一、什么是 紅外熱成像 儀 

　　紅外熱成像

　　人眼能夠感受到的可見光波長為0.38-0.78微米。通常將比0.78微米長的電磁波，稱為紅外線。自然界中，一切物體都會輻射不同波長的紅外線，因此能夠利用特制的探測設備分別檢測出監(jiān)控目標本身和背景之間的紅外線波長，從而可以得到不同的紅外圖像，這種紅外圖像稱為熱圖像。

　　同一目標的熱圖像和可見光圖像是不同的，熱圖像是目標表面溫度分布圖，或者說，紅外熱圖像是人眼不能直接看到的目標表面溫度分布圖，只有通過專門的設備才能轉換成人眼可以看到的、表徵目標表面溫度分布的熱圖像。

　　紅外熱成像特點

　　自然界所有溫度在絕對零度(-273℃)以上的物體，都會發(fā)出紅外線，紅外線(或稱熱輻射)是自然界中存在最為廣泛的輻射。大氣、煙云等吸收可見光和近紅外線，但是對3-5微米和8-14微米的紅外線卻是透明的。因此，這兩個波段被稱為紅外線的“大氣窗口”。我們利用這兩個窗口，可以在完全無光的夜晚，或是在煙云密布的惡劣環(huán)境，能夠清晰地觀察到前方的情況。正是由于這個特點，紅外熱成像技術可用在安全防范的夜間監(jiān)視和各種場所的防火監(jiān)控系統(tǒng)中。

　　 紅外熱成像儀 

　　采用紅外熱成像技術，探測目標物體的紅外輻射，并通過光電轉換、信號處理等手段，將目標物體的溫度分布圖像轉換成視頻圖像的設備被稱為紅外熱成像儀。紅外熱成像儀可分為致冷型和非致冷型兩大類。致冷型的熱靈敏度高,結構復雜,一般用于軍事用途,而非致冷型靈敏度雖低于致冷型，但其性能已可以滿足多數(shù)軍事用途和幾乎所有的民用領域。由于不需要配備制冷裝置，因此非制冷紅外熱成像儀可靠性及性價比較致冷型的高。

　　紅外熱成像儀的應用

　　1、夜間及惡劣氣候條件下的目標監(jiān)控

　　夜晚，需可見光工作的設備已經不能正常工作，如果采用人工照明，則容易暴露目標。若采用微光夜視設備，它同樣也工作在可見光波段，依然需要外界光照明。而紅外熱成像儀是被動接受目標自身的紅外熱輻射，無論白天黑夜均可以正常工作，并且也不會暴露自己。同樣在雨、霧等惡劣的氣候條件下，由于可見光的波長短，克服障礙的能力差，因而觀測效果差，但紅外線的波長較長，特別是工作在8-14um的熱成像儀，穿透雨、霧的能力較強，因此在夜間以及惡劣氣候條件，采用紅外熱成像監(jiān)控設備仍可以正常地對各種目標進行監(jiān)控。

　　2、防火監(jiān)控

　　由于 紅外熱成像儀 是反映物體表面溫度而成像的設備，因此除了夜間可以作為現(xiàn)場監(jiān)控使用外，還可以作為有效的防火報警設備，在所有的消防火險發(fā)生初期，災害往往是由不明顯的隱火引發(fā)的。用現(xiàn)有的普通方法，很難發(fā)現(xiàn)這種隱性火災苗頭。而應用紅外熱成像儀可以快速有效地發(fā)現(xiàn)這些隱火，并且可以準確判定火災的地點和范圍，透過煙霧發(fā)現(xiàn)著火點，做到早知道早預防，早撲滅。

　　3、偽裝及隱蔽目標的識別

　　偽裝是以防可見光觀測為主，犯罪分子作案時通常會隱蔽在草叢及樹林中，由于野外環(huán)境的惡劣及人的視覺錯覺，容易產生錯誤判斷。紅外熱成像儀是被動接受目標自身的熱輻射，人體和車輛的溫度及紅外輻射一般都遠大于草木的溫度及紅外輻射，因此不易偽裝，也不容易產生錯誤判斷。

　　二、紅外熱成像的特點是什么?

