Archive for 12月, 2020

紅外熱成像技術在農業中的應用

傳統的農業耕作方式存在成本高、效益低且環境汙染等諸多問題,由粗放式傳統農業向信息化精準農業轉化是農業發展的必然趨勢。精準農業(Precision Agriculture,簡稱PA),能夠快速獲取作物信息並進行解析,是其發展的必要條件。紅外熱成像技術具有快速響應的優點,並可通過手持或機器搭載的方式,做到無接觸、無損地獲取作物熱像信息。另外,在所有監測作物指標中,作物的表麵溫度被認為是響應最快的指標,能夠在作物出現肉眼可視症狀前察覺到作物的脅迫。因此,紅外熱成像技術被認為是精準農業發展中最有前景的技術手段之一。

幹旱、凍害以及侵染性病害會對農作物的生理造成影響,其中部分生理影響使作物表麵溫度產生的變化相較於正常作物的溫度十分顯著,因此紅外熱成像技術可用於監測作物生長或作物存儲的部分生理狀況,並且有助於實現農業監測方麵的智能化、信息化管理作業。

本文介紹了熱紅外成像技術的基本原理和常用的圖像處理手段,總結了紅外熱成像技術在目前國內外農業中的研究與應用進展(包括水分脅迫、侵染性病害監測、凍害脅迫、產量預測以及其他應用),分析了紅外熱成像技術在農業領域的開發與應用中所麵臨的難題和未來發展趨勢。

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非製冷紅外焦平麵陣列熱像儀技術在軌道交通等領域中的應用

最近幾年間,紅外熱像儀技術是光機電為一體的高科技產品,其技術已成為全世界普遍關注的熱門產業技術,由於作為紅外熱像儀關鍵性技術的紅外探測器及技術取得長足進展,特別是非製冷紅外焦平麵陣列技術取得突破,實現了非製冷紅外焦平麵陣列熱像儀成為小型化低成本應用的主流,解決了紅外診斷技術在各個領域因價格長期居高不下造成的應用障礙。根據攝影基本原理,紅外熱像儀由二個基本部份組成,即光學器件和探測器。光學器件將發出的紅外輻射聚集到探測器上,探測器把入射的輻射轉換成電信號,進而被處理成可見圖像,即紅外熱圖。

紅外熱像儀的紅外診斷技術

紅外診斷技術是設備診斷技術的一種,它是利用紅外技術了解和掌握設備或設施在使用過程中的狀態,確定其整體和局部是正常或異常,以早期發現故障或缺陷及其原因,並能預測故障或缺陷發展趨勢的技術。紅外診斷技術的構成有四個技術要素,即檢出信息(特征參量紅外幅射信息的檢出)、信號處理、識別評估和預測技式。據此,可以認為具有紅外診斷技術特征的熱像儀是最佳預防性和診斷解決方案的理想選擇。

為什麼使用紅外熱像儀測量?第一是安全,熱像儀是一種非接觸式測量技術,可用於從安全距離發現電氣、機械或工藝問題。這意味著您無需離目標很近,即可測量移動中或位於高處的高溫表麵。第二是探測效率高,不管您在工業設施還是在商業設施中工作,都可以快速掃描較大的表麵或發現溫差,這種溫差常常表明存在問題,或即將發生故障。第三是贏利性,采用熱像儀技術有助於提高贏利能力。它可以降低能量消耗,或幫助保持您的關鍵設備正常運轉。

紅外熱像儀的應用

紅外熱像儀的應用包含:電力行業和設備維護、建築領域、電子製造與車輛製造業、石化和冶金、LED和太陽能及它製造業、軌道交通等多個領域。
值此本文就紅外熱成像技術在軌道交通與建築(以隧道為例)領域中的應用作重點研討。

紅外熱成像技術在軌道交通中的應用

為什麼需要在軌道交通中使用紅外熱像儀?

