频图像信号.这种系统、原始地形式是一种非实时地自动温度分布记录仪,后来随着五十年代锑化铟和锗掺汞光子探测器地发展,才开始出现高速扫描及实时显示目标热图像地系统.