　　我們周圍的物體只有當它們的溫度高達1000℃以上時，才能夠發(fā)出可見光。相比之下，我們周圍所有溫度在絕對零度(-273℃)以上的物體，都會不停地發(fā)出熱紅外線。例如，我們可以計算出，一個正常的人所發(fā)出的熱紅外線能量，大約為100瓦。所以，熱紅外線(或稱熱輻射)是自然界中存在最為廣泛的輻射。熱輻射除存在的普遍性之外，還有另外兩個重要的特性。

　　1.大氣、煙云等吸收可見光和近紅外線，但是對3~5微米和8~14微米的熱紅外線卻是透明的。因此，這兩個波段被稱為熱紅外線的“大氣窗口” 。利用這兩個窗口，可以使人們在完全無光的夜晚，或是在煙云密布的現(xiàn)場，清晰地觀察到前方的情況。正是由于這個特點，紅外成像技術為軍事上提供了先進的夜視裝備并為飛機、艦艇和坦克裝上了全天候前視系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在海灣戰(zhàn)爭中發(fā)揮了非常重要的作用。

　　2.物體的熱輻射能量的大小，直接和物體表面的溫度相關。熱輻射的這個特點使人們可以利用它來對物體進行無接觸溫度測量和熱狀態(tài)分析，從而為工業(yè)生產，節(jié)約能源，保護環(huán)境等等方面提供了一個重要的檢測手段和診斷工具。

　　三、 紅外熱成像儀 

　　根據(jù)物體能夠發(fā)射紅外線的特點，各國競相開發(fā)出各種紅外熱成像儀器。 美國德克薩斯儀器公司(TI)在1964年首次研制成功第一代的熱紅外成像裝置，叫紅外前視系統(tǒng)(FLIR)，這類裝置利用光學元件運動機械，對目標的熱輻射進行圖像分解掃描，然后應用光電探測器進行光——電轉換，最后形成視頻圖像信號，并在熒屏上顯示，紅外前視系統(tǒng)至今仍是軍用飛機、艦船和坦克上的重要裝置。

　　六十年代中期瑞典AGA公司和瑞典國家電力局，在紅外前視裝置的基礎上，開發(fā)了具有溫度測量功能的熱紅外成像裝置。這種第二代紅外成像裝置，通常稱為熱像儀。

　　七十年代法國湯姆蓀公司研制出，不需致冷的紅外熱電視產品。 九十年代出現(xiàn)致冷型和非致冷型的焦平面紅外熱成像產品，這是一種最新一代的紅外電視產品，可以進行大規(guī)模的工業(yè)化生產，把紅外熱成像的應用提高到一個新的階段。

　　紅外熱成像產品，可以分為致冷型的非致冷型兩大類。紅外電視產品和非致冷焦平面熱成像儀是非致冷型產品，其他為致冷型紅外熱成像儀。

　　通過熱像儀不僅可實時對目標進行觀測，更可以通過其行蹤軌跡 的“熱痕跡”進行動態(tài)分析，因為一般物體的熱發(fā)散有一定的時間性，有些物體的熱發(fā)散需要很大時間。例如部隊點燃的炊煙，曾經發(fā)動過的車輛等都可以留下“熱痕跡” 。

　　四、紅外熱像儀在消防中的作用

　　A. 森林防火

　　在大面積的森林中，火災往往是由不明顯的隱火引發(fā)的。這是毀滅性火災的根源，用現(xiàn)有的普通方法，很難發(fā)現(xiàn)這種隱性火災苗頭。然而用飛機巡邏，采用紅外熱成像儀，則可以快速有效地發(fā)現(xiàn)這些隱火，把火災消滅在最初。

　　加拿大林業(yè)學院早在1975年就開始進行森林防火試驗，從飛機上檢查尚未起燃的潛在火源，加拿大森林研究中心利用直升飛機采用AGA750便攜式熱成像儀，在一個火災季節(jié)中發(fā)現(xiàn)15次隱火。谷物糧倉往往會發(fā)生自燃現(xiàn)象，這種自燃現(xiàn)象往往時間長、來勢猛、損失大。目前一般采用溫度計測量其糧倉地溫度變化加以防范。采用熱像儀可以準確判定這些火災的地點和范圍，做到早知道早預防，早撲滅。采用熱像儀方便簡單，速度快，撲滅及時。

　　B.電氣設備消防檢測

　　紅外熱像儀還可以用來探測電氣設備的不良接觸，以及過熱的機械部件，以免引起嚴重短路和火災。

　　1980年至1983年四年中，我國利用熱像儀對華北電力網(wǎng)內的20座發(fā)電廠、8座變電站和24條高壓線的10000多個插頭進行了過熱檢查，發(fā)現(xiàn)不正常發(fā)熱點500多處，嚴重過熱為100處，由于及時處理，未發(fā)生火災事故。在國外，美國保險公司的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在所有電氣設備隱患中的25%以上是引發(fā)火災的主要原因，都是由于插頭接觸不良引發(fā)的。

