1.概述
　　紅外測溫技術(shù)在生產(chǎn)過程中在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測設(shè)備在線故障診斷和安全保護以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了著重要作用。近20年來非接觸紅外測溫儀在技術(shù)上得到迅速發(fā)展性能不斷完善功能不斷增強品種不斷增多適用范圍也不斷擴大市場占有率逐年增長。比起接觸式測溫方法紅外測溫有著響應(yīng)時間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等優(yōu)點。非接觸紅外測溫儀包括便攜式、在線式和掃描式三大系列并備有各種選件和計算機軟件每一系列中又有各種型號及規(guī)格。在不同規(guī)格的各種型號測溫儀中正確選擇紅外測溫儀型號對用戶來說是十分重要的。
　　紅外檢測技術(shù)是“九五”國家科技成果重點推廣項目紅外檢測是一種在線監(jiān)測(不停電)式高科技檢測技術(shù)它集光電成像技術(shù)、計算機技術(shù)、圖像處理技術(shù)于一身通過接收物體發(fā)出的紅外線(紅外輻射)將其熱像顯示在熒光屏上從而準確判斷物體表面的溫度分布情況具有準確、實時、快速等優(yōu)點。任何物體由于其自身分子的運動不停地向外輻射紅外熱能從而在物體表面形成一定的溫度場俗稱“熱像”。紅外診斷技術(shù)正是通過吸收這種紅外輻射能量測出設(shè)備表面的溫度及溫度場的分布從而判斷設(shè)備發(fā)熱情況。目前應(yīng)用紅外診技術(shù)的測試設(shè)備比較多如紅外測溫儀、紅外熱電視、紅外熱像儀等等。像紅外熱電視、紅外熱像儀等設(shè)備利用熱成像技術(shù)將這種看不見的“熱像”轉(zhuǎn)變成可見光圖像使測試效果直觀靈敏度高能檢測出設(shè)備細微的熱狀態(tài)變化準確反映設(shè)備內(nèi)部、外部的發(fā)熱情況可靠性高對發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患非常有效。 
　　紅外診斷技術(shù)對電氣設(shè)備的早期故障缺陷及絕緣性能做出可靠的預(yù)測使傳統(tǒng)電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗維修(預(yù)防試驗是50年代引進前蘇聯(lián)的標準)提高到預(yù)知狀態(tài)檢修這也是現(xiàn)代電力企業(yè)發(fā)展的方向。特別是現(xiàn)在大機組、超高電壓的發(fā)展對電力系統(tǒng)的可靠運行關(guān)系到電網(wǎng)的穩(wěn)定提出了越來越高的要求。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)不斷發(fā)展成熟與日益完善利用紅外狀態(tài)監(jiān)測和診斷技術(shù)具有遠距離、不接觸、不取樣、不解體又具有準確、快速、直觀等特點實時地在線監(jiān)測和診斷電氣設(shè)備大多數(shù)故障(幾乎可以覆蓋所有電氣設(shè)備各種故障的檢測)。它備受國內(nèi)外電力行業(yè)的重視(國外70年代后期普遍應(yīng)用的一種先進狀態(tài)檢修體制)并得到快速發(fā)展。紅外檢測技術(shù)的應(yīng)用對提高電氣設(shè)備的可靠性與有效性提高運行經(jīng)濟效益降低維修成本都有很重要的意義。是目前在預(yù)知檢修領(lǐng)域中普遍推廣的一種很好手段又能使維修水平和設(shè)備的健康水平上一個臺階。
