红外检测技术基本原理及应用和红外热像仪的工作原理
发布于:2009-4-2 已被阅读: 次 

红外热像仪是通过非接触探测红外能量(热量),并将其转换为电信号,进而在显示器上生成热图像和温度值,并可以对温度值进行计算的一种检测设备。红外热像仪能够将探测到的热量精确量化,或测量,使您不仅能够观察热图像,还能够对发热的故障区域进行准确识别和严格分析。由于近年来的技术革新,尤其表现在探测器技术,内置可见光照相机,各种自动功能,分析软件的发展等等,使得红外分析解决方案比以往更为经济有效。
 红外线是波长0.78~1000μm的电磁波。测量高温物体的红外热象仪采用3~5μm波段,测量室温和低温物体的红外热象仪采用8~14μm波段。
  任何高于绝对温度零度的物体都是红外辐射源,当物体内部存在缺陷时,它将改变物体的热传导,使物体表面温度分布发生变化,红外检测仪可以测量表面温度分布变化,探测缺陷的位置。
  红外检测技术的特点:探测器焦距20cm~无穷远,适用于非接触大面积的遥测;探测器只响应红外线,故白天、黑夜均可以工作;红外热象仪温度分辨率高达0.1~0.02℃,探测变化温度的精度高;测温范围-50~2000℃,应用领域宽;摄象速度1~30帧/s,可作静、动态目标温度变化的探测。
1 红外检测技术的基本原理
  红外线检测物体表面温度分布的变化如图1。

图1 红外检测物体表面温度变化示意

从图中可见,热流注入是均匀的,对无缺陷的物体,正面和背面的温度场分布基本上是均匀的,如果物体内部存在缺陷,在缺陷处温度分布将发生变化,对于隔热性的缺陷,正面检测方式,缺陷处因热量堆积呈“热点”,背面检测时,缺陷处则是低温点;而对于导热性的缺陷,正面检测时,缺陷处的温度是低温点,背面检测到缺陷处的温度是“热点”。可见,采用红外检测技术,可以形象地检测出材料表层与浅层缺陷和范围。

  红外热象仪基本工作原理,按普朗克定律:

W(λ,T)=C1/λ5[exp(C2/λT-1]-1(W/cm2*μm)

式中:C1为第1辐射常数;C2为第2辐射常数。
  波长一定,测出红外辐射能量W就能算出温度值T,通过与黑体基准参量比较,仪器处理器能详细计算出各测点实际的温度值,且以不同颜色的温标显示出检测面温度分布的变化。
2 红外检测技术的应用
  红外检测技术已广泛用于电力设备、电路安全运转检查,石化管道泄漏、冶金炉衬损伤、宇航胶结材料质量的检测和山体滑坡的预报检测。下面仅对建筑工程质量检测提供简要事例。
2.1 建筑外墙剥离的检测
  新旧建筑墙体砂浆粉层剥离,将导致渗漏,大面积脱落,可能酿成重大事故。墙身缺陷和损伤的存在,便降低了热传导性,太阳照射后的热辐射和传导,使缺陷、损伤处的温度分布与质量完好的面层的温度分布产生明显差异,经红外成像高精度的温度分辨,能直观检出缺陷和损伤的所在。
2.2 玻璃幕墙、门窗保温绝热性、防渗漏的检测
  冬夏季节室内外温差较大,内外热传导给红外检查门窗气密保温和渗透性提供了良好的条件,对构造的漏热,密封性不良,红外热象仪能形象快速显示出来,检测工作对提高建筑保温绝热性,为节能和装配质量评估可提供科学的依据。
2.3 装饰面砖粘贴质量和安全的检查
  由于施工质量和风雨冲刷,外墙面砖脱落时有发生,国外很重视专项检测,国内已引起关注。对大面积非接触墙面的安全质量检测,红外遥感检测技术是很适用的,它可以根据阳光照射墙面的辐射能量,由红外热象仪采集和显示表面分布的变化,检出面砖粘贴质量问题和局部脱粘的部位,以防患于未然。
2.4 墙面、屋面渗漏检查
  屋面防水层失效和墙面微裂,造成雨水渗漏,红外检测技术可以检出面层不连续性或水分渗入隐匿部位。从室内热扩数,阳光被吸收和传导均可以暴露渗漏部位与周边温度分布的差异,采用红外技术加以检测。
李为杜,同济大学材料科学与工程学院,教授,上海 200092

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