　　對于所有可以直接看見的設備，紅外熱成像產品都能夠確定所有連接點的熱隱患。對于那些由于屏蔽而無法直接看到的部分，則可以根據(jù)其熱量傳導到外面的部件上的情況，來發(fā)現(xiàn)其熱隱患，這種情況對傳統(tǒng)的方法來說，除了解體檢查和清潔接頭外，是沒有其它的辦法。斷路器、導體、母線及其它部件的運行測試，紅外熱成像產品是無法取代。然而紅外熱成像產品可以很容易地探測到回路過載或三相負載的不平衡。

　　大多數(shù)熱隱患是在電動機控制設備上發(fā)現(xiàn)的，另外也在開關裝置和動力盤上發(fā)現(xiàn)一些隱患。例如一個聯(lián)邦政府辦公用建筑物內一個主要電動機控制中心發(fā)生火災之后，每六個月對設備進行一次預防性維修。在這次火災之后進行過兩次維修，又進行一次紅外熱成像產品檢查，其結果是：嚴重隱患預防維修之前為3個，而預防維修之后還是3個。所以紅外熱成像產品檢查的必要性是顯而易見的。

　　此外，使用紅外熱成像產品代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法的清掃和緊固可以節(jié)省大量費用。這種節(jié)約有兩個原因：首先是紅外熱成像產品檢查進行的十分快，而不像傳統(tǒng)的方法那樣花費大量人力去進行設備的清掃和緊固。另外紅外熱成像產品檢查在進行時，不要求設備停電，而只是在找出隱患后，在進行修理時才要求短時間停電。并且為修理個別隱患的停電只是局部性的，停電時間很有限，甚至可能安排在計劃停電時間內進行修理。下面是幾個例子。

　　1、美國的一個資產管理公司推行一個包括所有電動機控制設備、照明、動力盤和開關裝置的完整維修項目(不包括斷路器跳閘試驗)。其收費標準根據(jù)工作量而定，一個典型的辦公大樓(250,000平方英尺，10層)平均維修費用為6,500美元。同樣的大樓進行紅外熱成像產品檢查，只要一天便可以完成對所有電動機控制，配電盤和開關裝置的檢查(并包括各種機械設備)，其紅外熱成像產品檢查服務費大約為600美元到800美元。因此，紅外熱成像產品的費用僅是傳統(tǒng)方法費用的1/10。

　　2、一個電子設備制造廠在簽定紅外熱成像產品檢查合同之前，是采用4天停電，由3個組5個電工進行傳統(tǒng)維修，工人每天工作為12小時，以便清潔和緊固所有開關裝置、電動機控制設備和動力盤中的連接點。這些工作的人工費用為30,000美元。對于同樣設備的紅外熱成像產品檢查也進行了4天，并在2個工廠工人協(xié)助下完成，其費用只有3,000美元。

　　3、一個大型辦公/旅館/售貨商業(yè)綜合樓每三年進行一次高、低開關裝置的傳統(tǒng)維修，在維修期間花在清潔和緊固工作上的費用至少有20,000美元。而對同樣設備進行紅外熱成像產品檢查則只用12小時，花費僅2,000美元，發(fā)現(xiàn)了12隱患，其中兩個為能引發(fā)火災的嚴重隱患。

　　4、通過紅外熱成像產品檢查和分析，一家美國小型工廠每年將耗費由160個減少到40個工時。如按25美元/小時的費用(包括加班)計算每年節(jié)省120小時，也就是可以節(jié)省3000美元。

　　根據(jù)美國的上述經驗，用紅外熱成像產品檢查代替?zhèn)鹘y(tǒng)維修中的定期清掃和緊固工作，可以節(jié)約費用50%—90%，并可有效防止火災的發(fā)生。例如在1985年7～8月期間，華盛頓郵報根據(jù)幾乎每天都發(fā)生的許多電氣設備停電事故，在頭版上描述了這些事故造成的火災、人身傷亡、財產破壞和在生產、稅收方面的損失。例如其中當?shù)匾患衣灭^的一次設備停電事故，就造成了六百五十萬美元的損失。為了避免上述停電事故，許多商業(yè)和工業(yè)組織常?；ㄙM很多錢執(zhí)行預防性維修工作。不幸的是這些工作不但經常發(fā)現(xiàn)不了存在的隱患，而且還可能造成新的電氣隱患。所以電氣設備的紅外熱成像產品檢查，在很多方面可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的預防性維修工作。

