紅外熱成像和熱成像

利用光電器件記錄其發出的熱輻射參數來測量表面溫度的方法稱為紅外熱成像。您可以猜到，在這種情況下，熱量從被檢查的表面傳遞到測量設備，形式為 紅外電磁波.

用於紅外熱成像的現代光電設備可以測量紅外輻射的流量，並根據獲得的數據計算與測量設備相互作用的表面溫度。

當然，人是可以感知紅外線輻射的，甚至可以通過皮膚表面的神經末梢感知百分之一度以內的溫度變化。然而，具有如此高的靈敏度，人體不適合在不損害健康的情況下通過觸摸檢測相對較高的溫度。充其量，這充滿了燒傷。

即使事實證明人類對溫度的敏感性與能夠在完全黑暗中通過熱量檢測獵物的動物一樣高，他遲早會需要一種更靈敏的儀器，可以在比自然生理學更廣泛的溫度範圍內工作允許...

畢竟開發了這樣的工具。起初這些是機械設備，後來是超靈敏的電子設備。今天，當需要執行熱控制以解決任何無數技術問題時，這些設備似乎是常用屬性。

«infrared» 一詞，或縮寫為 «IR»，根據它們在最寬電磁輻射光譜範圍內的位置，表示熱波在 «紅色後面» 的位置。至於“thermography”這個詞，它包括“thermo”——溫度和“graphic”——圖像——溫度圖像。

紅外熱成像的起源

這一系列研究的基礎是由德國天文學家威廉·赫歇爾 (William Herschel) 奠定的，他在 1800 年對太陽光的光譜進行了研究。通過讓陽光透過棱鏡，赫歇爾在陽光照射到的不同顏色的區域放置了一個靈敏的水銀溫度計在棱鏡上，被分開了。

在實驗過程中，當溫度計移到紅線以外時，他發現還有一些肉眼看不見，但加熱效果明顯的輻射。

赫歇爾在他的實驗中觀察到的輻射位於人類視覺無法感知為任何顏色的電磁波譜區域。這就是“不可見熱輻射”的區域，雖然肯定是在電磁波的光譜範圍內，但在可見的紅色波段之下。

後來，德國物理學家 Thomas Seebeck 發現了熱電，1829 年，意大利物理學家 Nobili 以已知的第一個熱電偶為基礎創建了熱電堆，其原理基於以下事實：當兩種不同金屬之間的溫度發生變化時，相應的電位差出現在由這些組成的電路的末端......

Meloni 很快就會發明所謂的一個熱電堆（來自串聯安裝的熱電堆），通過以某種方式將紅外波聚焦在其上，將能夠檢測到 9 米距離內的熱源。

熱電堆——熱電偶的串聯以獲得更大的電力或冷卻能力（分別在熱電或冷卻模式下運行時）。

1880 年，塞繆爾·蘭利 (Samuel Langley) 在 300 米外發現了一頭髮情的母牛。這將使用氣壓計來完成，氣壓計測量與溫度變化密不可分的電阻變化。

他父親的繼任者約翰·赫歇爾 (John Herschel) 在 1840 年使用了蒸發儀，由於最薄的油膜在不同速度下蒸發的機制，他用蒸發儀獲得了第一張反射光紅外圖像。

今天，特殊設備被用於遠程獲取熱圖像——熱像儀，它可以在不接觸被調查設備的情況下獲取有關紅外輻射的信息，並立即可視化。第一台熱像儀基於光阻紅外傳感器。

到 1918 年，American Keys 開始使用光敏電阻進行實驗，他在實驗中接收到光敏電阻與光子直接相互作用的信號。因此，根據光電導原理創建了一種靈敏的熱輻射探測器。

現代世界中的紅外熱成像

在戰爭年代，體積龐大的熱像儀主要服務於軍事用途，因此 1940 年後熱像技術的發展加速。德國人發現通過冷卻光敏電阻接收器，可以改善其特性。

1960 年代後，出現了第一台便攜式熱像儀，借助它們對建築物進行診斷。它們是可靠的工具，但圖像質量很差。在 20 世紀 80 年代，熱成像不僅開始引入工業領域，還引入醫學領域。熱像儀經過校準以提供輻射圖像——圖像中所有點的溫度。

第一台氣冷熱像儀在帶有陰極射線管的黑白 CRT 屏幕上顯示圖像。即使那樣，也可以從屏幕上記錄到磁帶或相紙上。更便宜的熱像儀型號基於攝像機管，不需要冷卻並且更緊湊，儘管熱成像不是輻射測量的。

到 1990 年代，矩陣紅外接收器開始用於民用，包括安裝在設備鏡頭焦平面上的矩形紅外接收器陣列（敏感像素）。這是對第一個掃描紅外接收器的重大改進。

熱圖像的質量有所提高，空間分辨率也有所提高。普通的現代矩陣熱像儀具有分辨率高達 640 * 480 — 307,200 個微型紅外接收器的接收器。專業設備可以有更高的分辨率——超過 1000 * 1000。

IR 矩陣技術在 2000 年代發展起來。熱像儀出現了長波長工作範圍——感測 8 到 15 微米的波長和中等波長——設計用於 2.5 到 6 微米的波長。最好的熱像儀型號是完全輻射測量的，具有圖像疊加功能和 0.05 度或更小的靈敏度。在過去的10年裡，它們的價格下降了10多倍，質量也提高了。所有現代模型都可以與計算機交互，分析數據本身並以任何合適的格式呈現方便的報告。

隔熱材料

熱隔離器包括幾個標準部件：鏡頭、顯示器、紅外接收器、電子設備、測量控制器、存儲設備。各部分的外觀可能因型號而異。熱像儀的工作原理如下。紅外輻射被光學器件聚焦到接收器上。

接收器產生電壓或可變電阻形式的信號。該信號被饋送到電子設備，在屏幕上形成圖像——熱圖。屏幕上的不同顏色對應紅外光譜的不同部分（每個陰影對應其自身的溫度），這取決於熱像儀檢測的物體表面的熱分佈性質。

顯示器通常很小，具有高亮度和對比度，可以讓您在不同的照明條件下查看熱圖。除圖像外，顯示屏通常還會顯示其他信息：電池電量、日期和時間、溫度、色標。

IR接收器由半導體材料製成，在落在其上的紅外線的影響下產生電信號。信號由在顯示器上形成圖像的電子設備處理。

對於控制，有一些按鈕可以讓您更改測量溫度的範圍、調整調色板、反射率和背景發射，以及保存圖像和報告。

數字圖像和報告文件通常保存在存儲卡中。一些熱像儀具有在可見光譜中記錄語音甚至視頻的功能。操作熱像儀時保存的所有數字數據都可以在計算機上查看，並使用熱像儀隨附的軟件進行分析。

也可以看看：電氣設備運行過程中的非接觸式溫度測量