中红外成像

广义上讲，波长从0.9微米到1000微米电磁辐射都可称之为红外辐射。大气对于不同波段的红外辐射透过率是不同的，一般说来对于红外辐射有两个波段透过率较高，一个是3微米到5微米，称之为中红外波段：另一个是8微米到12微米，称之为热红外波段。同可见光辐射一样，红外辐射也是一种电磁波，只不过波长更长一些。红外辐射也同样遵守反射定律和折射定律，因此同样可以像可见光一样通过光学系统成像。 红外成像同可见光成像有许多明显不同之处。首先从目标特性来说，红外辐射由目标自身辐射而出，是一种被动成像系统：可见光则是由目标反射其他光源（如太阳）的辐射，属于主动成像系统：其次，红外成像系统的探测器经常需要制冷，并且探测器内置冷光阑。探器制冷可以大大降低暗电流，提高探测器灵敏度。探测器内的冷光阑的作用是栏掉视场外的杂散辐射。 由中科院西安光学精密机械研究所马小龙、杨建峰等科研人员发明的“一种中红外成像系统”是一种物距为有限远的、工作于中红外波段的、物方远心的、具有100%冷光阑效率、畸变非常小的成像光学系统。 该成像系统包括位于同光轴的镜头和探测器，探测器从靠近镜头的一侧起依次包括探测器窗口、冷光阑以及成像焦面。它的特殊之处在于：镜头由六个镜片组成，具体的从远离探测器的一侧起依次包括第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片、第五镜片及第六镜片：第一镜片是正光焦度的弯向物方的弯月镜：第二镜片是正光焦度的弯向像方的弯月镜：第三镜片是由锗磨制而成的负光焦度的弯向物方的弯月镜，第四镜片是正光焦度的弯向像方的弯月镜：第五镜片是由锗磨制而成的负光焦度的弯向像方的弯月镜：第六镜片是正光焦度的弯向像方的弯月镜。该成像系统是理想的物方远心、并且畸变小于万分之五、非常适合于将中红外光纤传像束转换为点信号的耦合器件。 该成像系统日前获得国家发明专利授权，专利号“ZL200910218528.5”。

随着红外技术的不断发展，红外成像仪在日常检测中时常使用到。同时使用红外热成像仪检测中存在的问题及对策 随着”三集五大”体系建设和变电设备“状态检修”的大力推进，传统的传统的变电设备检修和运行模式发生了根本性改变， 能够实时、有效、动态地评价设备健康状况成为确保设备安全、稳定 运行的前提， 红外成像仪是目前变电运行人员检测运行设备健康状况 的有力保证，可以有效的避免因设备发热而造成的非计划停电，为提 高供电可靠率做出了贡献策 针对当前变电设备红外成像检测技术的应用中存在问题及改进方法进行了思考以及对红外测温未来发展的展望。 由于这种 技术无需对所测设备停电，即可准确发现安全隐患，所以更要充分利 用好、发挥好红外成像检测这一高科技手段，夯实变电设备“状态检 修”基础，确保运行的可控、在控、预控。 一 目前在使用中所存在的问题： 目前在使用中所存在的问题： 重设备，轻人员，培训工作不到位。 （ 1）重设备，轻人员，培训工作不到位 目前，红外成像设备已基本覆盖到重要的生产班组，极大提高了 生产一线的技术装备水平，然而，好的检测设备必须得到正确和规范 的应用，才可能发挥其最好的性能，不能只重视检测设备的配置，而 忽略了对人员进行必要的培训， 目前对红外成像仪方面培训的主要方式还是以产品说明书为主，没有专业的培训教材和权威的培训师资， 虽然厂家的技术人员会不定期到各基层单位组织测温培训， 但由于运 行人员倒班的原因，造成了一线人员缺乏热像仪的操作技能培训，同 时，昂贵的机器也需要专业的使用和维护技巧，没有经过专业培训， 在使用红外线成像器材时就不可避免要出现：保养不当、充电电池报 废、昂贵的红外线镜头被划损等等现象，既造成了经济损失，也影响 了测温工作的正常开展。 对策：（1）建立完善的红外成像检测制度，对红外检测工作的准备、 对策 风险预控、规范、安全注意事项等进行详细的规定。同时根据各站所 管辖的一、二次设备详细列表并建立测温表单，以表单的形式使测温 制度和规范落到实处；（2）加强红外热成像仪使用技术的培训，考 虑到运行人员工作的特殊性， 可以首先由相关厂家的技术人员对各个 部门的技术专责进行培训并考核， 然后由各个部门的专责负责对各个 集控站，变电站站长进行培训。 此文转自：深圳市杰创立仪器有限公司