紅外技術能檢測出導致能量損失的軌道交通中的缺陷。

眾所周知,軌道交通是一個龐大、複雜的交通運輸係統,從機車製造到運營對於可靠性、安全性均十分重視。這是因為:其一是無論何種設備,其設備維護是一種設備運轉狀況驅動的預防性維護。它是對運轉狀況、效率、熱量分布和其他指標進行直接監視,以便確定實際的平均無故障時間或對其危害在設施內所有關鍵係統裝置運轉效率損失的確定。故需定期地測量設備,隨時間跟蹤測量結果,而溫度恰恰就是一個非常有用的參數。目前紅外熱像儀檢測技術就是其中監視溫度的一種重要檢測手段。其二是車輛(無論如是機車還是汽車)製造業隨著軌道交通行業的蓬勃發展,消費者對於機車的要求也越來越高,軌道交通與汽車行業一樣,未來就是環保性,安全性,舒適性。紅外熱像儀技術除了用在機車生產廠內對電氣設備進行例行維護外,還可在軌道交通運營過程中能更有效、更快速、更準確地診斷出機車設計,結構等的相關缺陷。

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紅外熱像儀具有哪幾大優勢?

紅外熱像儀適用於全世界所有企業的非接觸式測溫項目。點溫儀是工業應用中另一款廣泛使用的非接觸式測溫工具,其工作原理與熱像儀相同:通過檢測紅外輻射,然後將其轉化為溫度讀數。然而,與點溫儀相比,紅外熱像儀具有以下幾大優勢:

● 點溫儀隻顯示數字,紅外熱像儀可生成圖像。

● 點溫儀隻可讀取單個點的溫度,紅外熱像儀顯示熱圖像中所有像素點的溫度讀數。

● 由於配備有先進的光學鏡頭,紅外熱像儀能在更遠距離處檢測溫度,有助於檢查大麵積區域。

點溫儀通常又稱為點溫槍或紅外測溫儀。因其工作原理與紅外測溫儀相同,所以,可認為是隻有一個像素點的紅外熱像儀。此工具可以完成多項任務,但由於隻能測量單個點的溫度,操作人員會錯失很多關鍵信息,無法注意某些即將發生故障,且亟需修理的高溫關鍵組件。

同時使用成千上萬個點溫儀

類似點溫儀,紅外熱像儀同樣能提供非接觸式溫度讀數。不同之處在於,熱像儀一次能同時顯示成千上萬個溫度讀數,每個像素點對應一個溫度讀數。

既省時又能探測熱量

熱像儀不僅能測量成千上萬個點的溫度,而且能將溫度讀數轉化為熱圖像。生成的熱圖像可全麵反映待檢設備的整體狀況,操作人員可立即發現點溫儀不易發現的細微熱點。

此外,熱像儀還能節省大量時間,畢竟使用點溫儀測量安裝有大批組件的大麵積區域費時又費力,因為需要單獨掃描每個部件。

熱像儀可用於檢查印刷線路板的散熱問題,完成質檢或檢查汽車行業的熱效應,或者在實驗室進行失誤分析。

本文來自電子發燒友編輯發布

紅外熱成像技術在民用安防領域的應用

人工智能要與物聯網結合,其核心是要能夠運用大量的傳感器設備,綜合視覺、語音、動作、溫度等數據,讓人與人、人與物、物與物的溝通變得更自然高效。

在國內各安防廠商展位上,架構、方案、產品等落地層麵,都不約而同的展示或新推出視頻監控產品,紅外熱成像相關的安防產品也成了重要的組成部分。

在人工智能和物聯網結合領域,紅外熱成像不僅裝上了夜視眼睛,而且還裝上了溫度計,使其具備了黑夜識別、煙火智能識別、精準溫度獲取等能力,助推了智慧應急/智慧消防、智慧交通、智慧製造、智慧園區、智慧校園、智慧社區、智慧監獄、智慧電力等領域的方案完善。

