工作原理

??? 紅外熱像系統(tǒng)是利用紅外探測(cè)器和光學(xué)成像物鏡，接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形，反映到紅外探測(cè)器的光敏元件（探測(cè)器）上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場(chǎng)相對(duì)應(yīng)。紅外熱像系統(tǒng)將物體發(fā)出的不可見(jiàn)的紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢?jiàn)的熱圖像。熱圖像的上面的不同顏色代表被測(cè)物體的不同溫度。

??? 紅外探測(cè)器是一種對(duì)紅外輻射敏感的器件，它將紅外輻射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。但是探測(cè)器對(duì)某些波長(zhǎng)紅外輻射的響應(yīng)較低，這主要是由于探測(cè)器材料對(duì)不同波長(zhǎng)的紅外輻射的反射和吸收存在差異。目前在熱成像系統(tǒng)中使用的非制冷焦平面陣列（FPA）探測(cè)器一般工作在8μm~14μm波段，其探測(cè)器窗口材料及鍍膜使這個(gè)波段的紅外透射率變高，而光敏面設(shè)計(jì)也使用了對(duì)這個(gè)波段吸收良好的材料，因此大大降低了在3μm~5μm波段的靈敏度。

熱像儀的光學(xué)成像物鏡將工作波段內(nèi)的輻射收集起來(lái)，并聚焦到探測(cè)器上。在可見(jiàn)光波段，玻璃是很好的投射材料，但是在中波、長(zhǎng)波紅外波段，這種材料是不透明的，因此常選用鍺、硅等晶體材料，而且為了提高透射率，還需要鍍上一層增透膜，這些材料和膜層如同濾光片一樣，將鏡頭透過(guò)的波長(zhǎng)限制在一定的范圍內(nèi)。

目標(biāo)場(chǎng)景的紅外輻射包括很寬的波段，當(dāng)物體溫度很高時(shí)，還包括可見(jiàn)光的輻射，受“大氣窗口”、探測(cè)器響應(yīng)波段和紅外光學(xué)的限制，紅外熱像系統(tǒng)實(shí)際上大多敏感于3μm~5μm和8μm~14μm波長(zhǎng)范圍。

紅外熱像系統(tǒng)讓我們能看到了人眼看不到的另外一個(gè)輻射世界，可獲取許多對(duì)生產(chǎn)、科研非常重要的信息。

紅外熱像的特點(diǎn)

突破人眼視覺(jué)的限制

在人類(lèi)活動(dòng)過(guò)程中，人眼是獲取信息占大部分的感覺(jué)器官，它可以直接觀(guān)察并通過(guò)“自動(dòng)變焦”、“自動(dòng)光圈”得到所需景物的清晰圖像。但是，人眼的視覺(jué)受到波長(zhǎng)、地點(diǎn)、時(shí)間等限制。

??? 采用熱成像技術(shù)，相當(dāng)于將眼睛的響應(yīng)波段擴(kuò)大到了中、長(zhǎng)紅外波段。即將3μm~5μm或8μm~14μm波段的不可見(jiàn)紅外輻射轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光波段的圖像，突破了波長(zhǎng)對(duì)人眼觀(guān)察的限制。紅外熱成像系統(tǒng)除了將目標(biāo)的紅外輻射空間分布轉(zhuǎn)換成能用顯示器顯示的視頻圖像外，還融合了圖像存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ?，可彌補(bǔ)人眼觀(guān)察目標(biāo)在時(shí)間和空間上的能力，利用圖像處理還可以提高對(duì)目標(biāo)的觀(guān)察、分析能力。

??? 上海博銳特光電科技有限公司研發(fā)、生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)測(cè)溫型紅外熱像系統(tǒng)，在紅外熱像領(lǐng)域率先采用了雙視頻流網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。紅外熱像攝像頭直接安裝在被觀(guān)測(cè)目標(biāo)（如高爐熱風(fēng)圍管、支氣管，熱風(fēng)爐）附近，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的全天候監(jiān)測(cè)，同時(shí)將獲取的紅外熱像通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，這樣工人就可以在操作間實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)。同時(shí)，借助鋼鐵企業(yè)現(xiàn)有的二級(jí)網(wǎng)絡(luò)，目標(biāo)的紅外熱像還可以傳送至網(wǎng)絡(luò)上的任何一臺(tái)PC終端，這樣就可以在辦公室實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析和紅外熱像的回放等操作。

探測(cè)物體表面細(xì)微的溫度分布

紅外測(cè)溫對(duì)目標(biāo)溫度的分辨的精細(xì)程度是由測(cè)溫儀器的光學(xué)分辨率來(lái)確定的。紅外點(diǎn)溫儀的光學(xué)分辨率是由距離系數(shù)由D：S之比確定的，即測(cè)溫儀探頭到目標(biāo)之間的距離D與被測(cè)目標(biāo)直徑S之比。對(duì)于距離D之外的目標(biāo)，點(diǎn)溫儀測(cè)得的就是直徑為S的圓形平面的平均溫度。如果測(cè)溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠(yuǎn)離目標(biāo)之處，而又要測(cè)量小的目標(biāo)，就應(yīng)選擇高光學(xué)分辨率的測(cè)溫儀。Raytek紅外測(cè)溫儀D：S的范圍從2：1（低距離系數(shù)）到高于300：1（高距離系數(shù)）。

??? 紅外熱像系統(tǒng)的空間分辨率（IFOV）就是其光學(xué)分辨率，即單個(gè)像元的尺寸P與焦距F之比。對(duì)于采用25μm探測(cè)器的熱像儀，只要其焦距F大于25μmx300 = 7.5mm，熱像儀對(duì)目標(biāo)溫度的分辨能力就大于高距離系數(shù)的紅外點(diǎn)溫儀（300：1）。而在某些涉及溫度分析的領(lǐng)域，采用溫度分辨能力更高的紅外熱像儀則顯得尤為重要，例如芯片熱分析：

探測(cè)物體表面的熱場(chǎng)分布

??? 紅外目標(biāo)特征主要表現(xiàn)為表面溫度、表面發(fā)射率和熱場(chǎng)分布。僅能捕獲單點(diǎn)溫度值的紅外點(diǎn)溫儀，在對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，一次探測(cè)的采樣點(diǎn)只有一個(gè)，而紅外熱像系統(tǒng)的一次探測(cè)采樣點(diǎn)則數(shù)以萬(wàn)計(jì)。上海博銳特光電科技有限公司研發(fā)、生產(chǎn)的紅外熱像系統(tǒng)采用像素為384×288的探測(cè)器，采樣點(diǎn)為110592個(gè)。因此，熱像儀可以將整個(gè)目標(biāo)的溫度特性形成一個(gè)平面圖像，能探測(cè)物體表面的熱場(chǎng)分布而非單個(gè)溫度。