　　采用紅外成像檢測技術(shù)可以對正在運行的設(shè)備進行非接觸檢測拍攝其溫度場的分布、測量任何部位的溫度值據(jù)此對各種外部及內(nèi)部故障進行診斷具有實時、遙測、直觀和定量測溫等優(yōu)點用來檢測發(fā)電廠、變電所和輸電線路的運轉(zhuǎn)設(shè)備和帶電設(shè)備非常方便、有效。
　　利用熱像儀檢測在線電氣設(shè)備的方法是紅外溫度記錄法。紅外溫度記錄法是工業(yè)上用來無損探測檢測設(shè)備性能和掌握其運行狀態(tài)的一項新技術(shù)。與傳統(tǒng)的測溫方式(如熱電偶、不同熔點的蠟片等放置在被測物表面或體內(nèi))相比熱像儀可在一定距離內(nèi)實時、定量、在線檢測發(fā)熱點的溫度通過掃描還可以繪出設(shè)備在運行中的溫度梯度熱像圖而且靈敏度高，不受電磁場干擾便于現(xiàn)場使用。它可以在-20℃～2000℃的寬量程內(nèi)以0.05℃的高分辨率檢測電氣設(shè)備的熱致故障揭示出如導線接頭或線夾發(fā)熱以及電氣設(shè)備中的局部過熱點等等。
帶電設(shè)備的紅外診斷技術(shù)是一門新興的學科。它是利用帶電設(shè)備的致熱效應(yīng)采用專用設(shè)備獲取從設(shè)備表面發(fā)出的紅外輻射信息進而判斷設(shè)備狀況和缺陷性質(zhì)的一門綜合技術(shù)。
2.紅外基礎(chǔ)理論
　　1672年人們發(fā)現(xiàn)太陽光（白光）是由各種顏色的光復(fù)合而成同時牛頓做出了單色光在性質(zhì)上比白色光更簡單的著名結(jié)論。使用分光棱鏡就把太陽光（白光）分解為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等各色單色光。1800年英國物理學家F. W. 赫胥爾從熱的觀點來研究各種色光時發(fā)現(xiàn)了紅外線。他在研究各種色光的熱量時有意地把暗室的唯一的窗戶用暗板堵住并在板上開了一個矩形孔孔內(nèi)裝一個分光棱鏡。當太陽光通過棱鏡時便被分解為彩色光帶并用溫度計去測量光帶中不同顏色所含的熱量。為了與環(huán)境溫度進行比較赫胥爾用在彩色光帶附近放幾支作為比較用的溫度計來測定周圍環(huán)境溫度。試驗中他偶然發(fā)現(xiàn)一個奇怪的現(xiàn)象：放在光帶紅光外的一支溫度計比室內(nèi)其他溫度的批示數(shù)值高。經(jīng)過反復(fù)試驗這個所謂熱量最多的高溫區(qū)總是位于光帶最邊緣處紅光的外面。于是他宣布太陽發(fā)出的輻射中除可見光線外還有一種人眼看不見的“熱線”這種看不見的“熱線”位于紅色光外側(cè)叫做紅外線。紅外線是一種電磁波具有與無線電波及可見光一樣的本質(zhì)紅外線的發(fā)現(xiàn)是人類對自然認識的一次飛躍對研究、利用和發(fā)展紅外技術(shù)領(lǐng)域開辟了一條全新的廣闊道路。
　　紅外線的波長在0.76～100μm之間按波長的范圍可分為近紅外、中紅外、遠紅外、極遠紅外四類它在電磁波連續(xù)頻譜中的位置是處于無線電波與可見光之間的區(qū)域。紅外線輻射是自然界存在的一種最為廣泛的電磁波輻射它是基于任何物體在常規(guī)環(huán)境下都會產(chǎn)生自身的分子和原子無規(guī)則的運動并不停地輻射出熱紅外能量分子和原子的運動愈劇烈輻射的能量愈大反之輻射的能量愈小。