紅外熱像儀也叫紅外熱成像係統或紅外探測係統,是一種用來探測目標物體的紅外輻射,將目標物體的溫度分布圖像轉換成視頻圖像的高科技產品。

紅外熱成像感應熱能輻射成像,具有不受黑夜限製、可穿透偽裝的複雜環境、透過霧霾煙粉塵、同時感應溫度變化等特點,其獨有的夜視和測溫能力進一步推進了紅外熱成像在更多人工智能和物聯網場景中的應用。

最早運用在軍事領域,隨著紅外熱成像技術的發展與成熟,低成本的民用紅外像設備出現,在民用領域得到了廣泛的應用。

隨著紅外熱成像技術的發展與成熟,各種適用於民用的低成本紅外熱成像設備出現,其在國民經濟各個領域發揮著越來越重要的作用。

目前,紅外熱成像技術和設備,在軍用和民用領域均有廣泛的應用,如坦克、裝甲車的夜視,飛機和導彈武器,船載夜間識別和指揮、安防監控,輔助駕駛,消防及預警等。

特別是在安防領域,昔日應用於重要高端監控和政府基礎設施的紅外熱成像,未來的主要應用和走向,安防行業的大廠已經給了我們答案。

本文來自傳感器專家網編輯發布

紅外熱像儀在科研行業的應用

紅外成像技術是近十年來世界物理學領域的重要突破,作為一項實用技術,已在軍事、航天、遙感、探測、氣象、地理、醫藥等多學科獲得廣泛的應用。每天,各個學科的科學家們都在尋找各種新方法來解決他們所遇到的科研問題。實踐證明,紅外熱像儀是一種具有重要價值的檢測工具,它有助於解決許多領域內的科學難題。

紅外技術經過幾十年的發展,在軍事應用和高科技領域取得了令人矚目的成就,隨著改革開放形勢的深入發展,特別是計算機技術的高速發展,人們吸收進口紅外設備的先進技術,針對過去進口紅外熱像儀存在問題和不足進行改進和提高,從而大大改進了國產儀器的先進性和結構,提高了儀器的實用功能和靈活性。由於紅外熱像儀的無損檢測分析能力,它已成為各種研發應用領域中的重要儀器。無損檢測應用中的熱成像技術就是使用紅外熱像儀記錄經過溫度校準的紅外圖像或是熱圖像。根據這些熱圖像,我們能夠發現目標物體非常細微的溫度變化。眾多從事產品開發、產品應用或者基礎研究的科研人員一致認為在他們的日常工作中,紅外檢測是一種可靠而且快捷的無損檢測方法。

紅外檢測的優勢

在產品開發、應用的過程中,熱模型是很難預測的。這意味著人們不可能總是準確地將熱電偶放置在正確的位置來進行產品的準確測量及有效評估熱消耗。而且,熱電偶需要與被測元件發生接觸,這將會影響影像測量的結果。紅外熱像儀的其中一個優勢就在於它能以非接觸方式生成複雜的圖像。即使並不清楚故障可能發生的確切位置,紅外熱像儀仍然可以清晰地顯示故障位置。紅外檢測的另一個優勢是,通過使用紅外熱像儀,生產廠家可以避免產品召回。由於產品存在缺陷而必須召回所涉及的相關費用可達到數百萬元。如果在產品的開發設計階段便使用紅外技術,就能很容易地避免這些問題。

