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光电技术基础论文

时间:2015-06-29


红外热像仪

红外热像仪
一:定义及原理
红外热像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形 反映到红外探测器的光敏元件上, 从而获得红外热像图, 这种热像图与物体表面的热分布场 相对应。 通俗地讲红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。 热图 像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。 红外热像仪原理既是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分 布图形反映到红外探测器的光敏元件上, 从而获得红外热像图, 这种热像图与物体表面的热 分布场相对应。通俗地讲红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图 像。热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。

二:发展历史:
红外热像仪最早是因为军事目的而得以开发, 近年来迅速向民用工业领域扩展。 自二十 世纪 70 年代,欧美一些发达国家先后开始使用红外热像仪在各个领域进行探索。红外热像 仪也经过几十年的发展, 已经发展成非常轻便的现场测试设备。 由于测试往往产生的温度场 差异不大和现场环境复杂等因素,好的热像仪必须具备 320*240 像素、分辨率小于 0.1℃ 、 空间分辨率小、 具备红外图像和可见光图像合成功能等。 由于红外热成像技术能够进行非接 触式的、高分辨率的温度成像,能够生成高质量的图像,可提供测量目标的众多信息,弥补 了人类肉眼的不足,因此已经在电力系统、土木工程、汽车、冶金、石化、医疗等诸多行业 得到广泛应用,未来的发展前景更不可限量。

三:品牌热像仪:
作为世界最先进的高科技产品,热像仪知名品牌主要集中在美国。近年来,我国国产热 像仪领域也取得了巨大进步, 但是在技术上相对美国还有一定差距, 相信国内品牌再经过几 年的发展,一定能够和美国品牌抗衡。热像仪品牌非常多,主要有以下几大品牌的热像仪。

美国 FLIR 热像仪:FLIR Systems Inc, 其产品范围涉及热像仪、航空摄像机和 机械检测系统等。FLIR 产品已在全球 60 余个国家内的工商业及政府领域中发挥了重要作 用。50 多年来,FLIR 公司一直致力于为科研、工业、执法机关及军工领域提供热像仪和夜 视仪设备,堪称商用热像仪领域中无可辩驳的领导者。FLIR 产品系列应用极为广泛,涵盖 预防性维护、状态监控,无损测试、研发、医疗科学、温度测量、热测试、执法机关、监视、 安保及生产过程控制等各个领域,能够为入门级或专家级用户提供最为全面的支持。FLIR 在低端热像仪产品及具优势,其售价不到 2000 美金的 I3,I5,虽然仅仅是入门级机型, 但是深受不发达地区的低端客户青睐。2012 年,FLIR 凭借其 I3 的销量,以 20%的市场 份额,依然维持做其全球销量亚军的称号。 美国 RNO 热像仪:RNO 公司于 1940 年成立于美国芝加哥,是全球历史最为悠 久的热像仪生产企业,在二战中,RNO 热像仪曾广泛应用美国军方。经过 70 年的发展,R NO 下设了美国 RNO 热像仪公司, 美俄合资 RNO 夜视仪公司。 RNO 是全球最为专业的热 像仪公司,其下属的 RNO 夜视仪,在 3,4 代高端夜视仪领域拥有极大的知名度。70 年来, RNO 一直专门致力于热像技术的开发, RNO 热像仪工厂分别设在美国、 英国、 日本和中国。 RNO 夜视仪则将工厂设立在俄罗斯。目前 RNO 在全球拥有近 5000 名雇员,其授权分销 商及服务分公司遍布全球 100 多个国家。美国 RNO 一直是全球热像仪技术的领导者。引 领全球热像技术的发展。 美国 FLUKE 热像仪:福禄克电子仪器仪表公司于 1948 年成立,是丹纳赫(Dana her)集团的全资子公司。福禄克是一个跨国公司,总部设在美国华盛顿州的埃弗里德市, 工厂分别设在美国、英国,荷兰和中国,其销售和服务分公司遍布欧洲、北美、南美、亚洲 和澳大利亚。目前福禄克公司的授权分销商已遍布世界 100 多个国家,雇员约 2400 人。 作为美国第三大热像仪品牌,FLUKE 在 2012 年以将近 15%的市场份额,位居季军。 德国 InfraTec 热像仪:德国英福泰克(InfraTec)公司 ImageIR 系列高端红外成 像系统基于最先进的光子型焦平面探测器和数字读出电路技术,具有帧频高、灵敏度高、测 量精度高、解析度高等特性。根据用户的需求,以模块化概念进行设计的 ImageIR 系列红 外成像系统有超过 10 款不同型号的产品, 可帮助用户实现包括光谱测量等应用在内的特殊 需求,可广泛应用于科学研究、工业研发、过程控制、非破坏性测试、多谱段红外特征分析 等领域。凭借德国品牌的影响力,INFRATEC 品牌,在 2011 年全球热像仪领域,位居第 四。 日本 NEC 热像仪: NEC(日本电气株式会社)成立于 1899 年, 总部位于日本东京, 是全球 500 强企业之一。NEC 主要从事 IT 服务、平台业务、运营商网络、社会基础设施、 个人解决方案等产品的研发、生产和销售,产品多达 15000 多种。NEC 在全球 150 多个 国家和地区开展业务,拥有员工 14 万余人,集团下属公司总数为 310 家。

