基于无线通讯的红外热成像仪的应用分析

基于无线通讯的红外热成像仪的应用分析

王含

神东煤炭集团供电中心 陕西榆林 719315

摘要：热成像摄像机可对室外电气设备及连接点的温度进行实时监控，当室外电气设备及连接点温度过高时，热成像摄像机可进行报警输出，调度中心视频监控系统可自动切换报警界面。热成像摄像机需带有云台360°旋转功能，和-30°至+90°的仰角，显示监控设置区域的最高温度值及位置，热成像视频存储以正常视频存储方式存储，可额外叠加温度信息。

关键词：红外热成像；应用；

红外热像仪的应用范围越来越广泛。近年来，随着红外成像技术得到突飞猛进的发展，红外热像仪最早是因为军事目的而得以开发，后来迅速向民用工业领域扩展。红外热像仪也已经过几十年的发展，成为非常轻便的现场测试设备。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。

一、红外热成像技术优缺点分析

1．红外热成像技术的优点。（1）红外热成像技术是一种被动式的非接触的检测与识别，隐蔽性好。由于红外热成像技术是一种对目标的被动式的非接触的检测与识别，因而隐蔽性好，不容易被发现，从而使红外热成像仪的操作者更安全、更有效。（2）红外热成像技术的探测能力强，作用距离远。利用红外热成像技术进行探测的能力强，可在敌方防卫武器射程之外实施观察，其作用距离远。目前手持式及装于轻武器上的热成像仪可让使用者看清800m以上的人体;且瞄准射击的作用距离为2～3km;在舰艇上观察水面可达10km，在1.5km高的直升机上可发现地面单兵的活动，在20km高的偵察机上可发现地面的人群和行驶的车辆，并可分析海水温度的变化而探测到水下潜艇等。（3）红外热成像技术能真正做到24h全天候监控。红外辐射是自然界中存在最为广泛的辐射，而大气、烟云等可吸收可见光和近红外线，但是对3～5μm和8～14μm的红外线却是透明的，这两个波段被称为红外线的“大气窗口”。因此，利用这两个窗口，可以在完全无光的夜晚，或是在雨、雪等烟云密布的恶劣环境，能够清晰地观察到所需监控的目标。正是由于这个特点，红外热成像技术能真正做到24小时全天候监控。（4）红外热成像技术能直观地显示物体表面的温度场，不受强光影响，可在有如树木、草丛等遮挡物的情况下进行监控。红外测温仪只能显示物体表面某一小区域或某一点的温度值，而红外热成像仪则可以同时测量物体表面各点温度的高低，直观地显示物体表面的温度场，并以图像形式显示出来。由于红外热成像仪是探测目标物体的红外热辐射能量的大小，从而不像微光像增强仪那样处于强光环境中时会出现光晕或关闭，因此不受强光影响。

2．红外热成像技术的缺点。（1）图像对比度低，分辨细节能力较差。由于红外热成像仪靠温差成像，而一般目标温差都不大，因此红外热图像对比度低，使分辨细节能力变差。（2）不能透过透明的障碍物看清目标，如窗户玻璃。由于红外热成像仪靠温差成像，而像窗户玻璃这种透明的障碍物，使红外热成像仪探测不到其后物体的温差，因而不能透过透明的障碍物看清目标。（3）成本高、价格贵。目前红外热成像仪的成本仍是限制它广泛使用的最大因素，但肖特基势垒非致冷红外焦平面阵列的出现，提供了一种以低成本获得高分辨率、高可靠性器件的有效手段。随着科技的发展，关键技术的突破，并提高加工效率，今后的成本会大为降低的。