正是紅外檢測的優勢明顯,微電子、造紙業、汽車行業、塑料注塑成型、家電設計、電信、目標熱信號特征等各個領域的科研都更為偏好使用紅外熱像儀對產品進行無損檢測。

新型紅外技術應用

如今的紅外熱像儀能夠以非接觸的方式拍攝到微小目標的熱圖像。尤其是專為科研應用所設計的高端紅外熱像儀,可以在很寬的溫度範圍內探測細微的溫度變化,並能夠以高速實時幀頻速率捕獲和記錄圖像,便於對科研領域中典型的動態過程進行細致和深入的分析。新型探測器技術的使用讓紅外熱像儀比以往更為經濟。由於這一革命性的進步,許多大學和小型研究中心也能夠從紅外熱像儀係統中獲益。而且,如今的紅外相關軟件功能也已經變得更加強大。僅僅從視覺上對紅外圖像進行比較是很困難的,人類的肉眼無法分辨過於細小的溫度變化。憑借諸如圖像相減的功能,兩個熱圖像上每個像素的溫度相減,最後得到的圖像就可以顯示出這兩幅圖像中溫度的差異,這種差異有時是非常細微的,通過軟件進行相關數據分析,能得到正確的結果。這對於科研的發展有非常重要的作用。

通過紅外熱成像技術在科研方麵的擴展應用及相關行業部門、學會、協會的更密切聯係協調,可為新材料研究,技術支持、技術培訓等提供一個新方向。通過改造和創新,研發出具有自主知識產權的新的技術、產品,能降低原有設備成本、提高效益,使企業保持國內領先地位,達到國際先進水平,增強了其在國際市場的競爭力。

本文來自工控網編輯發布

紅外熱像儀在地下結構和道橋工程中的應用

在公路隧道、地鐵隧道、地下室、地下車庫、地下商場等各類地下工程中,由於設計、施工、選材、地質條件以及人為或自然災害等因素,導致已運營的地下工程常常發生滲漏現象,若不進行及時治理,必將影響工程使用功能、影響結構耐久性甚至會影響到地下結構的安全。

紅外熱成像技術是0.78微米長的電磁波位於可見光光譜紅色以外。指波長為0.78~1000微米的電磁波,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。自然界中,一切物體都可以輻射紅外線,因此利用紅外熱像儀測量目標本身與背景間的紅外線差可以得到不同的熱紅外線形成的紅外熱成像。

不是人眼所能看到可見光圖像,目標的熱圖像和目標的可見光圖像不同。而是表麵溫度分布圖像。 紅外熱成像使人眼不能直接看到表麵溫度分布,變成可以看到代表目標表麵溫度分布的熱圖像。所有溫度在優良零度(-273℃)以上的物體,都會不停地發出熱紅外線。

紅外線(或熱輻射)自然界中存在較為廣泛的輻射,還具有兩個重要的特性:直接和物體表麵的溫度相關。熱輻射的這個特點使人們可以利用它來對物體進行無需接觸的溫度測量和熱狀態分析,物體的熱輻射能量的大小。從而為工業生產,節約能源,保護環境等方麵提供了一個重要的檢測手段和診斷工具。

紅外熱像儀在道橋工程中,因路麵厚度設計、基層、路麵窨井及管線、混凝土質量、橫向縮縫、溫差及交通荷載等各方麵的影響,導致瀝青路麵產生的各種缺陷如龜裂、塊裂、縱裂、橫裂、坑槽、沉陷、車轍、波浪擁包、修補不佳等,水泥路麵產生的破碎、裂縫、板角斷裂、錯台、唧泥、邊角剝落、接縫料損壞、坑洞、修補損壞、拱起和層狀剝落等缺陷,以及橋梁開裂、破損和路麵積水等均可利用紅外熱像儀技術進行普查,為道橋養護、維修與加固提供可靠依據。同時,檢測結果易於長久儲存,反複調用,便於建立檢測檔案資料。

紅外熱像儀在各行業的應用價值

紅外熱像儀—電力行業應用在世界各國,已經成為電力行業預防性維護檢測的核心工具。30多年來,全世界數以千計的電力企業正在使用紅外熱像儀,以避免發生代價高昂的故障,提高運營可靠性,避免發生電氣火災。紅外熱像儀—科研行業應用;如微電子,紙處理,自動化,塑料,模具,裝備設計,通訊,機械測試,科研等等。在煉油工廠,錯過不僅僅意味著損失時間和成本,甚至可能會有人失去生命!在精煉廠這種惡劣的生產環境中,對監控和檢查要求異常嚴格。