中国飒特热像仪:飒特红外股份有限公司(简称飒特红外)是一家总部设在中国广 州、专注于红外热像仪产品的研制生产和销售的高新技术企业;飒特红外在法国、爱尔兰、 英国分别设有研发、生产和销售中心,其旗下万余台各类产品已经出口到世界上 30 多个国 家和地区,是中国红外界成功进入世界市场的一家跨国公司。飒特红外是中国 GB/T 1987 -2005《工业检测型红外热像仪》国家标准的制定单位;是中国消防和电力两大行业红外热 像仪检测技术国家标准的主要参与起草单位和样机提供单位; 是中国红外热像仪制造业的龙 头企业。飒特红外拥有 119 项的国内外专利和独立的知识产权,系列产品被中国科技部、 商务部、质检总局以及环保总局联合授予《国家重点新产品》证书。

四:热像仪在救援活动中的独特应用:
原理上讲,火灾现场的温度分布可以客观反映火灾发生、发展、熄灭的过程,对灭火 救援、火灾事故调查都具有重大意义。但是由于技术手段的缺乏,无法有效获取火灾现场 温度分布数据,使得这一领域目前还是空白。随着红外热成像仪技术的成熟,使获得火灾 现场温度分布数据成为可能,也使利用火场温度协助灭火救援、认定火灾原因成为可能。 热像仪应用的原理:由于各种温度在绝对零度(-273℃)以上的物体,都会因自身的分子 或原子无规则运动不断辐射出红外线。红外热像仪就是用于探测这种肉眼无法直接观测和 发现的红外线的设备,其核心是红外探测器。它能接受物体的红外辐射,并将不可见的红 外光转化为电子信号,经由信号系统处理后输出到显示屏,以灰度级或伪彩色显示目标物 温度场分布图像。 优点:(1)环境适应范围广。红外热像仪可以在可见光、夜间、浓烟等弱光条件下 正常工作。(2)红外线穿透能力较强,能穿透浓烟、浓雾,便于在视线不好时工作。(3) 轻巧方便。该仪器体积小、质量轻,便于携带,操作简单,便于使用。(4)精度高。图 像采集精度较高,能够分辨出火灾现场上较小的温度差异。(5)图像直观。该仪器输出 的温度分布图像直观,结果不需要进一步处理,特征鲜明,证明力强。(6)避免人员的 不必要伤亡。 作用:红外热像仪在灭火救援中可以用来进行火情侦查、辅助灭火、建筑物结构安全 检测、储液罐液位及危险源无损温度监测、确定泄漏位置、清理火场等。红外热像仪在室 内火灾调查中可以用来判断最先起火的房间、判断火灾蔓延方向、判断起火点、搜救被困 人员。

五:总结:
未来 5 年,随着红外热像仪市场需求的快速增长,可以预期,包括飒特红外在内的红 外热像仪供应商将不断增加产能,但总体而言,由于红外热像仪的研制与生产的技术难度 大,其它行业的资本难以进入该行业,而新产品的研制周期较长。因此,红外热像仪市场 的供给不可能在短期内急速扩张,市场竞争更多的是体现在各个公司间新产品开发方面的 竞争。目前,红外热成像技术已经成熟,但市场需求还处于不断成熟的过程中,市场供求 关系将维持供略小于求的市场格局。 红外热像仪行业是一个发展前景非常广阔的新兴高科技产业,红外热像仪广泛应 用于军民两个领域。在现代战争条件下,红外热像仪已在卫星、导弹、飞机等军事武器上 获得了广泛的应用;同时,随着非制冷红外热成像技术的发展,尤其是随着产业化过程中 生产成本的大幅度降低,红外热像仪已在电力、消防、工业、医疗、安防等国民经济的各 个部门得到了非常广泛的应用。


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