红外热仪的其他应用领域
1法律的实施 2安全检修 3火警探测 4消防 5搜索营救 6环保 7夜间驾驶 8 监视追捕逃犯 9监视非法活动 10国境线巡逻 11墓穴探测 12汽车竞赛 13媒介 14节能环保
为什术应用越么红外技来越广泛?
1全球竞争:低成本新设备全球统一价位
2设备更新成本:高成本低比例回报
3顾客期望值增加:高质量交货可靠
4环境与安全因素:强制性开支减少资本生产效率
维修成本/维修理念
直接维修成本
--人员加班费用承包方费用零配件工具
间接维修成本
--高生产成本停产
--质量下降售后服务较差
故障维修---损坏就要及时维修(发生故障后维修)
预防性维修---继续工作(计划)
预知性维护(PDM)--如继续工作无须维修
主动维护(PAM)—防止故障模式
预知性维修(PDM)的作用?
1需要有必不可少的工具保障大限度的安全性和完善的可靠性
2提前检查可能存在的确系统和设备故障
3将维护时间少化
4让正常机械保持正常运转
热像仪以状态为基础的维修项目的效益
安全--意想不到的设备故障可能产生危险事故导致职工维修人员或公众的人身伤害甚至死亡.远程非接触探测技术可以降低大故障发生的概率
在问题出现之前发现问题—存在的问题将迅速查明在出现故障之前能及时进行修复
完善与成本较低的维修
较大的系统安全性—减少预料之外的运行中断辅助设备的损坏和停工时间
降低商品的销售成本—增加正常的运行时间增加生产减少预料之外的停工时间
降低整体经营费用—提高维修水平降低维修费用减少备件的库存
增加收入
维修经济学及预算案例
--北美工业每年花费2200亿美元应用于维修其中大约百分之三十是不必要的
--维修消耗占15%-40%的商品销售成本
维修预算案例:
---道氏化学公司 10亿
---太平洋联合铁路公司 10亿
---美浮石油 8亿
可以用于宣传的案例
1保险与风险管理处提出:红外线热成像是一项用于当代工业中降低安全隐患的关键性技术
2哈特福德保险公司经过十年研究认定:适当的红外技术应用可以取得百分之四百的回报
3百分之三十左右的火灾损失是由电力故障引起的热成像技术可以有效消除这些故障损失---苏黎世风险工程
红外线/红外成像技术及成像法
什么是红外线
-红外线是一种能量是电磁波频谱的一部分.它的特性与可见光类似但我们的研究看不见它
红外热成像技术及成像法?
-红外热成像技术是将不可见的红外辐射转变为可见的技术
-红外成像法是对被检测物体表面进行非接触的成像并分析其热图谱的方法
非接触热成像仪的主要优势
远程测量--用于遥远不可接触或运动目标
不干扰--有些材料在被接触时会损伤或温度将被改变
快速测量--用于温度改变迅速或移动中的目标测量
安全--不用接触运行中的设备如电气系统
几个比较有用的技术参数
1图象分 辨率:站在多远的距离可以看到多大的物体
2测量分辨率:测量器具对所测量物理量的小可靠分辨能力。
3热分辨率:测量少的温差是
4探测器(像素)
5热灵敏度
6发射率:辐射率=发射率+反射率+透视率(约等于零可以忽略不计)=1
热和温度
材料性能
红外线和热试验包括对表面温度和热能流进行测量以判断隐患并对隐患进行分析.
因此掌握材料热性能方面的基础知识是对我们理解材料表面温度变化重要性的基本要求.
动能和热能
所有物体都是由持续运动的分子组成动能直接关系到物体能量的数量.我们知道热的物体比冷的物体有更多的热能因为在热的物体中分子运动得更快一些热能是物体分子所拥有的动能的和
关于热能的3个主要理论
1 分子是在无序地运动而且存在于所有的物中
2 热能和物体内动能的量有着直接的关系
3 运动的分子发生碰撞的时候能量会在这两个碰撞的分子之间转移
热能和热
当拥有较大的物体和拥有较小热能的物体接触时热能会从一个物体转移到另一个物 体上当热能在两个物体之间转移时这个过程被称作加热.
