隨著現(xiàn)在科技的發(fā)展，現(xiàn)在很多的一些熱像儀的使用，傳統(tǒng)的測量方法例如使用熱電偶或點(diǎn)溫儀測得的熱量并不能完全反映設(shè)備的熱屬性，更無法提供能全面描繪高速熱應(yīng)用的分辨率與速度。

　　但現(xiàn)在紅外熱像儀能捕獲數(shù)千個高速熱測量值，精確顯示熱源與擴(kuò)散趨勢。這時如果選擇合適的紅外熱像儀，您可以搜集到可靠的測量值、生成具有說服力的報(bào)告，為研究工作提供可靠的數(shù)據(jù)。

　　01　紅外熱像儀的類型

　　目前，紅外熱像儀大體可分為兩類：一類是高性能制冷型光子計(jì)數(shù)紅外熱像儀，另一類是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的非制冷型微測熱輻射計(jì)紅外熱像儀。

　　現(xiàn)今市面上的大多數(shù)制冷型熱像儀采用銻化銦(InSb)探測器。制冷型紅外熱像儀通過對特定波段(通常為介于3-5μm的中波紅外波段)內(nèi)能量的光子計(jì)數(shù)進(jìn)行工作。光子撞擊像素，轉(zhuǎn)化成電子并儲存在積分電容器中。像素點(diǎn)以電子的方式，通過斷開或短路積分電容器來控制快門。根據(jù)不同的熱像儀型號，F(xiàn)LIR銻化銦熱像儀掃描-20至350?C物體的積分時間為6ms-50μs。這些極短的積分時間為定格畫面、精確測量每個快速變化的瞬間提供了可能性。

　　FLIR制冷型銻化銦熱像儀捕獲的“黃蜂”戰(zhàn)斗機(jī)的定格圖像

　　一個傳統(tǒng)熱電偶的熱圖像

　　與制冷型熱像儀相比，非制冷型熱像儀成本更低、質(zhì)量更輕、功耗更小。非制冷熱像儀像素點(diǎn)采用特定材料制成，其電阻可隨溫度的變化發(fā)生明顯變化。常見材料為：氧化釩或非晶硅。當(dāng)熱能聚焦于像素點(diǎn)時，像素點(diǎn)會隨之升溫或冷卻。因像素點(diǎn)的電阻隨著溫度的變化而變化，其大小可測量，能通過校準(zhǔn)操作映射回目標(biāo)溫度。由于像素點(diǎn)有限定質(zhì)量，因此它們有相應(yīng)的熱時間常數(shù)?，F(xiàn)今基于微測輻射熱計(jì)熱像儀，其時間常數(shù)一般為8-12ms。但這并不意味著像素點(diǎn)能在8-12ms內(nèi)立即響應(yīng)，并提供精確結(jié)果!一般經(jīng)驗(yàn)是：處理躍階輸入信號的一階系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的所需的時間是時間常數(shù)的5倍。

　　02時間常數(shù)和思維實(shí)驗(yàn)

　　為了探討微測輻射熱計(jì)探測器的響應(yīng)時間，我們來打一個有趣的比方，假想有兩桶水：一桶是裝滿已攪拌均勻的0℃冰水，另一桶是100?C快速沸騰的沸水。讓微測輻射熱計(jì)探測器先對準(zhǔn)冰水，然后瞬間切換到沸水(100?C的躍階輸入)，記錄這一過程的測溫結(jié)果。如果我們將10ms的熱時間常數(shù)轉(zhuǎn)換成一半時間以便于計(jì)算，我們得到的值大約為7ms。

　　從0°C過渡到100°C的系統(tǒng)響應(yīng)，tau=10ms，一半時間=7ms

　　我們來看微測輻射熱計(jì)探測器紅的報(bào)告結(jié)果，在7ms(即一個減半時間)時溫度為50?C，2個減半時間時溫度為75?C，3減個半時間時溫度為87.5?C等。如果我們嘗試以100幀/秒或在10ms時讀出溫度，結(jié)果會怎樣?熱像儀的讀數(shù)為63?C，產(chǎn)生了37?C的誤差。

　　熱像儀會精確報(bào)告像素點(diǎn)的溫度，但是像素點(diǎn)尚未達(dá)到正檢測的場景的溫度。一般說來，如果將非制冷型微測熱輻射計(jì)的幀頻設(shè)置為30幀/秒以上時，結(jié)果毫無意義!