二十多年來,從事石油精煉和石化的專業人員使用紅外熱像儀來解決棘手的問題和日常的預防性維護工作。通常的檢查目標包括了電氣和機械元器件—以及高溫管線、加熱器、儲存容器和熱交換器。加熱的熔爐 酸箱液位測量 加工過程 管道 機械和電氣設備 紅外熱像儀—冶金鋼鐵行業應用使用紅外熱像儀對鋼包、魚雷罐車和其它有耐火材料的設備和/或構件,及驅動精軋機的大功率電機,進行日常的熱測量,可以節省開支,有助於提高鋼鐵質量,節約了時間和成本。由於其中一個精軋機引起的意外停工將導致每分鍾6000美元的損失。

為什麼瀝青路麵會提前失效而且出現骨刺樣的坑窪、破損和破裂?自從80年代中期以來,很多服務年限設計為15年的高速公路即將很快失效。在鋪路的過程中,用紅外熱像儀來追蹤路麵或墊子上混合的熱瀝青中可能會出問題的區域溫度的變化。

在建築材料中的濕氣會破壞結構的完整性,並且滋生黴菌。解決濕氣問題的第一步便是快速準確的找到並消除一切濕氣產生的來源。紅外熱像儀將可以立即向您顯示何處潮濕和何處幹燥,可以迅速找到問題根源,並進行小規模的或根本無需對建築物進行拆卸,從而把對居住者的影響降到最低。紅外熱像儀能夠對各種建築故障進行快速、可靠和準確的建築診斷,它可以用於火災洪水等災難事故調查,也可以用於解決長期滲漏及濕氣問題。 紅外熱像儀能夠展現可能錯過的現場情況。

在製造工廠,錯過不僅僅意味著損失時間和成本,甚至可能會有人失去生命。幾十年來,從事預防性維護的專業人員、負責過程和質量保證的工程師都使用紅外熱像儀來解決棘手的問題和日常的維護工作。通常的檢查目標包括電機、泵、傳送機、電氣連接和元器件,新設備安裝,壓力機修理,甚至廠房本身—房頂,HVAC係統,以及結構情況。

紅外熱像儀—動物醫療行業應用超過千年的發展演變來看,在野外馬會本能的掩飾傷痛和跛足。這將大大影響獸醫對馬匹病痛的檢查,診斷和治療。紅外熱像儀是一種功能強大、無損診斷的工具,它可以幫助獸醫在並發症或更嚴重的一係列病症發生之前有效的檢查、確認和治療病情。在沒有紅外熱像儀之前,獸醫隻能夠通過觀察或觸診的方法來發現病情,但是通過紅外熱像儀,可以在病情嚴重之前,快速發現異常情況。

船舶的紅外熱成像檢測解決方案

在不久的將來,船上機械設備也將受益於紅外熱像儀,尤其是作為預入港策略,為設備和需要關注的係統確定和設定目標,同時執行必要的排礙工作。如今,紅外熱像儀在船上能夠發揮更大的作用。

商船是熱成像檢測的主要對象:它們擁有大量的機器、龐大的電氣設備、擴展的電子係統,這些地方幾乎很難通過肉眼進行檢驗。除此以外,防火是一項重要的工作,且相關規定也很明朗:根據《國際海上人命安全公約》,機器和機輪艙內部件及組件的最高溫度不可超過220℃。為防止起火和火勢蔓延,所有超過220℃的表麵溫度必須進行隔熱,或者受到保護(《國際海上人命安全公約》第2章15.2.10節)。 據統計顯示,大部分輪機艙內的火災是由破裂的管道引起的,包括最終噴濺到相鄰熱表麵的燃料和油。這並不常發生。但是,輪機艙內的火災不僅會對運輸船和貨物造成嚴重且代價高昂的後果,而且對船上人員以及貨運公司同樣如此。

