Archive for 9月, 2020

紅外熱成像攝像機的應用淺析

隨著近幾年來網絡攝像機的迅猛發展,從標清到高清,以網絡攝像機為監控單元的網絡集中式監控係統已日益完善。但在實際應用中,某些特定場景–比如像大霧天氣、大雨天、漆黑的夜晚–需要監控大的範圍(輔助紅外燈一般僅能覆蓋有限角度的50米以內);又比如對於水庫、航道、海麵、森林防火、邊境防入侵、電力設備等重點設備的看護等等場合,普通的可見光或有限的紅外燈輔助方式的監控,就有點力所不及了。

霧霾天氣

而雙波段紅外熱成像儀及視頻報警係統(紅外熱成像智能監控係統),是基於非製冷紅外熱像儀,並結合可見光攝像機等硬件係統,采用紅外/可見光複合成像、視頻圖像處理及自動行為分析報警等相關軟件相互結合的監控方式,可完全勝任夜間或者惡劣天氣條件下(如大雨、大霧等)的監控任務。

森林監控

隨著光電信息、微電子、網絡通信、數字視頻、多媒體技術及傳感技術的發展,安防監控技術已由傳統的模擬走向高度集成的數字化、智能化、網絡化。隨著市場需求的增加,現代高新技術幾乎在安防監控係統中都有應用或即將應用,而現代傳感技術中發展迅速的紅外熱成像技術在安全防範係統中的應用正是順應了這一趨勢。

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陶瓷板的超聲紅外熱成像檢測

超聲紅外熱成像能夠應用於脆性材料進行檢測,但操作時需要小心謹慎,防止損壞試件。

利用超聲紅外熱成像對陶瓷板上裂紋的檢測,樣品的缺陷是用維氏壓頭預製。在脈衝波的後期,由於熱量在裂紋的周圍向外輻射,所以圖像會變的比較模糊。對於深層缺陷或較厚材料的檢測,一方麵要求超聲激勵能量必須足夠大,以確保深層缺陷產生的內部溫度變化最終能夠導致材料表麵溫差超過紅外熱像儀的熱靈敏度,且表麵溫差持續時間應大於紅外熱像儀的響應時間,才能產生可識別的熱信號。

另一方麵,超聲發射頭多為金屬鋁或鈦等,激發過程相當於錘打試件,容易導致二次損傷,尤其是對衝擊載荷比較敏感的材料或構件,所以超聲激勵能量的選擇必須合理。由於超聲激勵下的局部溫度變化過程較快且持續時間短,紅外熱像儀的技術性能高才能保證不漏檢。

紅外熱成像在工業製造領域的應用

紅外熱成像技術發展趨勢

紅外熱成像技術是一項前途廣闊的高新技術。比0.78微米長的電磁波位於可見光光譜紅色以外,稱為紅外線,又稱紅外輻射。其中波長為0.78~2.0微米的部分稱為近紅外,波長為2.0~1000微米的部分稱為熱紅外線。

紅外熱成像技術是一種被動紅外夜視技術,其原理是基於自然界中一切溫度高於絕對零度(-273℃)的物體,每時每刻都輻射出紅外線,同時這種紅外線輻射都載有物體的特征信息,這就為利用紅外技術各種被測目標的溫度高低和熱分布提供了客觀的基礎。利用這一特性,通過廣電紅外探測器將物體發熱部位輻射的功率信號轉換成電信號後,成像裝置就可以一一對應地模擬出物體表麵溫度的空間分布,最後經係統處理,形成熱圖像視覺信號,傳至顯示屏幕上,就得到與物體表麵熱分布相對應的熱像圖,即紅外熱圖像。

隨著紅外熱成像的廣泛應用,也呈現了諸多明顯優勢:

采用先進的非接觸式紅外探測技術,快速、準確、方便、直觀地顯示被測物體表麵溫度場的分布,測量出物體的表麵溫度。不需要直接接觸被測物體的表麵,就能快速測試物體表麵溫度讀數,並能可靠地測量熱的、危險的或難以接觸的物體表麵溫度。紅外熱像儀測量速度非常快,可以直觀、連續地測試物體表麵的溫度變化。

紅外熱成像技術應用非常廣泛,比如在建築、消防、汽車、工業、醫學領域等。

尤其在工業製造及檢測上, 紅外熱檢測技術以其特有的非接觸、實時快速、形象直觀、準確度高及適用麵廣等優點,備受用戶青睞。目前在工業生產過程,產品質量控製和監測,設備的在線故障診斷和安全防護以及節約能源等方麵,紅外檢測技術都發揮著非常重要的作用。

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在災難麵前,紅外熱成像到底能發揮怎樣的作用?

伴隨著夏季強降水天氣的到來,多地陸續出現山體滑坡、泥石流、洪水肆掠等災害,隨著救災進展和相關新聞的持續發布,越來越多的事實顯現出許多科技在救災中的應用。現在就紅外熱像儀在地質災難中的作用和大家來分享,在災難麵前,紅外熱成像到底能發揮怎樣的作用?

地質災害防護報警主要有地災通知報警、落石檢測報警、滑坡和坍方檢測報警、雪崩檢測報警、水位檢測報警等。

1.預警監測水壩、湖泊、堤壩的險情

紅外熱像儀可以對水庫堤壩的情況實現全天候監控,監控滲漏點、監控開裂塌方、監控水流的大小,無論是白天或是夜間,無論陰雨有霧天還是晴天,熱像儀可非常清楚的看到滲漏出來流淌的水,因為水溫比環境溫度低,同時水的輻射率與周圍物體的輻射率有區別,因此即使是同一溫度也能分辨出水來。

而可見光攝像機就不能在夜間看到堤壩的情況,更無法區分出水流來,即使是白天,可見光的效果沒有紅外熱像儀的監控效果好。昆明北方紅外特種光學技術公司,擁有遠距離監控壩區情況的紅外熱像儀,可以解決目前壩區監控預報的一些問題。

2.熱像儀可全天候遠距離(5—10公裏)監控山體滑坡情況。

3.公路是通往災區的生命線,用遠距離紅外熱像儀可以全天候監控幾十公裏範圍內的公路是否暢通、是否被山體滑坡把路堵塞,是否出車禍等,一旦發現問題盡快通知采取行動。

4.遠距離探測和搜索被困人員,熱像儀在數公裏範圍內,能非常容易發現被困人員、掉到深溝懸崖中的出事車輛。

5.遠距離全天候監控河道中河水流量,以確認上遊的水情。

6.紅外熱像儀可以監測水管漏水、電力輸電線、變電站中的電力設備。

7.紅外熱像儀可檢測帳篷的密封性,漏雨點。

8.檢測食品、藥品。特別是針對地震救災物資的存儲情況(發黴,變質等監測)

9.熱像儀可準確檢查受災群眾身體受傷部位。

10.夜間可以監控受災區的安全。

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紅外熱像儀的工作原理

紅外熱像儀第六代焦平麵技術,軍用級氧化釩晶體探測器用於民用產品,具有紅外和可見光圖像功能,可靠性和穩定性高,溫度漂移小,適合於較遠距離測量,使用壽命長,是傳統探測器的二倍,超強的功能模式,擁有高像素320×240,3.5英寸顯示器可以180°旋轉,性價比極高,具有激光瞄準功能,該熱像儀設計輕便,五個按鍵可以單手操作。主要應用於高低壓檢測、機械和電力設備預防性檢查、建築節能檢測、鍋爐、反應器和管道檢測、汽車和電子產品研發、環保和消防等