二、红外热成像技术推广与应用

1.军用。（1）侦查。在军事战场上，环境条件通常是恶劣的和烟雾弥漫的，偶尔还需要在黑暗的环境进行军事侦查。若采用可见光侦查设备，则在上述情况下，几乎丧失了侦查功能或仅可短距离侦查，这样容易暴露自己，这就失去了侦查的意义。而红外热成像仪对环境的要求极低，在上述条件下仍可以进行远距离侦查，在恶劣环境下实现对目标的探测识别功能。（2）制导。在导弹上安装红外探测器，预先设定好目标的辐射波段和强度，根据目标辐射的红外能量实现自动捕获和跟踪定位。红外制导有个突出的优点，它的精度很高，误差仅仅为厘米级，可实现目标局部部位的精确识别定位，而且它也可以全天二十四小时追踪，完全忽视环境对其的影响，抗干扰能力极强。典型红外制导导弹有美国的AIM-9“响尾蛇”空对空导弹、美国的AGM114A“海尔法”反坦克导弹等。

2.民用。（1）安防。由于红外热成像设备对环境亮度的要求低，可实现夜间监控，保障安全。又可以利用其对物体表面温度的敏感性制作火灾报警器，用来防火报警。现有例子即为在无人机上放置红外热成像设备，对森林进行高空巡逻，根据显示装置灰度对比可轻易找出普通监视设备及肉眼所不能发现的隐火，从而高效的找出并预防森林火灾。红外热成像技术也可应用于线路的故障排查，火灾时人员搜救及废墟里人员位置的确定。（2）医疗诊断。人生病时，本身的热平衡也会遭到破坏，局部温度会发生细微的变化。这种变化是普通温度测量仪器所不能发现的，而医疗红外热成像设备却可以轻易的发现。将正常生理状态下人体热像与非正常（生病）生理状态下人体热像相对比，即可根据局部是否有异常来对疾病做出初步判断。由于人体非正常生理状态下温度变化特别小，仅有0.1K不到，于是，红外热成像仪对精度要求很高。目前来说，早期恶性肿瘤、血管微病变等均可利用红外热成像技术进行有效诊断。（3）工业检测。在工业方面，红外热成像技术多用于设备的故障检测，运行状态的判断及产品质量的控制。即将发生或已发生故障的部位，通常来说温度分布都不均匀，会出现局部温度较高的情况，检测人员可利用红外热成像仪器观察设备的温度分布情况以确定设备是否发生故障。由于红外热成像技术可以快速获取设备或材料的表面温度分布情况，因此，利用实时表面温度与正常表面温度相比较，即可准确且快速的确定故障点，及时进行维修，尽可能减少事故的发生率。

三、红外探测技术的发展方向

红外技术的核心是红外探测器，到目前为止，按其特点已发展了四代红外探测器；第一代（1970s－1980s）：主要是以单元、多元器件进行光机串/并扫描成像；第二代（1990s－2000s）：是以4x288为代表的扫描型焦平面；第三代：凝视型焦平面；第四代：目前正在发展的以大面阵、高分辨率、多波段、智能灵巧型为主要特点的系统芯片，具有高性能数字信号处理功能，甚至具备单片多波段探测与识别能力。目前非制冷焦平面探测器的主流技术为热敏电阻式微辐射热计，根据使用的热敏电阻材料的不同可以分为氧化钒探测器和非晶硅探测器两种。非制冷焦平面阵列探测器的发展，其性能可以满足部分的军事用途和几乎所有的民用领域，真正实现了小型化、低价格和高可靠性，成为红外探测成像领域中极具前途和市场潜力的发展方向。

总之，红外热成像设备兼具探测距离远、灵敏度高、便携等功能，在军事和民用两方面均有着突出的优点和适应性，在各行各业的应用变得越来越普及，对我们的帮助也越来越大。可以对其今后的发展做出合理的展望：在精度方面还能从探测器入手，提高探测器接收红外信号的精度，减少信号噪声（降噪）；在热成像维度方面，可以考虑其与全息技术的结合，实现三维的红外热成像，进一步提高红外热成像技术的可视性及定位功能。

参考文献：

1. 张彦．红外热成像技术及其应用．2018.

[2]牛朋萍．浅谈无线通讯的红外热成像仪的应用分析.2018.