热力学第二定律
热能是从无度高的区域向温度较低的区域移动发生这种情况的原因是较高温度物体中的分子运动的平均速度比较低温度物体中的分子运动的平均速度快
热的简单定义:
热就是温差所导致转移的热能.不是一个物体所含的能量而是从高能级物体流向低能级物体转移的能量流
关于热的小结
热是传送中的能量
热从温度较高的物体(区域)向温度较低的物体(区域)转移
热是热能从一个物体向另外一个物体转移的过程
热不是一种能量
检测的类型
热成像检测主要有两种类型:定性和定量定性热成像能够拍摄热图象结合这些热图象就能分析和接收热信息.定性检测可以采用红外成像仪或者是红外成像辐射仪进行操作.定性检测是检测的基本类型在所有热成像分析检测中都必须考虑定性分析的原则定性是被技术考虑的是为后来的分析拍摄佳的图象
定量热成像能够使用红外成像辐射仪进行温度测量在这个照相机的内部有进行温度测量所必须的元件如果使用另一种形式的温度测量方法例如使用红外温度计进行测量或者接触测量定量热成像可以采用热成像照相机来实施
定性热成像不可缺少的因素
焦点:一个物体位于焦点时这个物体的边缘看起来会非常清晰而且轮廓分明如果一个物体不在焦点图象的分析和温度测量精度都会受影响(注意:在一张的已经定格或已经保存了图象上焦距是不能更改的参数)
范围:在你的屏幕上所显示的每一种灰度或颜色代表着一种不同的电脉充电位它代表不同的红外线能量它终代表着一个特定的温度范围(不能更改)
量程:也被称作增益或灵敏度.在设定了范围之后我们还面临另外一个问题.由于我们的眼睛所能看到的大约是64能级(灰度)因此必须能对接收到的热能进行调整以便我们眼睛可以分辨它们的变化(可以调整量程越小对比度越高)
能级:当量程和能级调好后量程之下的热辐射显示为黑色而量程之上的热辐射显示为白色量程是根据能级设置的因此要在显示屏上得到一张的图象能级是非常重要的.如果图象看起来太暗能级刻度应该下调
获得定性热图象的步骤
在检测的物体上应该只有很少的白色和黑色白色和黑色代表着高能级和低能级的饱和点因此可能无法正确的定性分析图象
由于选定的调色板上的很多颜色都用于提供良好的热对比度所以可以对物体进行的分析
红外照相机应该始终使用尽可能小的范围和量程.这样的设置可以保证大数量的热能能够详细地反映在图象上
热传递及热平衡
热是因温差而从一个地方向另一个地方传递或传送中的热能
热传递在红外热成像中是个非常重要的概念.有三种方式:传导对流辐射.在大多数情况下热是通过两种或是三种情况共同作用得以传递的而很少是只用一种方式传递
热平衡:当两个初温不同的物体达到同样温度时就会形成热平衡.在热平衡点上没有热能或者说两个物体之间不进行热传递当两个物体没有热传时就说这两个物体处于热平衡状
平衡温度:在平衡点时利用接触式温度计可以读出温度.这一温度就叫做平衡温度是各种测量装置的基础
稳态和瞬态热传递:为保持稳定的传递热能以某种转移方式维持其由物体的热面传至冷面在两个固定温度点T1和T2之间有稳定的热量流动
当目标物体的表面温度不稳定且处于持续变化状态时就会产生瞬态热传递
热传导是固态物质内部能够发生热传递的形式
热传导
热传导引起的热传现象与物质内部或者紧密接触的两类物质之间内部分子的随机运动有关热传导是热在固定介质中被传导的过程.热传导是固态内部能够发生热传递的形式
热传导-傅立叶公式: T2-T1
Q/A=K L
Q=单位时间内传递的热能 K=导热性
T2-T1=温差 L=材料厚度(或者导热途径的长度)
公式告诉我们:
1热传导只有在有温差状态下才能发生
2热能量与物体两个表面之间的温差成正比
3热流量取决于物体的大小和形状
热对流/热传递 自由对流/强迫对流
热传递是热能移动介质的传递现象
热对流是物体运动产生的热传递现象流体包括液体和气体
热对流是热传导和液体运动共同作用于物体表面而形成的热能传递
为了进行红外探测多数情况下都要考虑液体相对于固体的运动所产生的影响
自由对流:当分子运动只是由于搔动和密度差异而发生时我们就称之为自由对流
要求:1流体 2温差 3分子位移
