Archive for 10月, 2020

熱成像技術在食品工業中的研究現狀

熱成像技術在熱處理中的應用。溫度控製和監視不僅是食品在預處理,預熱,熱印和消毒等過程中的重要控製因素,而且還會影響食品存儲,運輸和銷售過程的其他方麵。食品工業中的傳統溫度控製使用諸如熱電偶,溫度計和熱敏電阻之類的接觸方法。近年來,包括熱成像技術在內的一些非接觸式測量方法和成像技術也已經實現了高頻和高分辨率。優點已被廣泛使用。

通過測量脫水過程中的溫度分布來研究柑橘的脫水動力學,然後確定水果的最終幹燥點以建立其在線質量控製係統。此外,熱成像技術可以檢測食物的加熱效率,通風,空氣狀況和冷卻效果,並跟蹤食物生產中的潛在空氣汙染源等。

熱成像技術在水果和蔬菜收獲後質量控製中的應用。機械損傷,微生物感染和成熟加速引起的表觀損害經常影響收獲蔬菜的質量並造成巨大的經濟損失。手工評估方法(如傳統方法中的目測檢查)耗時且易受人體疲勞影響,無損檢測技術(如光譜成像和熱成像)已在收獲蔬菜的質量控製中迅速發展。目前,熱成像技術正在客觀地量化機械損傷。該方法利用樣品之間的熱擴散係數差異,並使用具有不同損壞程度的樣品來檢測對溫度的差異響應。

熱成像技術在穀物質量和安全性評估中的應用。病蟲害和微生物感染是影響穀物質量和安全性的重要因素。在食品的貨架期和儲存期間對病蟲害的檢測非常重要。這不僅與食品安全法規有關,而且與人們穀物消費的健康和滿意度有關。檢查糧食病蟲害的傳統方法包括人工選擇和篩選。由於大量的晶粒,小的尺寸以及許多用肉眼難以檢測到的特征,手動檢測方法麻煩,效率低,主觀且誤差大,難以精確。從受感染昆蟲的特定生長期來看,熱成像技術的出現和發展可以有效地解決此類問題。使用熱成像技術可以在後胚發育階段檢測昆蟲。原理是昆蟲在此期間的呼吸會產生熱量,這與穀物形成的溫度不同。

熱成像技術通過熱特性的差異來區分食物和異物。該技術是檢測異物的輔助方法,是光學和機械方法的補充檢測。就是說,檢測效果與被測食品的物理性質,成分和圖像噪聲有關。使用熱像儀成功地檢測到食物中的異物,例如腐爛的堅果,貝殼,鵝卵石等,證實了熱成像技術在該檢測領域的有效性。

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紅外熱像儀傳感器電路的工作和應用

熱成像設備具有24小時的工作能力,可以在各種氣候條件下正常工作,因此對海軍,陸軍和空軍等武裝部隊都是有益的。熱探測器捕獲 由零溫度以上的所有物體產生的IR(紅外)輻射。捕獲部分的溫差以百克表示。隨著IR檢測器技術的開始,具有運動部件和困難的低溫的大型冷卻的熱檢測器已經變成了沒有運動部件的小型且較便宜的未冷卻微測輻射熱儀。熱成像係統由於其眾多優點而在軍事上得到了廣泛應用,並且也得到了定義。

它被武裝部隊廣泛用於邊境監視和法律實施。它也用於船舶事故避免和控製係統。在航空業中,它可以大大減輕夜間飛行的危險。它們廣泛用於軍事飛行中,以識別,發現和瞄準敵軍。最近,它們也被合並到民航中以對飛機進行健康檢查。

什麼是熱成像傳感器?

熱成像傳感器是一種用於根據物體的絕對溫度確定圖像的傳感器。圖像是根據對象的熱特征形成的。這些設備根據其熱模式記錄設備的當前簽名,並且不需要諸如主動紅外設備之類的光束。熱成像的範圍是-50oC至2,000oC。

熱成像類型

熱成像傳感器分為兩種類型,即冷卻的熱成像和非冷卻的熱成像。

冷卻的熱圖像通常包含在真空密封的盒子中,並進行低溫冷卻。這些設備需要冷卻以用於半導體材料的操作。否則,它們將被自身的輻射所蒙蔽。冷卻的紅外熱像儀可提供出眾的圖像質量,體積龐大且生產和運行昂貴。冷卻耗時且耗電。因此,相機需要一些時間來冷卻後才能再次開始工作。

未冷卻的熱圖像使用傳感器,該傳感器使用控製元件在環境溫度或室溫下運行。圖像質量和分辨率往往低於冷卻的檢測器。未冷卻的熱像儀體積更小,生產和運行成本低。這些成像器的操作速度更快,並且功耗更低。

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紅外熱像儀在汽車安全方麵的應用

紅外熱成像技術在汽車領域的應用由來已久。除了用在汽車生產廠內對電氣設備進行例行的紅外熱成像儀檢查之外,其在汽車研發中也應用頗廣。紅外熱像儀技術可以更有效、更快速、更準確地診斷出汽車設計,結構等的相關缺陷。

