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消防与红外技术:什么是红外热像仪?

消防与红外技术:什么是红外热像仪?

Xtecher原创 丨 前沿热点

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2017-09-08

T-MEN

Xtecher特稿作者

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电气化作为社会进步的标志之一,正在越来越多地进入国民经济和人民生活的各个领域,带来各种便捷,智能化的生活环境。城市的发展,工业的生产运作环境中,电气化设备更是扮演着不可或缺的重要角色。然而,随着电气设备使用的增多,各种电气火灾隐患也应运而生。由于这些隐患具有一定的“隐蔽性”和“潜伏性”,不易被发现,一旦发生,将导致巨大的财产损失和人员伤害事故。

诱发企业安全事故的因素有众多,其中电气安全事故是当今企业的一个带有普遍性的安全隐患,对用电系统的检查是每一个企业安全风险评估必不可少的一项内容。通常我们使用红外热像技术进行检测,能有效地对电气设备进行预防性维护及评估。

什么是红外热像技术?

红外辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射,它在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域,因此人的肉眼无法看见。

德国天文学家 Sir William Herschel,他在 1800 年使用太阳光做了一些实验。Herschel 让太阳光穿过一个棱镜并在各种颜色处放置温度计,利用灵敏的水银温度计测量每种颜色的温度,结果发现了红外辐射。Herschel 发现,当越过红色光线进入他称为“暗红热”区域时,温度便会升高。

红外热成像技术是被动接收物体发出的红外辐射,其原理是基于自然界中一切温度高于绝对零度(-273)的物体,均会发出不同波长的电磁辐射,物体的温度越高,分子或原子的热运动越剧烈,则其中的红外辐射越强。辐射的频谱分布或波长与物体的性质和温度有关。衡量物体辐射能力大小的量,称为辐射系数。黑颜色或表面颜色较深的物体,辐射系数大,辐射较强;亮颜色或表面颜色较浅的物体,辐射系数小,辐射较弱。

人眼仅能看到很狭窄的一段波长的电磁辐射,而对于波长在0.4μm以下或0.7μm以上的辐射,人眼则无能为力。而红外辐射的波长在0.7μm~1mm之间,所以人眼看不到红外辐射。

现代的热成像装置工作在中红外区域(波长3~5μm)或远红外区域(波长8~12μm)。通过探测物体发出的红外辐射,热成像仪产生一个实时的图像,从而提供一种景物的热图像。并将不可见的辐射图像转变为人眼可见的、清晰的图像。热成像仪非常灵敏,能探测到小于0.1℃的温差。

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红外热像技术的主要特点:

l非接触式测温

红外热像传感器无需与物体表面进行接触,即可远距离测温和成像。

l热分布图像

通过将物体表面的温度值进行调色,红外热像技术可以直观地观察物体表面的热分布图像。

l区域测温

红外热像测试的是物体表面整个面的温度值,可以同时测试上万个点甚至数十万个点的温度值。

什么是红外热像仪?

红外热像仪利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上,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。通俗地讲红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。通过查看热图像,可以观察到被测目标的整体温度分布状况,研究目标的发热情况,从而进行下一步工作的判断。

人类一直都能够检测到红外辐射。人体皮肤内的神经末梢能够对低达±0.009°C (0.005°F) 的温差作出反应。虽然人体神经末梢极其敏感,但其构造不适用于无损热分析。例如,尽管人类可以凭借动物的热感知能力在黑暗中发现温血猎物,但仍可能需要使用更佳的热检测工具。由于人类在检测热能方面存在物理结构的限制,因此开发了对热能非常敏感的机械和电子设备。这些设备是在众多应用中检查热能的标准工具,红外热像仪就是其中之一。

红外热像仪的技术发展

虽然红外热辐射在1800年就被发现,但直至二十世纪六十年代,热像技术才被用于非军事应用领域,并开始出现了民用的第一代热像仪——作为精密的仪器逐渐被各行业所应用。1988年AGEMA公司研制出便携式电池驱动型ThermoVision 400系列,从此热像仪开始进入快速发展时期,并很快就被广泛应用于电力、设备维护等巡检和电路研发、材料研发等科研方面。

21世纪初期,随着热像科技的发展,第二代热像仪开始往传感器方向发展。因其适合长期在线监测和组网监控,可以对重点设备与高危区域的24小时实时监测,并其他设备进行联动,组成监控系统实现大规模组网。随后逐渐被运用于变电站监控、防火、安防以及辅助驾驶等方面。

2010年后,热像技术开始与移动互联网结合。利用手机的便捷操控性、快速增长的处理能力和移动联网功能,热像仪开始与手机结合。以FOTRIC为代表的第三代热像仪,使操作更简单、功能更强大。而且手机热像仪方便快速的云存储和数据分享,使热像仪从孤立的仪器和传感器,发展成为大数据的热像采集终端,大幅扩充了热像的应用空间。

随着热像科技的普及, 2017年在美国CES上发布的云热像™成为第四代热像仪的代表——热像技术开始了智能化和互联网化深度融合发展之路。 云热像™是一种基于互联网服务的智能热像监控摄像头,无需复杂的网络设置或者热像专业知识,智能化的云热像™会自动识别火灾风险和安防入侵风险。这将使热像技术更加大众化,通过热像技术的深入应用,将逐步提升社会安全及工作效率,开启热像新时代。


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