小缺陷不計其數,而且經常缺少《國際海上人命安全公約》中所要求的管道和電纜絕緣設備。此外,使用紅外熱像儀進行熱成像檢測能夠立即顯示電路、電力係統和船艙上其他裝置及部件的狀況。更廣泛地說,紅外熱像儀可在裝載和卸貨時實現快速、準確地檢測,以保障當前地海上貿易。

熱成像檢測具有不影響船舶運行的優點。在檢測條件良好的情況下,發動機的運行必須保持正常的負載和溫度。

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超聲聯合紅外熱成像對膝骨性關節炎的評估

膝關節骨性關節炎(KOA)是老年人的常見疾病,隨著人口老齡化的加劇,到2020年KOA有可能成為殘疾的第四大主要原因,是導致老年人膝關節功能喪失、致殘的一個重要因素,它引起的疼痛和功能障礙嚴重影響人們的生活。目前KOA臨床常用影像學檢查包括X線、CT、MRI等。X線能夠檢測KOA的骨骼特征及關節間隙寬度,但對評估KOA關節組織損傷缺乏靈敏性和特異性,不能直接觀察關節結構。

CT可以用於判斷是否有骨折和骨贅,但CT輻射大,不宜多次檢查;MR可用於判定KOA合並半月板損傷及關節腔積液,但其價格昂貴,不能成為常規的檢查方式。近年來,隨著肌骨超聲檢查技術的進步,應用超聲觀察解剖結構病變和KOA疼痛之間關係的研究逐年增多。有研究使用超聲檢查發現膝關節解剖結構改變與疼痛之間存在關聯。但MALAS等研究未觀察到有症狀組病人西安大略和麥克馬斯特大學骨關節炎指數(WOMAC骨關節炎指數)與軟骨退化嚴重程度之間有正相關關係。KOA結構病變與疼痛之間的關係尚無定論。紅外熱成像能夠對病變進行生理和功能檢查。

目前,膝關節紅外熱成像大多應用於炎症性關節炎所致的膝關節病變研究,用於評估KOA的研究較少。本研究聯合肌骨超聲和紅外熱成像方法,評估KOA病人的疼痛、功能障礙嚴重程度,探討聯合檢查對KOA臨床評估的價值。

目的是了解超聲聯合紅外熱成像評估膝關節骨性關節炎疼痛及功能障礙的價值。膝關節骨性關節炎病人42例,采用彩色超聲診斷儀檢測病人軟骨磨損程度,按照超聲檢查結果將研究對象分為輕度組(23例)和中重度組(19例)。使用視覺模擬評分(VAS)、WOMAC骨關節炎指數對受試者的疼痛和功能障礙進行評估。於就診當天及4周後使用SP-9000醫用紅外熱成像儀進行紅外熱成像檢查。

超聲檢測顯示的膝關節軟骨磨損程度與膝關節骨性關節炎的疼痛呈強相關(r=0.817,P<0.01),與WOMAC骨關節炎指數呈強相關(r=0.827,P<0.01)。膝關節髕骨溫度與超聲檢測的軟骨磨損程度呈中度相關(r=0.442,P<0.01),上內側溫度、下內側溫度與軟骨磨損程度均呈弱相關(r=0.350、0.386,P<0.01);上內側溫度與疼痛及WOMAC骨關節炎指數呈中度相關(r=0.490、0.438,P<0.01);膝關節髕骨溫度與疼痛、WOMAC骨關節炎指數呈中度相關(r=0.431、0.397,P<0.01);膝關節下內側溫度與疼痛、WOMAC骨關節炎指數呈弱相關(r=0.373、0.311,P<0.05)。

受試當天及4周後兩次膝關節紅外熱成像檢查提示紅外熱成像評估膝關節的可信度和可重複性均良好(ICC範圍為0.73~0.84)。結論紅外熱成像和超聲檢查在膝關節骨性關節炎評估過程中聯合應用,可以一定程度上評定膝關節骨性關節炎的疼痛和功能障礙。