下麵就典型的幾種診斷應用文字說明:

1.發動機故障診斷:一般來說,發動機都要經過振動和噪聲測試來進行整體結構的評估。但對於發動機的某些細微缺陷來講(例如:微小的裂紋,細微的結構設計差別等),則是很難通過前兩種方式來進行準確診斷的。而紅外熱成像技術則可以將細微的結構缺陷反映為細微的溫度差別,從而能夠達到其它方式所不能達到的診斷效果,上圖為拍攝汽車轎車內部發動機的熱圖,我們可以對發動機汽車內部的溫度分布一目了然。各個部件位置的溫度可以準確反映出實際工作中的發動機性能的體現。

2.製動係統故障診斷:車輛的製動診斷取決於很多因素,根據重量分布,車輛尺寸,車輛高度等情況,前製動係統要擔負較大比例的製動作用。使用紅外熱像儀對車輛前後輪的溫度進行比較,這種方法簡易可行。一般來說,前輪的溫度應該高於後輪的溫度。如果兩個前輪(或後輪)的溫度也有差別,則可以判斷為製動係統中存在油路不通暢,可能是空氣的緣故。

3.車身氣密性檢測:汽車的空調係統的好壞對汽車的使用至關重要,而車身的整體氣密性將直接影響到空調係統的工作效率。在進行汽車測試時,打開車內的空調係統(運行一段時間),再使用紅外熱像儀將整車的熱圖拍攝下來。如果汽車車門,玻璃銜接處等發生氣密泄漏,則可以看到此處的溫度和外界環境溫度並不一樣。從而可以對車身的整體氣密性提供準確地分析和評估。

4.車窗加熱絲的檢測:加熱絲位於汽車後玻璃,其工作正常與否將直接影響到汽車在多霧情況下的安全駕駛。使用紅外熱像儀可以對整個加熱絲的分布做出全麵的迅速診斷。

5.汽車排氣管的檢測:排氣管的溫度過高可以反映出燃燒不充分,從而對發動機係統的工作狀況有個間接的評估。如果管路的溫度分布不均勻,則可以反映出管路本身具有結構上的缺陷。其它,汽車底盤的軸承係統、電氣設備、車身的舒適性等,都可以采用熱像儀來進行相應的檢測和診斷。

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紅外熱成像應用電機解決方案

紅外熱成像是一種檢測物體發出紅外線能量的方法,將紅外線能量轉換為溫度,並顯示溫度分布的圖像。紅外熱成像儀是一種利用紅外輻射形成圖像的手持式裝置,類似於使用可見光形成圖像的常規攝像機。不像450 – 750納米波長範圍的可見光攝像機,紅外攝像機在750 – 14000納米(14微米)波長範圍內工作。

紅外熱成像廣泛應用於各種應用,如電氣、機械和HVAC地點的現場測試和維護。電動解決方案用於自動調整鏡頭的焦距來銳化圖像。運動控製解決方案可以同樣用於調整檢測器的運動,從而獲得更佳的精度、速度和精密度。熱成像有刷直流柱形疊堆步進電機和驅動器在輕量級封裝中提供高分辨率,使紅外攝像機獲得更好的運行精度和速度。

食品工業熱成像的研究現狀論文

隨著高分辨率紅外檢測器的發展,熱成像技術在食品工業領域得到越來越廣泛的應用,然而該技術在食品質量在線檢測方麵的應用還需克服一些局限性。

首先,熱成像技術在檢測前一般通過冷或熱處理來形成樣品間的溫差,該過程有可能引入汙染物並且改變某些食品的感官性質。因此,熱成像檢測係統的設計需要考慮被檢測食品對溫度的耐受性。此外,熱處理或冷處理係統在紅外攝像機的拍照範圍內要均一分布,否則熱分布的變化可能會影響成像效果。

其次,環境熱幹擾會影響熱成像傳感器的運行,因此在線監測中,各加工過程都須注重環境溫度的控製。另外,傳輸帶係統等不均勻的圖像背景會影響由檢測器引發的背景噪聲的去除效果。就檢測器本身而言,如像素出現不均一的響應或“死點”、“壞點”,就要加強對所獲圖像精確性的要求。

一般來說,“壞點”約占檢測器像素中的1%,該比例隨著攝像機的衰老而增加,因此,建議經常檢測熱成像攝像機的性能。“壞點”的檢測表麵可能溫度分布均勻,通過代替臨近像素的平均值或中值來校準此類像素。

作為食品工業中一項新興的質量安全評估技術,現代熱成像技術高效、高速、無損、無輻射源、精密度好、安全性高並且容易使用,在食品工業中將會有廣泛的應用前景。就今後的發展方向而言,與高光譜成像係統的聯用將加強熱成像技術在食品過程控製中的能力,也有助於對所測物體進行更加全麵、完整的描述。