　　溫度在絕對零度以上的物體都會因自身的分子運動而輻射出紅外線。通過紅外探測器將物體輻射的功率信號轉(zhuǎn)換成電信號后成像裝置的輸出信號就可以完全一一對應(yīng)地模擬掃描物體表面溫度的空間分布經(jīng)電子系統(tǒng)處理傳至顯示屏上得到與物體表面熱分布相應(yīng)的熱像圖。運用這一方法便能實現(xiàn)對目標進行遠距離熱狀態(tài)圖像成像和測溫并進行分析判斷。
　　2.1熱像儀原理
　　紅外熱像儀是利用紅外探測器、光學成像物鏡和光機掃描系統(tǒng)（目前先進的焦平面技術(shù)則省去了光機掃描系統(tǒng)）接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元上在光學系統(tǒng)和紅外探測器之間有一個光機掃描機構(gòu)（焦平面熱像儀無此機構(gòu)）對被測物體的紅外熱像進行掃描并聚焦在單元或分光探測器上由探測器將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電信號經(jīng)放大處理、轉(zhuǎn)換或標準視頻信號通過電視屏或監(jiān)測器顯示紅外熱像圖。這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應(yīng)；實質(zhì)上是被測目標物體各部分紅外輻射的熱像分布圖由于信號非常弱與可見光圖像相比缺少層次和立體感因此在實際動作過程中為更有效地判斷被測目標的紅外熱分布場常采用一些輔助措施來增加儀器的實用功能如圖像亮度、對比度的控制實標校正偽色彩描繪等技術(shù)
　　2.2熱像儀的發(fā)展
　　1800年英國物理學家F. W. 赫胥爾發(fā)現(xiàn)了紅外線從此開辟了人類應(yīng)用紅外技術(shù)的廣闊道路。在第二次世界大戰(zhàn)中德國人用紅外變像管作為光電轉(zhuǎn)換器件研制出了主動式夜視儀和紅外通信設(shè)備為紅外技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
二次世界大戰(zhàn)后首先由美國德克薩蘭儀器公司經(jīng)過近一年的探索開發(fā)研制的第一代用于軍事領(lǐng)域的紅外成像裝置稱之為紅外尋視系統(tǒng)（FLIR），它是利用光學機械系統(tǒng)對被測目標的紅外輻射掃描。由光子探測器接收兩維紅外輻射跡象經(jīng)光電轉(zhuǎn)換及一系列儀器處理形成視頻圖像信號。這種系統(tǒng)、原始的形式是一種非實時的自動溫度分布記錄儀后來隨著五十年代銻化銦和鍺摻汞光子探測器的發(fā)展才開始出現(xiàn)高速掃描及實時顯示目標熱圖像的系統(tǒng)。
　　六十年代早期瑞典AGA公司研制成功第二代紅外成像裝置它是在紅外尋視系統(tǒng)的基礎(chǔ)上以增加了測溫的功能稱之為紅外熱像儀。
　　開始由于保密的原因在發(fā)達的國家中也僅限于軍用投入應(yīng)用的熱成像裝置可的黑夜或濃厚幕云霧中探測對方的目標探測偽裝的目標和高速運動的目標。由于有國家經(jīng)費的支撐投入的研制開發(fā)費用很大儀器的成本也很高。以后考慮到在工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中的實用性結(jié)合工業(yè)紅外探測的特點采取壓縮儀器造價。降低生產(chǎn)成本并根據(jù)民用的要求通過減小掃描速度來提高圖像分辨率等措施逐漸發(fā)展到民用領(lǐng)域。
　　六十年代中期AGA公司研制出第一套工業(yè)用的實時成像系統(tǒng)（THV）該系統(tǒng)由液氮致冷110V電源電壓供電重約35公斤因此使用中便攜性很差經(jīng)過對儀器的幾代改進1986年研制的紅外熱像儀已無需液氮或高壓氣而以熱電方式致冷可用電池供電；1988年推出的全功能熱像儀將溫度的測量、修改、分析、圖像采集、存儲合于一體重量小于7公斤儀器的功能、精度和可靠性都得到了顯著的提高。