工作原理

紅外熱像儀是一門使用光電設備來檢測和測量輻射並在輻射與表麵溫度之間建立相互聯係的科學。輻射是指紅外熱像儀的光路圖輻射能(電磁波)在沒有直接傳導媒體的情況下移動時發生的熱量移動。現代紅外熱像儀的工作原理是使用光電設備來檢測和測量輻射,並在輻射與表麵溫度之間建立相互聯係。所有高於零度(-273℃)的物體都會發出紅外輻射。紅外熱像儀利用紅外探測器和光學成像物鏡接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上,從而獲得紅外熱像圖,這種熱像圖與物體表麵的熱分布場相對應。通俗地講紅外熱像儀就是將物體發出的不可見紅外能量轉變為可見的熱圖像。熱圖像的上麵的不同顏色代表被測物體的不同溫度。通過查看熱圖像,可以觀察到被測目標的整體溫度分布狀況,研究目標的發熱情況,從而進行下一步工作的判斷。

人類一直都能夠檢測到紅外輻射。人體皮膚內的神經末梢能夠對低達±0.009°C (0.005°F) 的溫差作出反應。雖然人體神經末梢極其敏感,但其構造不適用於無損熱分析。例如,盡管人類可以憑借動物的熱感知能力在黑暗中發現溫血獵物,但仍可能需要使用更佳的熱檢測工具。由於人類在檢測熱能方麵存在物理結構的限製,因此開發了對熱能非常敏感的機械和電子設備。這些設備是在眾多應用中檢查熱能的標準工具。

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醫用紅外熱像儀技術的應用現狀

紅外熱像儀應用於臨床診斷涉及多領域、多學科。隨著紅外熱像技術的不斷發展,當代紅外熱像儀已成功用於神經學、血管功能障礙、風濕性疾病、組織移植、是乳腺癌、皮膚科、眼科及外科等。

早期探查:當機體發生功能改變或病變時,病灶組織的代謝會出現變化,當器質性組織形態變化尚未體現時,常規的影像學儀器無法檢測出病變;隨著病灶組織代謝率的改變,其發射的紅外熱能也會相應改變。根據這一原理,專業醫師通過分析熱圖,可判斷人體病灶的部位、疾病的性質和病變程度,為臨床診斷提供依據。這樣便可在某些疾病發生初期及時發現可疑病變,指導臨床醫生進一步檢查或跟蹤監測,以贏得確診時間,實現疾病的早期發現、早期治療。

紅外熱像儀引入醫學領域,最早始於乳腺癌檢查。因為腫瘤的生長、轉移與血管生成息息相關。采用熱像儀探測乳房皮膚表麵輪廓的溫度以估計乳腺腫瘤的大小、深度等參數,並與核磁共振成像結果對比。結果認為,熱像儀的出錯率低,且是非侵入性、無電離、可用於乳腺癌診斷的潛在醫學影像技術,有助於乳腺癌的定位診斷。紅外熱像儀因其對人體無接觸、無輻射、無損傷,適合於健康體檢,所以紅外熱像乳腺檢查在世界各地尤其是歐美地區廣泛開展,但是否可納入臨床常規乳腺檢查仍有待進一步的探討。

診斷疾病:紅外熱像圖的特征主要受解剖形態、組織結構、血液循環、神經調節、組織代謝5方麵因素影響。通過分析紅外熱圖的熱場分布情況,推斷其循環、代謝狀態,結合臨床判斷病變性質、程度及累及的區域,從而對疾病做出診斷。紅外熱像圖對老年人甲狀腺疾病的體檢及早期診斷具有重要價值。采用紅外熱像儀對糖尿病患者、非糖尿病患者進行檢查,發現糖尿病患者平均體表溫度均值低於正常人。體現了紅外熱像儀在診斷、預測2型糖尿病及其並發症方麵的潛在能力。

評價療效及預後:紅外熱像儀操作方便,可隨時采集紅外熱像數據,及時發現體表溫度的變化(包括溫度變化範圍、溫度分布形狀和溫差大小),分析病情的變化趨勢以指導臨床。另外,紅外熱圖可將圖像存盤並隨時提取調讀,易於對病情動態監視。