該項複合技術有可能加強整個食品流程鏈的監測力度,但仍然在熱源、光源、被測物形狀描述等方麵存在挑戰。目前該領域的相關研究尚處在實驗階段,未來的研究應該注重其在工業中的具體應用。

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熱成像技術在消防領域的應用

火災探測

熱成像攝像機能夠顯示物體溫度場,將人眼不能直接看到的目標表麵溫度分布情況,變成人眼可以看到的代表目標表麵溫度分布的熱圖像,通過對溫度場的監控可即時發現溫度異常,預防由於溫度異常引發的隱患,如火災。

熱成像攝像機是唯一一種可將熱信息瞬間可視化並加以驗證的診斷技術。熱成像攝像機通過對非接觸探測到的紅外熱能加以量化,能準確測量被攝物體表麵溫度,通過對被攝場景的熱能分布和溫度分析,實現對環境或物體的異常診斷。可追蹤場景或區域高溫目標,當溫度高於設定值時可發出報警。

采用熱成像技術實時分析現場火勢情況,判斷火種分布、傷員位置,為消防部門搶險救援、疏導現場人員提供準確有效的數據分析和技術支持;調取災前、災時的現場熱成像視頻錄像及相關數據,為消防部門調查火災原因、監察部門取證問責提供有力依據。

火災預警

采用熱成像攝像機對易燃區域采取全天候測溫監控,當區域內溫度急劇升高時自動觸發報警,在火情尚未發生之前為消防部門采取措施爭取決策時間。

係統通過紅外熱成像測溫預警係統,可快速探測和發現超溫目標,指示高溫點位置並發出報警,輔助可見光攝像機進行確認,並最終認定為火險。

人員救援

消防搜救:火場中彌漫大量煙霧,煙霧中含有大量微米級碳黑顆粒,非常容易吸收可見光,導致可視距離大幅降低,對搜救被困人員造成極大影響。

熱成像特點:當顆粒遠小於傳感器所使用的光纖的波長時,將大大降低散射程度,使煙霧中的場景變得清晰。熱成像穿透煙霧的能力可以輕易地在充滿煙霧的場景中幫助定位受困人員,從而拯救生命。

消防搜救

火種排查:火災現場情況複雜,濃煙中往往隱藏著各類易燃易爆危險物品,對火種排查及搜救行動造成極大危險。

熱成像特點:熱成像技術能夠穿透濃煙,分析出不同溫度的火焰,為火災趨勢分析提供依據。並可通過監控火場實時溫度確定火場的危險係數,進而決定火場作戰的進、退,對火災撲救和搶險救援工作提供作戰的數據分析和技術支持。

農業中紅外熱成像的處理方法

紅外熱成像是熱紅外技術與成像技術相結合的產物。自然界一切高於絕對零度的物體都會發出熱紅外波段,熱紅外圖像就是利用目標與背景之間發出的輻射差來進行成像。熱成像圖片一般是用鐵紅色來直觀地描述溫度分布,但輸出的並非是RGB圖像,而是一種灰度圖像。每一個像素點並非是通常的灰度信息,而是溫度信息。在圖片處理過程中,將圖片溫度信息歸一化後即可變為灰度信息。農業擁有著複雜的背景環境,因此,分割提取近似代表作物的溫度特征的典型區域,具有一定難度。

目前,流通在市場上的熱像儀產品通常都會自帶圖像處理軟件。大部分產品都具有點測溫、線測溫、規則與不規則區域測溫以及其溫度最值、平均值和跨度的修改等功能,以達到獲取熱成像圖有用信息的目的。

在研究低空氣濕度對小麥氣孔特性的影響時,利用熱像儀采集小麥葉片溫度。在葉片上隨機取30個點的溫度,將其平均值作為該葉片的溫度特征。在研究作物病毒早期檢測方麵的應用研究中,利用熱像儀采集水稻稻瘟病葉片,利用軟件進行線溫分析,分布圖的橫坐標為像素位置,縱坐標為溫度圖,用1條沿葉片走勢的線來近似作為細長水稻葉片溫度特征分布圖。在研究稻種發芽率時,利用紅外熱成像技術采集了圖片的熱紅外圖,以軟件的工具框選出種子的溫度,將框選範圍內的溫度平均值作為種子的溫度特征。高誌勇等在研究玉米遺傳突變體群的幹旱反應篩選與鑒定時,利用軟件對玉米的熱圖、麵積和溫度直方圖分布進行分析處理。

從當前研究看,紅外熱成像在農業方麵的監測開始走向結合無人機遙感的路線,這也是未來的發展趨勢。紅外熱成像技術在農業上的應用雖還處在發展階段,作為精準農業最有前景的信息獲取技術已經在農業生產、作物監測以及抗性檢測中發揮了重要的作用。在精準農業中,精確且有效地獲取作物的紅外熱成像特征仍然是農業精準管理和作業的重點與難點,相關技術與方法的突破對實現精準農業、信息化農業與智能化農業管理具有重要意義。

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