　　美國《設備運行和生產控制技術》第375號公報指出：無論是新的或者舊的建筑物，都能從紅外熱成像產品檢查中受益。美國有近50個公司提供紅外熱成像產品檢查服務，為客戶的所有電氣設備、配電系統(tǒng)，包括高壓接觸器、熔斷器盤、主電源斷路器盤、接觸器、以及所有的配電線、電動機、變壓器等等，作紅外熱成像檢查，以保證客戶的所有運行的電氣設備不存在潛伏性的熱隱患，有效的防止火災的發(fā)生。美國保險公司的統(tǒng)計數(shù)據(jù)也已經表明，對所有電氣設備進行紅外熱成像產品檢查，可使不安全因素大大降低，并且節(jié)省大量保險費的支出。下面是一些需要進行紅外熱成像產品檢查的設施。

　　1、各種電氣裝置：可發(fā)現(xiàn)接頭松動或接觸不良，不平衡負荷，過載，過熱等隱患。這些隱患可能造成的潛在影響是產生電弧、短路、燒毀、起火。

　　2、變壓器：可以發(fā)現(xiàn)的隱患有接頭松動，套管過熱，接觸不良(抽頭變換器)，過載，三相負載不平衡，冷卻管堵塞不暢。其影響為產生電弧、短路、燒毀、起火。重繞需要經費1萬到5萬美元，更換為8萬—14萬美元，工期為幾個星期或幾個月。

　　3、電動機、發(fā)電機：可以發(fā)現(xiàn)的隱患是軸承溫度過高，不平衡負載，繞組短路或開路，碳刷、滑環(huán)和集流環(huán)發(fā)熱，過載過熱，冷卻管路堵塞。其影響為有毛病的軸承可以引起鐵芯或繞組圈的損壞，有毛病的碳刷，則可以損壞滑環(huán)和集流環(huán)，進而損壞繞組線圈。還可能引起驅動目標的損壞。電機重新繞組圈(5000馬力)需要5～10萬美元，更換需用10萬～20萬美元，工期幾個星期到幾個月。

　　4、除了在電氣設備維修檢查外，在屋頂查漏，節(jié)能檢測，環(huán)保檢查，安全防盜，森林防火，無損探傷，質量控制，醫(yī)療檢查等方面，紅外成像檢測也很有效益。

　　C.消防現(xiàn)場搜救

　　紅外線應用是基于物體本身具有紅外熱輻射性質發(fā)展出的一種探測技術。這項技術在消防領域中延伸出的紅外搜救技術，能極大地增強在濃煙、熱、建筑物塌落等復雜狀態(tài)下，消防人員在火災現(xiàn)場濃煙狀態(tài)下清楚的顯示出被拍物體形狀及每個點的溫度,幫助消防隊員迅速搜索到遇險人員及貴重物品, 還能及時發(fā)現(xiàn)著火點或最大火源，從而減少撲火時間，減少物品損失，是火災現(xiàn)場救助工作的有利工具。與基于肉眼偵察的傳統(tǒng)滅火救援手段相比，基于紅外線技術的紅外線熱像儀能幫助消防人員不受濃煙和黑暗的干擾，清晰地觀測、發(fā)現(xiàn)、掌握火場的真實情況，盡快做出科學的決策和正確的部署。

　　D.消防事故調查

　　同樣，紅外熱成像產品在火災和爆炸事故調查中也十分有用。紅外熱像在火災等事故的法律事務方面，特別是圍繞著與生命或財產損失有關的復雜技術問題上，已愈來愈重要。因為火災和爆炸造成的損失，常常涉及熱隱患、熱傳播等情況，而這些情況都可以用紅外熱成像產品快速地觀察和記錄，所以紅外熱像是一種強有力的形象證據(jù)，能使非專業(yè)人員也一目了然，并對損失能做出公正的裁決和審判。以下是幾個火災和爆炸事故調查中利用紅外熱像的實例。

　　美國的地方政府和保險公司常常要求分析人身和財產損失的原因。相應的調查可能發(fā)現(xiàn)不了刑事犯罪行為，如兇殺或縱火。但調查能夠發(fā)現(xiàn)設備故障及損壞狀態(tài)，以及如何避免將來再發(fā)生這些問題。在已燃燒的建筑物上的熱圖像常常能使人們了解到如何產生火災或爆炸的真實情況。并且從實驗上再現(xiàn)失火、爆炸或設備損壞過程，以補充對事件的理解。紅外熱成像提供了一種分析和再現(xiàn)由熱造成的事故的非常好的目測手段。實驗性的火災、爆炸和設備損壞的紅外和視頻錄像，使人們能對其原因有更深入的理解。