　　03　真實(shí)數(shù)據(jù)

　　案例一：

　　我們來討論一下打印過程，此過程需要將打印紙加熱至60?C。打印紙繞著顯影輥輸出的速率為127厘米/秒，且在橫向、縱向溫度必須均勻。

　　打印紙離開加熱輥的熱圖像

　　使用制冷型光子計(jì)數(shù)熱像儀與非制冷型微測熱輻射計(jì)熱像儀捕捉每邊的數(shù)據(jù)。

　　銻化銦探測器與非制冷型微測輻射熱計(jì)探測器在測量熱瞬時事件中的性能對比

　　上圖表明，兩類熱像儀所獲得的數(shù)據(jù)明顯不同。微測熱輻射計(jì)熱像儀獲得的數(shù)據(jù)沿著長度方向表現(xiàn)出大而相對穩(wěn)定的突起。而光子計(jì)數(shù)熱像儀的數(shù)據(jù)隨著時間的推移，溫度明顯有所不同。制冷型熱像儀表明，經(jīng)過加熱的顯影輥組件在轉(zhuǎn)動的第一周時，由于與紙張接觸，溫度會有所降低。

　　繼電器式控制器感應(yīng)到降溫后，會全幅開啟加熱控制器。最后，當(dāng)顯影輥加熱至預(yù)設(shè)溫度后，控制器會關(guān)閉加熱過程，由此反復(fù)進(jìn)行。

　　一幅圖像足以幫助研發(fā)工程師確認(rèn)兩項(xiàng)事宜：檢測產(chǎn)品需要一臺光子計(jì)數(shù)熱像儀;如需獲得理想的設(shè)計(jì)目標(biāo)，需要在加熱的顯影輥上加裝PID系統(tǒng)，而不是簡單的繼電器式控制器。

　　案例二：

　　現(xiàn)在來看第2個例子，我們觀察快速旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇的葉片，為了精確測量葉片的溫度，我們嘗試獲得葉片的定格畫面。如你所料，如果沒有足夠快的曝光時間，拍攝的圖像將會很模糊。實(shí)際上，為了獲得真實(shí)的溫度讀數(shù)，我們又不能讓葉片停止轉(zhuǎn)動。

　　為了精確測量葉片表面與加熱線圈的溫度，注意制冷型熱像儀的快速積分時間如何獲得葉片的定格畫面。與之相反的是，因葉片轉(zhuǎn)速過快，非制冷型紅外熱像儀無法記錄葉片表面與加熱線圈的溫度。而且線圈被旋轉(zhuǎn)葉片所遮擋，所測的溫度將會偏低。

　　光子計(jì)數(shù)探測器拍攝的直升機(jī)螺旋槳的定格畫面

　　非制冷型微測輻射熱計(jì)探測器拍攝的直升機(jī)螺旋槳的模糊畫面

　　為了進(jìn)一步說明問題，來看最后一例：測量直升機(jī)螺旋槳的熱效應(yīng)。螺旋槳與空氣之間產(chǎn)生的摩擦?xí)刂菪龢纬梢欢ǖ臒崽荻龋娇拷~片尖端，溫度越高。使用非制冷微測熱輻射計(jì)熱像儀，無法有效的定格目標(biāo)，不能準(zhǔn)確地描述和測量真實(shí)的溫度。

　　選擇最適合的工具

　　如你所見，在工作中選擇正確的熱像儀十分重要。如果選擇的熱像儀響應(yīng)時間較慢，然后又使用高幀頻來獲取讀數(shù)，那么得到的數(shù)據(jù)可能是無效的。

　　一般而言，非制冷紅外熱像儀的幀頻最高可達(dá)50幀/秒。當(dāng)對快速熱瞬變事件檢測或?qū)l有一定要求時，最佳選擇通常是性能較高的制冷型光子計(jì)數(shù)熱像儀。

　　然而，當(dāng)不需要高幀頻時，非制冷型紅外探測器熱像儀自然是實(shí)惠之選。

　　更多的FOTRIC熱像儀知識，歡迎咨詢廣州美達(dá)克數(shù)據(jù)科技有限公司