1.红外热成像基本原理 任何温度高于绝对零度的物体都会释放出红外线，其能量与该物体温度的四次方成正比。红外线不为人眼所见，但是红外热像仪利用红外探测器和光学成像物镜可接受被测目标的红外辐射能量，并把能量分布反映到红外探测器的光敏组件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。当热流在物体内部扩散和传递的路径中，将会由于材料或传导的热物理性质不同，或受阻堆积，或通畅无阻传递，最终会在物体表面形成相应的“热区”和“冷区”，这种由里及表出现的温差，通过红外热成像仪进行检测并成像，进而可以评估其质量或状态。2.红外热成像技术在建筑结构工程领域的应用自二十世纪70年代以来，欧美一些发达国家先后开始了红外热像仪在建筑结构工程领域诊断维护的探索，使得红外热像技术在该领域的应用日臻完善，给建筑结构工程质量检测和评估技术前进和发展带来了较大的帮助，并制定了相应的技术规程。国内的红外建筑检测在二十世纪九十年代开始起步，一开始主要集中在外墙饰面砖的粘结质量以及渗漏检测方面。由于这些应用领域没有其它适合的检测手段，而红外热成像技术具有大面积、非接触远距离检测，不影响被测物体，使用安全，检测快速，结果直观可视等优势，使得该技术在建筑领域得到了迅猛的发展。通过大量的科研和工程实践，总结出了具体的测试方法和注意事项，颁布了各种测试规程，例如《CECS204：2006红外热像法检测建筑外墙饰面层粘结缺陷技术规程》，对该测试技术的发展和应用起到了很大的推动作用。目前红外热成像技术已经在以下几个方面得到了成熟的应用（如图1所示）：墙面缺陷的检测，粘贴饰面的检测，渗漏和受潮的检测，热桥等热工缺陷检测，室内管道和电气设施的检测等。如图：建筑物缺陷的红外成像仪检测图像http://www.jetronl.com/uploads/allimg/120829/1_120829114451_1.jpg3.红外热成像技术在建筑节能检测中的应用 能量的消耗主要分成三部分：工业，运输和住宅。据统计，有30-50%的能量消耗集中在住宅。因此提倡节能建筑，提高能效，是一项紧迫的任务。对于新建筑和工程，比较容易处理，即建立并执行严格的节能标准和法规。然而对于现有建筑，能效相对较低，而每年只有1-2%的旧楼能得到翻新，因此，改善现有建筑降低其能耗势在必行。由于环境保护和节能的迫切需要，国内外特别是加拿大、美国、日本等国家都非常重视红外热成像技术在建筑节能方面的应用研究，取得了丰富的经验和成果。建筑中隔热层和气密性缺陷会造成室内空气不良、空气泄漏和受潮等，导致居住不舒适以及能源浪费。而解决这些问题最主要的困难是难以找到合适的方法和设备来诊断出问题所在。常规的视觉检测和评估通常效率不高，只能检测出一些明显的缺陷、表面缺陷，或隐藏的大面积缺陷。然而通常大部分缺陷并不明显，而且往往只有在造成严重的破坏之后才能知道，到时唯一的补救办法只能是花费高昂的重建费用。红外热像仪作为一种预维护诊断技术，是一种极为经济而且对建筑物本身没有损坏的诊断办法。热工性缺陷如隔热材料缺失、热桥、漏气和受潮等都会造成墙面的温度变化，通过红外热图像测得的表面温度可以表征出次表面的异常。以下将通过一些图片资料来阐述红外热成像技术在热传导损失、热对流损失、受潮、渗漏、外墙饰面质量检测中的应用，供有关质量检测和标准制订等部门在进行相关检测和标准编撰时参考。3.1.热传导损失检测在建筑围护结构中设计有隔热层，主要目的是以最合理的方式达到所期望的室内环境。经验表明，缺少隔热材料、隔热材料安装不正确、气密层和气密性不良都会降低轮廓的整体隔热性能，从而大幅提升能耗。