[科普中国]-热像仪

红外热像科技在军民两方面都有应用，最开始起源于军用，逐渐转为民用。在民用中一般叫热像仪，主要用于研发或工业检测与设备维护中，在防火、夜视以及安防中也有广泛应用。通俗地讲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。

概述红外热像仪是一种利用红外热成像技术，通过对标的物的红外辐射探测，并加以信号处理、光电转换等手段，将标的物的温度分布的图像转换成可视图像的设备。红外热像仪将实际探测到的热量进行精确的量化，以面的形式实时成像标的物的整体，因此能够准确识别正在发热的疑似故障区域。操作人员通过屏幕上显示的图像色彩和热点追踪显示功能来初步判断发热情况和故障部位，同时严格分析，从而在确认问题上体现了高效率、高准确率。

早先用于军事领域的红外热像仪，最近这些年不断向民用、工业用领域进行扩展。欧美一些发达国家自上世纪70年代开始，先后开始探索红外热像仪在各个领域的使用。经过几十年的持续发展，红外热像仪从一个笨重的机器已经发展成一个轻便、便携的用于现场测试的设备。1

结构组成红外热像仪通常由光机组件、调焦/变倍组件、内部非均匀性校正组件（以下简称内校正组件）、成像电路组件和红外探测器/制冷机组件组成。光机组件主要由红外物镜和结构件组成，红外物镜主要实现景物热辐射的汇聚成像，结构件主要用于支承和保护相关组部件；调焦/变倍组件主要由伺服机构和伺服控制电路组成，实现红外物镜的调焦、视场切换等功能；内校正组件由内校正机构和内校正控制电路组成，用于实现红外热像仪的内（非均匀）性校正功能；成像电路组件通常由探测器接口板、主处理板、制冷机驱动板和电源板等组成，协同实现上电控制、信号采集、信号传输、信号转换和接口通讯等功能。红外探测器/制冷机组件主要将经红外物镜传输汇聚的红外辐射转换为电信号。2

应用(1)对于发电机、电动机的不平衡负载，轴承温度过高，碳刷、滑环和集流环发热，绕组短路或开路，冷却管路堵塞，过载过热等问题进行监测。

(2)可以对电气设备进行维修检查。而对于安全防盗，屋顶查漏，环保检查，节能检测，无损探伤，森林防火，医疗检查，质量控制等也比较有帮助。

(3)可以监控像火山爆发、山体滑坡等突发的自然环境变化。

(4)对于变压器的套管过热，过载，接头松动，冷却管堵塞不畅，接触不良，三相负载不平衡等进行监测。

(5)对于电气装置的接触不良，过载，接头松动或，过热，不平衡负荷等隐患进行监测。

红外热像仪的应用范围愈来愈广泛，在科研领域、医疗领域、电子等行业都将发挥出举足轻重的作用。1

工作原理通俗地讲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。 现代热像仪的工作原理是使用光电设备来检测和测量辐射，并在辐射与表面温度之间建立相互联系。所有高于绝对零度（-273℃）的物体都会发出红外辐射。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。

热像优势1、由于红外热成像技术是一一种对目标的被动式的非接触的检测与识别，因而隐蔽性好，不容易被发现，从而使红外热成像仪的操作者更安全、更有效。

2、红外热成像技术的探测能力强，作用距离远。利用红外热成像技术，可在敌方防卫武器射程之外实施观察，其作用距离远。目前手持式及装于轻武器上的热成像仪可让使用者看清800m以上的人体;且瞄准射击的作用距离为2~3km;在舰艇上观察水面可达10km,在15km高的直升机上可发现地面单兵的活动，在20km高的侦察机上可发现地面的人群和行驶的车辆，并可分析海水温度的变化而探测到水下潜艇等。

3、红外热成像技术能真正做到24h全天候监控。红外辐射是自然界中存在最为广泛的辐射，而大气、烟云等可吸收可见光和近红外线，但是对3~5μm和8~14μm的红外线却是透明的，这两个波段被称为红外线的“大气窗口”。因此，利用这两个窗口，可以在完全无光的夜晚，或是在雨、雪等烟云密布的恶劣环境，能够清晰地观察到所需监控的目标。正是由于这个特点，红外热成像技术能真正做到24小时全天候监控。

4、红外热成像技术能直观地显示物体表面的温度场，不受强光影响，可在有如树木、草丛等遮挡物的情况下进行监控。红外测温仪只能显示物体表面某一小区域或某一点的温度值，而红外热成像仪则可以同时测量物体表面各点温度的高低，直观地显示物体表面的温度场，并以图像形式显示出来。由于红外热成像仪是探测目标物体的红外热辐射能量的大小，从而不像微光像增强仪那样处于强光环境中时会出现光晕或关闭，因此不受强光影响。3

技术指标1、热灵敏度/NETD

热像仪能分辨细小温差的能力，它一定程度上影响成像的细腻程度。灵敏度越高，成像效果越好，越能分辨故障点的具体位置。

2、红外分辨率

红外分辨率指的是热像仪的探测器像素，与可见光类似，像素越高画面越清晰越细腻，像素越高同时获取的温度数据越多。

3、视场角/FOV

探测器上成像的水平角度和垂直角度。角度越大看到的越广，如广角镜。角度越小看到的越小，如长焦镜。所以根据不同的场合选择合适的镜头也是相当重要的。

4、空间分辨率/IFOV

IFOV是指能在单个像素上所能成像的角度，因为角度太小所以用毫弧度mrad表示。IFOV受到探测器和镜头的影响可以发现镜头不变，像素越高，IFOV越小。反之像素不变，视场角越小，IFOV越小。同时，IFOV越小，成像效果越清晰。

5、测温范围

设备可以测量的最低温度到最高温度的范围，范围内可具有多个温度量程，需要手动设置。如FOTRIC 226测温范围是-20℃~650℃，温度量程分为-20 ℃~150 ℃ 、 0 ℃~350 ℃和200 ℃~650 ℃。尽可能选择能符合要求的小量程进行测试，如果测试60℃的目标，选择-20~150℃的量程会比选择0~350℃的量程，热像图更加清晰。

6、全辐射热像视频流

保存每帧每个像素点温度数据的视频流，全辐射视频可以进行后期温度变化分析，也可以对每一帧图片进行任意温度分析。3

本词条内容贡献者为:

刘宝成 - 副教授 - 内蒙古民族大学