　　九十年代中期美國FSI公司首先研制成功由軍用技術(shù)（FPA）轉(zhuǎn)民用并商品化的新一紅外熱像儀（CCD）屬焦平面陣列式結(jié)構(gòu)的一種凝成像裝置技術(shù)功能更加先進現(xiàn)場測溫時只需對準目標攝取圖像并將上述信息存儲到機內(nèi)的PC卡上即完成全部操作各種參數(shù)的設(shè)定可回到室內(nèi)用軟件進行修改和分析數(shù)據(jù)最后直接得出檢測報告由于技術(shù)的改進和結(jié)構(gòu)的改變?nèi)〈�了�?fù)雜的機械掃描儀器重量已小于二公斤使用中如同手持攝像機一樣單手即可方便地操作。
　　如今紅外熱成像系統(tǒng)已經(jīng)在電力、消防、石化以及醫(yī)療等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。紅外熱像儀在世界經(jīng)濟的發(fā)展中正發(fā)揮著舉足輕重的作用。
　　2.3熱像儀分類
　　紅外熱像儀一般分光機掃描成像系統(tǒng)和非掃描成像系統(tǒng)。光機掃描成像系統(tǒng)采用單元或多元（元數(shù)有8、10、16、23、48、55、60、120、180甚至更多）光電導或光伏紅外探測器用單元探測器時速度慢主要是幀幅響應(yīng)的時間不夠快多元陣列探測器可做成高速實時熱像儀。非掃描成像的熱像儀如近幾年推出的陣列式凝視成像的焦平面熱像儀屬新一代的熱成像裝置在性能上大大優(yōu)于光機掃描式熱像儀有逐步取代光機掃描式熱像儀的趨勢。其關(guān)鍵技術(shù)是探測器由單片集成電路組成被測目標的整個視野都聚焦在上面并且圖像更加清晰使用更加方便儀器非常小巧輕便同時具有自動調(diào)焦圖像凍結(jié)連續(xù)放大點溫、線溫、等溫和語音注釋圖像等功能儀器采用PC卡存儲容量可高達500幅圖像。
　　紅外熱電視是紅外熱像儀的一種。紅外熱電視是通過熱釋電攝像管（PEV）接受被測目標物體的表面紅外輻射并把目標內(nèi)熱輻射分布的不可見熱圖像轉(zhuǎn)變成視頻信號因此熱釋電攝像管是紅外熱電視的光鍵器件它是一種實時成像寬譜成像（對3～5μm及8～14μm有較好的頻率響應(yīng)）具有中等分辨率的熱成像器件主要由透鏡、靶面和電子槍三部分組成。其技術(shù)功能是將被測目標的紅外輻射線通過透鏡聚焦成像到熱釋電攝像管采用常溫熱電視探測器和電子束掃描及靶面成像技術(shù)來實現(xiàn)的。熱像儀的主要參數(shù)有：
　　2.3.1工作波段；工作波段是指紅外熱像儀中所選擇的紅外探測器的響應(yīng)波長區(qū)域，KIC爐溫測試儀一般是3～5μm或8～12μm。
　　2.3.2探測器類型；探測器類型是指使用的一種紅外器件。是采用單元或多元（元數(shù)8、10、16、23、48、55、60、120、180等）光電導或光伏紅外探測器其采用的元素有硫化鉛（PbS）、硒化鉛（PnSe）、碲化銦（InSb）、碲鎘汞（HgCdTe）、碲錫鉛（PbSnTe）、鍺摻雜（Ge：X）和硅摻雜（Si：X）等。
　　2.3.3掃描制式；一般為我國標準電視制式PAL制式。
　　2.3.4顯示方式；指屏幕顯示是黑白顯示還是偽彩顯示。
　　2.3.5溫度測定范圍；指測定溫度的最低限與最高限的溫度值的范圍。
　　2.3.6測溫準確度；指紅外熱像儀測溫的最大誤差與儀器量程之比的百分數(shù)。
　　2.3.7最大工作時間；紅外熱像儀允許連續(xù)的工作時間。