紅外熱像儀基礎理論、主要參數(shù)和應用
加入技術交流群
二次世界大戰(zhàn)后，首先由美國經(jīng)過近一年的探索，開發(fā)研制的第一代用于軍事領域的紅外成像裝置，稱之為紅外尋視系統(tǒng)(FLIR0)，它是利用光學機械系統(tǒng)對被測目標的紅外輻射掃描。由光子探測器接收兩維紅外輻射跡象，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換及一系列儀器處理，形成視頻圖像信號。這種系統(tǒng)、原始的形式是一種非實時的自動溫度分布記錄儀，后來隨著五十年代銻化銦和鍺摻汞光子探測器的發(fā)展，才開始出現(xiàn)高速掃描及實時顯示目標熱圖像的系統(tǒng)。
六十年代早期，瑞典研制成功第二代紅外成像裝置，它是在紅外尋視系統(tǒng)基礎上增加了測溫功能，稱之為紅外熱像儀。
開始由于保密的原因，在發(fā)達的國家中也僅限于軍用，投入應用的熱成像裝置可在黑夜或濃厚云霧中探測對方的目標，可探測偽裝的目標和高速運動的目標。由于有國家經(jīng)費的支撐，投入的研制開發(fā)費用很大，儀器的成本很高。以后考慮到在工業(yè)發(fā)展中的實用性，結合工業(yè)紅外探測的特點，采取壓縮儀器造價。降低生產(chǎn)成本并根據(jù)民用的要求，通過減小掃描速度來提高圖像分辨率等措施逐漸發(fā)展到民用領域。
六十年代中期，瑞典研制出第一套工業(yè)用的實時成像系統(tǒng)(THV)，該系統(tǒng)由液氮制冷，110V 電源電壓供電，重約 35 公斤，因此使用中便攜性很差，經(jīng)過對儀器的幾代改進，1986 年研制的紅外熱像儀已無需液氮或高壓氣，而以熱電方式致冷，可用電池供電：1988年推出的全功能熱像儀，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、精度和可靠性都得到了顯著的提高。
九十年代中期，美國首先研制成功由軍用技術(FPA)轉(zhuǎn)民用并商品化的新一紅外熱像儀(CCD)屬焦平面陣列式結構的凝成像裝置，技術功能更加先進，現(xiàn)場測溫時只需對準目標攝取圖像，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)，最后直接得出檢驗報告，由于技術的改進和結構的改變，取代了復雜的機誡掃描儀器重量已小于二公斤，使用中如同手持攝像機一樣，單手即可方便地操作。
6、 紅外熱像儀的應用
熱像儀作為一種紅外成像儀器,不但在軍事應用中占有很重要的地位在民用方面也具有很強的生命力。它除具有紅外測溫儀的優(yōu)點(如非接觸、快速、能對運動目標和微小目標測溫等)外，還具有下列優(yōu)點：
(1) 直觀地顯示物體表面的溫度場。紅外測溫儀只能顯示物體表面某一小區(qū)域或某一點的溫度值，而熱像儀則可以同時測量物體表面各點溫度的高低，并以圖像形式顯示出來。
(2) 溫度分析率高。紅外測溫儀由于各種一因素的影響，很難分辨0.1以下的溫差,而熱像儀由于可以同時顯示出兩點的溫度值,因而能準確區(qū)分很小的溫差,甚至可達0.01:
(3) 可采用多種顯示方式。熱像儀輸出的視頻信號包含目標的大量信息，可用多種方式顯示出來。例如，對視頻信號進行假彩色處理，便可由不同顏色顯示不同溫度的熱圖像；若反視頻信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，即可用數(shù)字顯示物體各點的溫度值：
(3) 可進行數(shù)據(jù)存儲和計算機處理。熱像儀輸出的視頻信號，可用數(shù)字存儲器存儲，或用錄像帶記錄，這樣既可長期保持又可用計算機作運算處理。
