日期: 2020 年 12 月 6 日

什麼是紅外線熱像儀? – 艾丁陞實業有限公司

什麼是紅外線熱像儀

紅外線熱像儀的定義

紅外線熱像儀是一種檢測對象物體發出的紅外線輻射能量,並將能量轉換成溫度後以圖像形式顯示其溫度分佈情況的裝置。

紅外線熱像儀的特長​

1. 能夠撲捉拍攝對象物體面的溫度分佈,並且轉換為熱圖像顯示出來。
2. 能夠從一定距離之外以非接觸方式測量物體的溫度。
3. 能夠及時進行溫度測量。

紅外線熱像儀的優點

1. 能夠針對大範圍內的表面溫度分佈進行相對比較。
2. 便於對運動中的物體或是有危險而無法靠近的物體進行溫度測量。
3. 能夠精確測量微小物體的溫度。
4. 能夠在確保衛生的情況下對食品、藥品、化學品等進行溫度測量。
5. 能夠對溫度變化劇烈的物體和瞬間現象進行溫度測量。

紅外線熱像儀的原理

舉凡比0.78μm長的電磁波位於可見光光譜紅色以外,稱為紅外線或稱紅外輻射,是指波長為0.78~1000μm的電磁波,其中波長為0.78~2.0μm的部分稱為近紅外,波長為2.0~1000μm的部分稱為熱紅外線。自然界中,一切物體都可以輻射紅外線,因此利用探測儀測量目標本身與背景間的紅外線差可以得到不同的熱紅外線形成的紅外圖像。

目標的熱圖像和目標的可見光圖像不同,它不是人眼所能看到的可見光圖像,而是表面溫度分布圖像。紅外熱成像使人眼不能直接看到表面溫度分布,變成可以看到的代表目標表面溫度分布的熱圖像。所有溫度在絕對零度(-273℃)以上的物體,都會不停地發出熱紅外線。紅外線 (或稱熱輻射) 是自然界中存在最為廣泛的輻射。

熱的傳遞方式

1. 熱輻射(=紅外線)以紅外線能量直接從物體表面輻射出來
2. 熱對流 受熱後的氣體或液體通過上昇運動來傳遞熱量
3. 熱傳導 主要是固體之間的熱傳遞方式

人們對熱像儀產生的誤解?​

Q1: 紅外線熱像儀會不會發射出什麼射線?

紅外線熱像儀不會發射出任何射線,單純只是以被動方式檢測待側物體發射出的紅外線。

但有時可能會受到周圍環境反射的紅外線所影響。

Q2 : 是否通過波長來測量物體的溫度分佈?

紅外線熱像儀並非通過波長來測量物體的溫度分佈,而是根據紅外線釋放出的能量的多寡來測量物體表面的溫度分佈。

Q3 : 能否透過物體表面而看到其背面的情況?

由於檢測到的是從物體表面發出的紅外線,因此無法透過物體表面看到其背面的情況

但是,如果因為導熱率不同而令物體表面出現不同的溫度分佈,則可以據此而推測出物體背面的情況。

紅外線熱像儀應用領域​?

各種電氣裝置:可發現接頭鬆動或接觸不良,不平衡負荷,過載,過熱等隱患。這些隱患可能造成的潛在影響是產生電弧、短路、燒毀、起火。​

變壓器:可以發現是否有接頭鬆動,套管過熱,接觸不良(抽頭變換器),過載,三相負載不平衡,冷卻管堵塞不暢。其影響為產生電弧、短路、燒毀、起火。​

電動機/發電機:可以發現的隱患是軸承溫度過高,不平衡負載,繞組短路或開路,碳刷、滑環和集流環發熱,過載過熱,冷卻管路堵塞。其影響為有問題的軸承可以引起鐵芯或繞組線圈的損壞;有毛病的碳刷可以損壞滑環和集流環,進而損壞繞組線圈。還可能引起驅動目標的損壞。​

電氣設備維修檢查、屋頂查漏、節能檢測、環保檢查、安全防盜、森林防火、無損探傷、品質控制、醫療檢查也很有效益。

科學研究領域主要應用包括:

汽車研究發展-射出成型、模具溫度控制、剎車盤、引擎活塞、電子電路設計、烤漆

電機、電子業-PCB板熱分佈設計、產品可靠性測試、電子元件溫度測試、筆電散熱測試、模組散熱測試

引擎燃燒試驗風洞實驗

目標物特徵分析

複合材料檢測

建築物隔熱

受潮檢測

熱傳導研究

動植物生態研究

模具鑄造溫度測量

金屬熔焊研究

地表/海洋熱分佈研究等。

怎麼挑選合適的紅外線熱像儀? – 艾丁陞實業有限公司

熱解析度 (IR Resolution)

紅外線熱像儀的等級與熱解析度有著絕對的關係,解析度越高意味著各像素的分辨能力越精細、可拍攝的範圍越廣。紅外線熱像儀規格越高,價格也會隨之成正比。一般來說常見的解析度為: 80×60、160×120、320×240、640×480、1024×768等等…….而解析度所代表的另一個意義則是溫度資訊的多寡。舉例來說:320×240=76,800代表的是一張熱圖像裡頭涵蓋著76,800個溫度點資訊,試想如果今天是使用熱電耦(thermal couple)來進行溫度量測,一次貼上76,800個點有多麼不容易。

熱靈敏度 NETD (Noise Equivalent Temperature Difference)

NETD是用來說明紅外線感測器的訊號雜訊比,通常單位是mK,數值越低,代表感測器越靈敏,影像畫面越少雜訊。
附註:Kelvin (K) 凱氏溫度,絕對溫度計量單位,0K意即絕對零度,為 -273.15⁰C攝氏溫度。

視野 Field of View

透過每個不同鏡頭、不同角度所能見範圍,一般來說會有兩個參數 (H – 水平、V – 垂直) 如:42° x 32°,而可以經由角度換算出範圍。
以上例來說: FLIR T540 42° (42° x 32°) 於 1米距離可見範圍是: H – 0.77m、V – 0.58m。
被側物如果大於此規格,除了拍攝距離拉遠以外就是要更換廣角鏡頭,以滿足拍攝要求。

(1) 以米和英尺為單位的垂直視野 (2) 以毫米和英寸為單位的瞬時視野
(3) 以米和英尺為單位的水平視野 (4) 以米和英尺為單位的景深
(5) 以米和英尺為單位的景深 (6) 以米和英尺為目標的距離

瞬間視場角 IFOV (instantaneous field of view)

每一個感測器 (detector) 或像素 (pixel) 可以看見微小物體的能力,其大小決定畫面細緻度與可觀測距離的遠近。