强迫对流:如果某些其他电力源如风能和风扇提供了外力而产生的对流就叫做强迫对流
要求:1流体 2温差 3位移 4驱动力
红外电磁辐射/红外光谱
红外电磁辐射是电磁光谱的一部分.表面分子的量子能产生了波频.此波频的传播波长范围在可见光的0.75µm(可见光谱的红端)和1000µm(微波光谱的短波一边)之间
红外光谱范围:0.7-1000µm它们分为
近红外线 0.75-2.5µm
中红外线 3-7µm
远红外线 7-15µm
远红外线 15-1000µm
黑体:吸收所有入射其上的任意波长的辐射并以任意波长辐射出大可能的能量以产生某一特殊温度的物体如果物体能够完全吸收红外线能我们就称它为黑体
基尔霍夫定律
在任意特定温度和波长条件下吸收和辐射系数是相等的这表明:一个理想的吸收体也是一个理想的辐射体即A=∈能量=发射率=
热辐射/通过辐射的热传递
热辐射传热是指电磁辐射所引起
的热能传导.物体表面辐射的能量与物体表面的分子能量水平直接相关.这反过来又与向物体表面的热传导和离开物体表面的对流直接相关
非接触红外热成像可作为探测电磁辐射的手段辐射是通过波长或波长的频率来定义的.波长是指两个波峰间的距离电磁波能以300000公里/秒或186000英里/秒的光速传播.两波峰之间的移动距离称之为波它是能被测量的频率指每秒在某规定点通过的波峰的数量即赫兹
红外辐射是红外线摄象机可以看到的能量传递方式
要求:有温差的表面 一般来说辐射不能通过固体或液体传播通过真空或气体传播有效
发射率
有效辐射的含义:关系到红外能量对目标物体形成的表象包括辐射反射和传递三部分组成了形成表象的能量
辐射密度的组成:由三部分组成吸收率反射率和投射率. A+R+T=
霍尔夫定律:在任何特定温度和波长下一个物体吸收能量的能力等于它发射能量的能力.因此A=έ
红外系统能看到的辐射能量有三个来源
辐射密度=E+R+T(不透光物体T=0)
多数物体不是从其表面发射百分百的能量多数物体只能发射可用能量的一部分这部分就叫发射率
发射率/反射率的变量
低发射率:抛光金属.干净金属表面.铝漆.光滑花岗岩
高发射率:黑绝缘带.木材.纸张.橡胶.非金属无光涂料
反射率问题的出现原因在于物体的发射率较低根据上述条件物体可能与周围物体相比变热冷却或温度相同
角度不同而发生变化
物体几何形状不不同而发生变化
反射-镜面反射
-抛光进金属表面
-玻璃表面
-光滑塑料表面
-高光漆
发射率
定义:物体表面发射出的能量与黑体表面能量的比率
物体表面发射红外能量的能力
表示一物体表面发射红外能量的效率
当物体的温度发生变化时物体的表面性质也会发生变化同样物质的发射率也会发生改变
完全发射率的定义:指在同温或同样波长间隔下红外线能量从物体表面发射的频率与黑体的比例
完全发射率的定义告诉我们:
1发射率是与黑体相比
2如果物体的温度发生变化发射率的值也会发生变化
3如果摄象机的波长发生变化发射率的值也会发生变化
发射率的效率因素
1要以从0-1的数字或从0-的百分比来表示
2如果έ=0.0=0%效率=完全反射(物体不透光)
3如果έ=1.0=效率=完全发射=黑体
相关定律
韦恩定律:每个曲线都有一个大值.韦恩定律规定了温度和大波长值之间的关系.
波长-大辐射能量=2898 /T(K)
韦恩定律清楚地证明”随着物体温度的升高波长变短
斯忒芬-波兹曼定律:规定每一物体在任何具备的温度T下辐射能量将与温度的四次方成正比.它用于计算一个表面辐射的热能量
公式表明如果物体的温度加倍那么辐射的红外线能量会增加16倍以上这就意味着温度的少许上升会使能量大幅度增加
空间分辨率/瞬时视场
空间分辨率概念:是一个衡量分辨率和测量小物体温度能力的参数
小物体是按照物体在图象中的尺寸与图象尺寸的关系定义的
空间分辨率回答了诸如:你能分辨和测量的点有多大以及在什么距离上能分辨和测量这些点?
瞬时视场指的是检测器元件在目标物体上投影的角度大小瞬时视场描述了在规定的距离红外热像仪能分辨或看见其形状的物体尺寸
注：
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