熱像儀在軍事和民用方面都有廣泛的應用。隨著熱成像技術的成熟，各種低成本適于民用的熱像儀的問世，它在國民經(jīng)濟各部門發(fā)揮著越來越大的作用。在工業(yè)生產(chǎn)中，許多設備常處于高溫、高壓和高速運行狀態(tài)，應用紅外熱像儀對這些設備進行檢測和監(jiān)控，既能保證設備的安全運轉(zhuǎn)，又能發(fā)現(xiàn)異常情況以便及時排除隱患。同時，利用熱像儀還可進行工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制和管理。例如，在鋼鐵工業(yè)中的高爐和轉(zhuǎn)爐所用耐火材料的燒蝕磨損情況，可用熱像儀進行觀測及時采取措施檢修防止事故發(fā)生。又如，在石化工業(yè)中，熱像儀可監(jiān)視生產(chǎn)設備和管道的運行情況，隨時提供有關沉淀形成、流動阻塞、漏熱溫度隔熱材料變質(zhì)等數(shù)據(jù)。再如，在電力工業(yè)中，發(fā)電機組、高壓輸電和配電線路等可用熱像儀沿線掃查，找出故障隱患，及時排除以利于杜絕事故的發(fā)生。在電子工業(yè)中，也可用熱像儀檢查半導體器件、集成電路和印刷電路板等的質(zhì)量情況，發(fā)現(xiàn)其他方法難以找到的故障。
此外，紅外熱像儀在醫(yī)療、治安、消防、考古、交通、農(nóng)業(yè)和地質(zhì)等許多領域均有重要的應用。如建筑物漏熱查尋、森林探火、火源尋找、海上救護、礦石斷裂判別、導彈發(fā)動機檢查，公安偵查以及各種材料及制品質(zhì)無損檢查等。
7．紅外熱成像系統(tǒng)的主要技術指標
1). f/數(shù)
f/數(shù)是光學系統(tǒng)相對孔徑的倒數(shù).設光學系統(tǒng)的相對孔徑為A=D/f(D為通常孔徑,f為焦距),IA=f/D, 則數(shù)f/D 是表示系統(tǒng)的集中f為通光孔徑的多少倍。例如，f/3 表示光學系統(tǒng)的集中為通光孔徑的三倍。
2). 視場
視場是光學系統(tǒng)視場角的簡稱.它表示能夠在光學系統(tǒng)像平面視場光闌 內(nèi)成像的空間范圍,當目標位于以光軸為軸線,頂角為視場角的圓錐內(nèi)的(任一點在一定距離內(nèi)),時候被光學系統(tǒng)發(fā)現(xiàn),即成像于光學系統(tǒng)像平面的視場光闌內(nèi).即使物體能在熱像儀中成像的物空間的最大張角叫做視場, 一般是a”X 的矩形視場.
3). 光譜響應
紅外探測器對各個波長的入射輻射的響應稱為光譜響應。一般的光電探測器均為選擇性的探測器。
4). 空間分辨率
應用熱像儀觀測時，熱像儀對目標空間形狀的分辨能力。本行業(yè)中通常以mrad(毫弧度)的大小來表示。mrad的值越小，表明其分辨率越高。弧度值乘以半徑約等于弦長，即目標的直徑。如 1.3 mrad的分辨率意味著可以在100m的距離上分辨出 1.3×10-3 ×100=0.13m=13厘米的物體。
5).溫度分辨率
溫度分辨率 ：可以簡單定義為儀器或使觀察者能從背景中精確的分辨出目標輻射的小溫度AT。民用熱成像產(chǎn)品通常使用NETD 來表述該性能指標。
6).最小可分辨溫差
分辨靈敏度和系統(tǒng)空間分辨率的參數(shù),而且是以與觀察者本身有關的主觀評價參數(shù),它的定義為： 在使用標準的周期性測試卡(即高寬比為 7：1的4帶條圖情況下)， 觀察人員可以分辨的最小目標、背景溫差。上述觀察過程中，觀察時間、系統(tǒng)增益、信號電平值等可以不受限制的調(diào)整在最佳狀態(tài)。
7).幀頻
幀頻是熱像儀每秒鐘產(chǎn)生完整圖象的畫面數(shù),單位為HZ。一般電視幀頻為25H z 。根據(jù)熱像儀的幀頻可分為快掃描和慢掃描兩大類。電力系統(tǒng)所用的設備一般采用快掃描熱像儀(幀頻在20Hz以上)，否則就會帶來一些工作不便。
8).探測識別和辨認距離
探測、識別和辨認距離；這些是使用者很關心的性能指標。為每個使用者自身素質(zhì)和儀器給出的圖像質(zhì)量的差異以及嚴格定義的困難(探測性能是一個多種因素的復合函數(shù))這里只給出大致形象的定義； 探測距離是能將目標與背景及一些引起注意的目標清晰分別開來的最大臨界；識別距離是將探測的目標能大致分出種類的距離，如是車輛還是艦船；辨認距離是在分別出種類的基礎上的細分，如車輛是坦克還是汽車。
9).顯示記錄方式
顯示記錄方式是指視監(jiān)控器或液晶顯示; 顯示記錄放磁帶錄像啟示、軟區(qū)存盤或PC卡記錄，電子存儲器記錄；輸出接口、打印類型或照相等。目前較為先進的是PC卡存儲和電子存儲。 (end)
波段開關相關文章:波段開關原理
半導體制冷相關文章:半導體制冷原理
紅外熱像儀相關文章:紅外熱像儀原理 熱像儀相關文章:熱像儀原理 熱式質(zhì)量流量計相關文章:熱式質(zhì)量流量計原理 流量計相關文章:流量計原理
評論