工业红外测温仪热像仪的研制

1800年,英国物理学家F.W .赫胥黎研制出红外线,为人类应用红外线技术开辟了广阔的道路。二战中,德国人使用红外变像管作为光电转换器件,研制出主动式夜视装置和红外通信设备,为红外技术的发展奠定了基础。

二战后,用于军事领域的第一代红外成像设备是美国葡聚糖仪器公司经过近一年的探索研制出来的,称为红外寻视系统(FLIR)。它使用光学和机械系统来扫描被测目标的红外辐射。光子探测器接收二维红外辐射信号,通过光电转换和一系列仪器转换成视频图像信号。这个系统的原型是非实时自动温度分布记录仪。后来随着50年代锑化铟和掺锗汞光子探测器的研制,开始出现了高速扫描和实时显示目标热像的系统。

20世纪60年代初,瑞典AGA公司研制成功第二代红外成像器件,在红外寻的系统基础上增加测温功能,称为红外热像仪。

起初由于保密原因,只限于发达国家的军事用途。投入使用的热成像设备可以在夜间或厚云层中探测对方目标,探测伪装目标和高速运动目标。由于国家资金的支持,研发费用的投入很高,仪器的成本也很高。今后,考虑到工业生产发展中的实用性,结合工业红外检测的特点,将会降低仪器的成本。根据民用的要求,通过降低扫描速度来降低生产成本和提高图像分辨率等措施逐渐发展到民用领域。

60年代中期,AGA公司研制出第一台工业实时成像系统(THV),采用液氮冷却,110V电源供电,重约35kg,使用时不便携。经过几代仪器的改进,1986研制的红外热像仪采用热电法制冷。1988推出的全功能热像仪集测温、修改、分析、图像采集、存储于一体,重量不到7 kg,功能、精度、可靠性都有了显著提升。

20世纪90年代中期,美国FSI公司首先成功研制出一种新型红外热像仪(CCD),它是从军用技术(FPA)商业化而来,属于焦平面阵列结构的聚光成像器件。技术功能更先进。在现场测量温度时,只需对准目标拍摄图像,将上述信息存储在机器中的PC卡上,即完成所有操作。可以在室内用软件修改和分析各种参数的设置。最后直接得出检测报告。由于技术的提高和结构的改变,复杂的机械扫描已经被取代。仪器重量不到2 kg,可以像手持相机一样单手轻松操作。

目前,红外热成像系统已经广泛应用于电力、消防、石油化工和医疗等领域。红外热像仪在世界经济发展中发挥着重要作用。

2.3热成像仪的分类

红外热像仪一般分为扫描成像系统和非扫描成像系统。光电扫描成像系统采用单元素或多元素(元素个数为8,10,16,23,48,55,60,120,180甚至更多)光电导或光伏红外探测器。使用单探测器时,速度较慢,主要是帧响应时间不够快和多元阵列。非扫描成像热像仪,如近年来推出的阵列凝视成像焦平面热像仪,属于新一代热成像器件,性能远优于光学扫描热像仪,有逐步取代光学扫描热像仪的趋势。关键技术是探测器由单片集成电路构成,被测物体的整个视场都聚焦在上面,图像更清晰,使用更方便。仪器非常小巧轻便,具有自动聚焦图像定格、连续放大、点温、线温、等温、语音标注等功能。仪器采用PC卡,存储容量可高达500张图片。

红外热像仪是红外热像仪的一种。红外热电视通过热释电摄像管(PEV)接收来自待测目标物体表面的红外辐射,将目标内热辐射分布的不可见热图像转换成视频信号。因此,热释电摄像管是红外热电视的光学关键器件,是一种实时成像、宽光谱成像(对3 ~ 5微米和8 ~ 14微米有良好的频率响应)、中等分辨率的热成像器件,主要由透镜组成。其技术功能是将目标的红外辐射通过透镜聚焦到热释电摄像管上,利用恒温电视探测器、电子束扫描、目标表面成像等技术实现。热像仪的主要参数是:

2.3.1工作波段;工作波段是指红外热像仪中选用的红外探测器的响应波长区域,一般为3 ~ 5微米或8 ~ 12微米..

2.3.2探测器类型;探测器类型是指所使用的红外设备。它是一种光电导或光伏红外探测器,具有单元或多个元件(元件8,10,16,23,48,55,60,120,180等。),其元素有硫化铅(PbS)、硒化铅(PnSe)等。

2.3.3扫描系统;一般是中国标准的电视制式和PAL制。

2.3.4显示方式;指屏幕显示是黑白还是伪彩色。

2.3.5温度测量范围;指被测温度的下限和上限之间的温度值范围。

2.3.6温度测量精度;指红外热像仪最大温度误差与仪器量程之比的百分比。

2.3.7最长工作时间;红外热像仪允许连续工作时间。

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