科研手段:紅外熱像圖可直觀地將人體體表各部位溫度的二維分布通過偽彩畫麵生動的展現出來,為科研探索提供了新的手段。

紅外熱像儀在工業檢測場所的應用

印刷電路板是電子電路中的一個非常重要的元件,傳統對印刷電路板檢測的方法多為信號注入法、波形觀察法等多為接觸式檢測,傳統方案檢測容易導致元件受損,傳統檢測方案費時費力,造成費用偏高。

針對以上問題可利用紅外熱像儀對印刷電路板進行檢測,來對故障的電路進行熱成像對比,從而判斷故障部位,實現電路故障的快速檢測。

常見的電路板故障一般為短路、斷路或者接觸不良。短路時電路板電流較正常情況下大,因此對應元件有溫升,其紅外熱成像圖較正常情況下有明顯異常;斷路或者接觸不良時,通過元件的電流值幾乎為零,此時,對應元件的溫度較正常工作時低,也能夠明顯的顯示在熱成像圖中。因此,可根據以上原理非常方便的判斷出電路板的故障點。

熱成像技術在民航領域中的應用

隨著現代航空科學技術的不斷發展,民用飛機的安全性越來越高。在裝備綜合環境監視係統以後,飛機能夠為機組人員提供全麵的地麵與空中交通、飛行氣象、複雜地貌等信息,使空中環境感知能力不斷增強。然而ISS係統隻是解決了飛機在空中飛行時的安全問題,但對於在大霧或雷雨等能見度較低以及天氣惡劣的條件下進行著陸和位於跑道上的安全性問題,則無法提供有效的解決措施。現有的ISS係統具有兩個缺陷:第一,飛機降落時飛行員無法對跑道情況有充分了解;第二,飛機在跑道上移動時不能對周圍環境進行檢測和識別,以致經常發生與其他飛機碰撞、對地勤人員造成傷害等事故。這一缺陷可以通過在飛機前下方增加紅外輔助係統進行彌補。由於紅外熱成像技術能夠對跑道及周邊環境進行檢測和識別,通過借助紅外可視圖像進行導航可以提高飛機的起降等級,從而提升飛機起降的安全性。

同時,機場的光源環境相對比較複雜,因此依靠可見光進行成像監控時圖像容易受到夜晚燈光的幹擾。觸發報警時,有可能因為監控圖像效果受到幹擾而無法看到引起報警的事件,達不到原有的效果。解決該問題的有效辦法就是采用紅外熱成像技術。由於屬於被動成像,它不受機場環境如雨、雪、霧、霾以及夜晚燈光的影響,在白天黑夜均可正常使用。

目前我國有四千餘架各型民航飛機,且《“中國製造2025”重點領域技術路線圖》提出將大力發展國產民用大飛機(如C919機型等)。預計各類國產民用飛機未來的總數將超過數千架。如果每架飛機上均安裝一套紅外輔助係統,那麼紅外熱成像技術將會在民航領域具有巨大的潛在市場。

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紅外熱像儀在食品產業中的應用

在食品產業中,對貫穿生產、運輸、儲存和銷售過程中的易腐食品認真仔細地進行溫控至關重要。熟食汙染和儲存不當接二連三地觸發食品腐爛報警,這凸顯了加強過程控製的必要性。因為食品加工過程中一般會涉及人為因素,食品加工商需要關鍵的操作自動化工具,這樣有助於減少人為錯誤,同時壓低成本。

紅外熱像儀就是這樣一款理想工具。使用FLIR紅外熱像儀可以在多種食品加工應用中實現自動化非接觸式溫度測量。模擬視頻輸出顯示在視頻顯示器上。數字溫度數據,包括MPEG4視頻輸出,可通過以太網發送至計算機上,使其輕易將這些工具集成至自動化機器視覺係統中,而無需大量的自定義控製代碼。

