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工業紅外測溫儀熱像儀的研制

1800年,英國物理學家F.W .赫胥黎研制出紅外線,為人類應用紅外線技術開辟了廣闊的道路。二戰中,德國人使用紅外變像管作為光電轉換器件,研制出主動式夜視裝置和紅外通信設備,為紅外技術的發展奠定了基礎。

二戰後,用於軍事領域的第壹代紅外成像設備是美國葡聚糖儀器公司經過近壹年的探索研制出來的,稱為紅外尋視系統(FLIR)。它使用光學和機械系統來掃描被測目標的紅外輻射。光子探測器接收二維紅外輻射信號,通過光電轉換和壹系列儀器轉換成視頻圖像信號。這個系統的原型是非實時自動溫度分布記錄儀。後來隨著50年代銻化銦和摻鍺汞光子探測器的研制,開始出現了高速掃描和實時顯示目標熱像的系統。

20世紀60年代初,瑞典AGA公司研制成功第二代紅外成像器件,在紅外尋的系統基礎上增加測溫功能,稱為紅外熱像儀。

起初由於保密原因,只限於發達國家的軍事用途。投入使用的熱成像設備可以在夜間或厚雲層中探測對方目標,探測偽裝目標和高速運動目標。由於國家資金的支持,研發費用的投入很高,儀器的成本也很高。今後,考慮到工業生產發展中的實用性,結合工業紅外檢測的特點,將會降低儀器的成本。根據民用的要求,通過降低掃描速度來降低生產成本和提高圖像分辨率等措施逐漸發展到民用領域。

60年代中期,AGA公司研制出第壹臺工業實時成像系統(THV),采用液氮冷卻,110V電源供電,重約35kg,使用時不便攜。經過幾代儀器的改進,1986研制的紅外熱像儀采用熱電法制冷。1988推出的全功能熱像儀集測溫、修改、分析、圖像采集、存儲於壹體,重量不到7 kg,功能、精度、可靠性都有了顯著提升。

20世紀90年代中期,美國FSI公司首先成功研制出壹種新型紅外熱像儀(CCD),它是從軍用技術(FPA)商業化而來,屬於焦平面陣列結構的聚光成像器件。技術功能更先進。在現場測量溫度時,只需對準目標拍攝圖像,將上述信息存儲在機器中的PC卡上,即完成所有操作。可以在室內用軟件修改和分析各種參數的設置。最後直接得出檢測報告。由於技術的提高和結構的改變,復雜的機械掃描已經被取代。儀器重量不到2 kg,可以像手持相機壹樣單手輕松操作。

目前,紅外熱成像系統已經廣泛應用於電力、消防、石油化工和醫療等領域。紅外熱像儀在世界經濟發展中發揮著重要作用。

2.3熱成像儀的分類

紅外熱像儀壹般分為掃描成像系統和非掃描成像系統。光電掃描成像系統采用單元素或多元素(元素個數為8,10,16,23,48,55,60,120,180甚至更多)光電導或光伏紅外探測器。使用單探測器時,速度較慢,主要是幀響應時間不夠快和多元陣列。非掃描成像熱像儀,如近年來推出的陣列凝視成像焦平面熱像儀,屬於新壹代熱成像器件,性能遠優於光學掃描熱像儀,有逐步取代光學掃描熱像儀的趨勢。關鍵技術是探測器由單片集成電路構成,被測物體的整個視場都聚焦在上面,圖像更清晰,使用更方便。儀器非常小巧輕便,具有自動聚焦圖像定格、連續放大、點溫、線溫、等溫、語音標註等功能。儀器采用PC卡,存儲容量可高達500張圖片。

紅外熱像儀是紅外熱像儀的壹種。紅外熱電視通過熱釋電攝像管(PEV)接收來自待測目標物體表面的紅外輻射,將目標內熱輻射分布的不可見熱圖像轉換成視頻信號。因此,熱釋電攝像管是紅外熱電視的光學關鍵器件,是壹種實時成像、寬光譜成像(對3 ~ 5微米和8 ~ 14微米有良好的頻率響應)、中等分辨率的熱成像器件,主要由透鏡組成。其技術功能是將目標的紅外輻射通過透鏡聚焦到熱釋電攝像管上,利用恒溫電視探測器、電子束掃描、目標表面成像等技術實現。熱像儀的主要參數是:

2.3.1工作波段;工作波段是指紅外熱像儀中選用的紅外探測器的響應波長區域,壹般為3 ~ 5微米或8 ~ 12微米..

2.3.2探測器類型;探測器類型是指所使用的紅外設備。它是壹種光電導或光伏紅外探測器,具有單元或多個元件(元件8,10,16,23,48,55,60,120,180等。),其元素有硫化鉛(PbS)、硒化鉛(PnSe)等。

2.3.3掃描系統;壹般是中國標準的電視制式和PAL制。

2.3.4顯示方式;指屏幕顯示是黑白還是偽彩色。

2.3.5溫度測量範圍;指被測溫度的下限和上限之間的溫度值範圍。

2.3.6溫度測量精度;指紅外熱像儀最大溫度誤差與儀器量程之比的百分比。

2.3.7最長工作時間;紅外熱像儀允許連續工作時間。

3.

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