红外成像技术

物体表面温度如果超过0K即会辐射出电磁波，随着温度变化，电磁波的辐射强度与波长分布特性也随之改变，波长介于0.75μm到1μm间的电磁波称为“红外线”，而人类视觉可见的“可见光”介于0.4μm到0.75μm。红外线在地表传送时，会受到大气组成物质( 特别是H2O、CO2、CH4 、N2O、O3等)的吸收，强度明显下降，仅在短波3μ~5μm及长波8~12μm的两个波段有较好的穿透率(Transmission)，通称大气窗口(Atmospheric window)，大部份的红外热像仪就是针对这两个波段进行检测，计算并显示物体的表面温度分布。此外，由于红外线对大部份的固体及液体物质的穿透能力差，因此红外热成像检测是以测量物体表面的红外线辐射能量为主。

光线是大家熟悉的。光线是什么？光线就是可见光，是人眼能够感受的电磁波。可见光的波长为：0.38—0.78微米。比0.38微米短的电磁波和比0.78微米长的电磁波，人眼都无法感受。比0.38微米短的电磁波位于可见光光谱紫色以外，称为紫外线，比0.78微米长的电磁波位于可见光光谱红色以外，称为红外线。红外线，又称红外辐射，是指波长为0.78~1000微米的电磁波。其中波长为0.78~2.0微米的部分称为近红外，波长为2.0~1000微米的部分称为热红外线。

照相机成像得到照片，电视摄像机成像得到电视图像，都是可见光成像。自然界中，一切物体都可以辐射红外线，因此利用探测仪测定目标的本身和背景之间的红外线差并可以得到不同的红外图像，热红外线形成的图像称为热图[1]。

1．大气、烟云等吸收可见光和近红外线，但是对3~5微米和8~14微米的热红外线却是透明的。因此，这两个波段被称为热红外线的“大气窗口” 。利用这两个窗口，可以使人们在完全无光的夜晚，或是在烟云密布的战场，清晰地观察到前方的情况。正是由于这个特点，热红外成像技术军事上提供了先进的夜视装备并为飞机、舰艇和坦克装上了全天候前视系统。这些系统在海湾战争中发挥了非常重要的作用。

2．物体的热辐射能量的大小，直接和物体表面的温度相关。热辐射的这个特点使人们可以利用它来对物体进行无接触温度测量和热状态分析，从而为工业生产，节约能源，保护环境等等方面提供了一个重要的检测手段和诊断工具。

在大面积的森林中，火灾往往是由不明显的隐火引发的。这是毁灭性火灾的根源，用现有的普通方法，很难发现这种隐性火灾苗头。

然而用飞机巡逻，采用红外热成像仪，则可以快速有效地发现这些隐火，把火灾消灭在萌芽。

加拿大林业学院早在1975年就开始进行森林防火试验，从飞机上检查尚未起燃地潜在火源，加拿大森林研究中心利用直升飞机采用AGA750便携式热成像仪，在一个火灾季节中发现15次隐火。谷物粮仓往往会发生自燃现象，这种自燃现象往往时间长、来势猛、损失大。目前一般采用温度计测量其粮仓地温度变化加以防范。采用热像仪可以准确判定这些火灾的地点和范围，做到早知道早预防，早扑灭。采用热像仪方便简单，速度快，扑灭及时。

红外热像仪还可以用来探测电气设备的不良接触，以及过热的机械部件，以免引起严重短路和火灾。

1980年至1983年四年中，我国利用自制的热像仪对华北电力网内的20座发电厂、8座变电站和24条高压线的10000多个插头进行了过热检查，发现不正常发热点500多处，严重过热为100处，由于及时处理，未发生火灾事故。在国外，美国保险公司的统计数据表明，在所有电气设备隐患中的25%以上是引发火灾的主要原因，都是由于插头接触不良引发的，所以美国国家防火协会的《电气维修手册70B》规定，在任何电气插头按照规定的力距被紧固之后，只要这个力矩值不变化，以后就不应当再进行紧固。所以制造良好，安装正常的电气插头，根本不需要定期紧固，只有发现其功能异常和其过热才要去处理。

对于所有可以直接看见的设备，红外热成像产品都能够确定所有连接点的热隐患。对于那些由于屏蔽而无法直接看到的部分，则可以根据其热量传导到外面的部件上的情况，来发现其热隐患，这种情况对传统的方法来说，除了解体检查和清洁接头外，是没有其它的办法。断路器、导体、母线及其它部件的运行测试，红外热成像产品是无法取代。然而红外热成像产品可以很容易地探测到回路过载或三相负载的不平衡。

美国MAI公司对许多已经进行过一般电气预防性设备做红外热成像产品检查，发现其中不少已接受过维修的设备仍然存在电气故障。例如一个重要电子产品生产厂家，这个公司对其电气设备每两年进行一次停电维修。在这停电运行期间，进行设备清扫，对所有连接点紧固和断路器的跳闸试验。并对高、低压开关装置安装进行测试。在传统维修之后进行的红外热成像产品检查，仍然确定了一些隐患。在不同设备上发现的严重隐患有19个，一般隐患有179个。这些严重隐患是指被测设备的表面温度超过NEMA或UL的上限设计温度。

大多数隐患是在电动机控制设备上发现的，另外也在开关装置和动力盘上发现一些隐患。又例如一个联邦政府办公用建筑物内一个主要电动机控制中心发生火灾之后，每六个月对设备进行一次预防性维修。在这次火灾之后进行过两次维修，又进行一次红外热成像产品检查，其结果是：严重隐患预防维修之前为3个，而预防维修之后还是3个。所以红外热成像产品检查的必要性是显而易见的。