紅外熱像儀是首屈一指的質量保證(QA)工具。控製熟肉食產品的質量和安全是紅外熱成像技術卓越價值的真實體現。安裝一台固定式紅外熱像儀可記錄酥炸雞柳從連續式傳送帶烤箱中出爐時的溫度。

設備監測

除熟食檢測外,紅外熱像儀還能監測傳送帶烤箱。紅外熱像儀甚至可以作為反饋回路的一部分幫助控製烤箱溫度。

紅外熱像儀在傳送帶烤箱的另一個應用是監測整個傳送帶烤箱烘烤帶的溫度一致性。如果電烤箱內部的加熱元件發生故障,或整個氣體射流衝擊烤箱受熱不均,產品流一側的溫度可能會降低。

使用紅外熱像儀可迅速發現這個問題。諸如此類的質量監測使用傳統的接觸式溫度傳感器更不易檢測出來。因此,紅外熱像儀有助於在眾多產品報廢前更正產品發生的變化,提升產品質量。

包裝檢測

軟件可用於幫助紅外熱像儀定位圖像中的目標物和圖形。模式匹配可應用在冷凍食品生產中。熱機器視覺可使用圖形識別軟件檢測食品托盤隔間是否填裝適當。

自動化測量

目前紅外熱像儀可使用的應用軟件具備各種各樣的功能,可支持自動化食品加工應用。該軟件與集成於紅外熱像儀內的固件相輔相成,共同工作。這些套裝中的成像工具與庫使用獨立的硬件和語言,方便食品加工工程師快速開展熱檢測和係統控製。

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無損檢測的焦點:熱成像

從電子產品到汽車到航天器的所有產品的製造商都需要在生產線上檢查產品,組件和工具。簡單的視覺檢查通常是不夠的。紅外熱成像是一種可為許多應用提供更高準確性的行之有效的替代方法。

紅外熱成像如何工作

紅外熱像儀使用熱成像儀檢測從物體發出的輻射。紅外輻射的行為類似於可見光,可以用電子傳感器檢測到。熱像儀將讀數轉換為溫度,並顯示溫度分布的圖像。這些圖像稱為熱分析圖,使操作員可以看到發熱物體。

當前的紅外熱像儀達到每秒90幀或更高的幀速率。提供無快門紅外攝像機,可即時輸出圖像。帶機械快門的相機可提供更好的保護和更大的靈活性。普通鏡頭的範圍從7.5mm到100mm,使製造商可以根據需要將相機安裝在距生產線近或遠的位置。

熱成像無損檢測應用

長期以來,熱成像對設備經理尋找故障的電動機,開關和軸承,使其運轉得比預期的要熱。但是,這些設備還可以檢測到較涼的斑點,例如在電容器出現問題的區域。無論環境光線如何,熱成像儀都可以工作。

熱成像技術可用於流水線上的各種應用,包括連接操作。無論是超聲波,紅外還是激光焊接,熱分析圖都可以指示焊接質量,以確保其完整性和密封性。

紅外成像可用於檢查可見光相機不足的應用中的產品。將粘合劑和緊固件塗在具有相似顏色的組件上時,可見光相機可能無法看到和測量精度。但是紅外熱像儀可以輕鬆檢測正確的應用,同時確保材料在溫度範圍內。

紅外熱分析圖對平板顯示器製造商特別有用。通電時,熱像儀可以分析顯示屏活動板的加熱響應。沒有任何缺陷,所有像素均以均勻的方式預熱。但是缺陷會導致像素達到變化的工作溫度。

汽車製造商已使用紅外攝像機來檢測加熱座椅的正常運行。使用接觸溫度傳感器會減慢生產速度。它們還需要精確放置。但是紅外攝像機可以快速提供加熱元件組件的圖像和溫度讀數。

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