对于新楼或旧楼，满足新的节能标准非常重要，隔热和气密层以及结构中其它任何缺陷都必须诊断并得到修补。建筑和隔热标准在过去几十年中不断改进。许多国家根据新的“环境能源效率指导方针”拥有或正在制订相应的节能标准。http://www.jetronl.com/uploads/allimg/120829/1_120829114558_1.jpg（2）红外热图显示出此新建楼房的节能效果很好，在检测中找不出热缺陷典型的隔热缺陷有： 隔热材料没有填充整个设计的空间（缝隙、孔洞、隔热层薄、隔热材料沉降、安装后材料收缩、在错误的位置进行刚性绝缘等） 隔热材料安装不当 HVAC 通过隔热层进行安装 有渗透性的隔热材料不足以阻挡气流的运动 隔热材料受潮http://www.jetronl.com/uploads/allimg/120829/1_120829114807_1.jpg（3）图红外检测清楚的显示楼房能量损失程度图3中楼龄为8年，红外图像显示在墙体和房顶都有明显的热损失，基础部位也没有隔热处理。对楼顶进行检测发现天花板没有安装隔热材料。另外，墙体没有足够的隔热层也会造成明显的热损失。室内外温差越大或材料的K值越低，就需要越大的制冷或制热功率。图4中显示在窗户和天花板之间的隔热层存在孔穴。http://www.jetronl.com/uploads/allimg/120829/1_120829114851_1.jpg图4红外成像可以找出天花板和窗口之间隔热材料的缺损。图4中此楼的其它地方也可以找到类似的情况。这可能导致更为严重的问题，如在墙体空穴中形成受潮。合同承包商忽略了在墙体空穴中放置隔热材料，通过红外热像仪检测很容易发现。在墙体空穴中安装隔热材料要求很严，必须填充在空穴中并紧实贴在墙壁上。如果没有这样安装很有可能成为空气对流的一个通道，隔热效果将会大打折扣。建筑围护结构中的一些部位，在室内外温差的作用下，形成热流相对密集、内表面温度较低的区域。这些部位成为传热较多的桥梁，故称为热桥（thermalbridges），有时又可称为冷桥(coldbridges)。热桥附加能耗占整体建筑能耗的比例不断上升,根据调查和计算,在非节能型建筑中,各种热桥的附加能耗占建筑能耗的3%～5%,而在新型节能建筑中,一般占节能建筑的20%左右。砌在砖墙或加气混凝土墙内的金属，混凝土或钢筋混凝土的梁、柱、板和肋，预制保温中的肋条，夹心保温墙中为拉结内外两片墙体设置的金属联结件，外保温墙体中为固定保温板加设的金属锚固件，内保温层中设置的龙骨，挑出的阳台板与主体结构的连接部位，保温门窗中的门窗框特别是金属门窗框等等。整个楼房存在大量的热桥，若图6所示，找出了热桥存在的位置，可以通过设置断热条来解决。http://www.jetronl.com/uploads/allimg/120829/1_120829114944_1.jpg图5红外热成像技术在建筑节能检测中的应用-不当的隔热材料安装的影响图5中红外图像显示了不当的隔热材料安装的影响隔热材料没有紧贴在墙体上。这降低了隔热效率从而造成热损失。http://www.jetronl.com/uploads/allimg/120829/1_120829115028_1.jpg图6红外热成像技术在建筑节能检测中的应用-建筑围护结构中热桥红外图像3.2.对流热损失检测密封连接不良就会造成泄漏，气密内衬层安装不当或损坏往往会出现规律性缺陷。空气很容易通过刚性隔热体之间的部分。这些缺陷会引起不均匀的度分布，会引起房间里空气产生运动（气流），从而引起局部温度降低而增加能耗和尘土的沉降。这种泄漏路径比较复杂，不利用红外成像仪就很难发现。虽然气密性测试可以找出房间总体的漏气量，可以为气密性准确定量，但不能很好的找出气漏位置，除了窗边，门缝之外，很多时候气漏的位置在墙壁某处，一般不易被肉眼察觉。要找出气漏位置，传