红外热成像技术
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2023年3月19日发(作者：活动目录)红外热像仪的原理及⽤途
热像仪全称“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。
⼯作原理
红外热成像技术是⼀项前途⼴阔的⾼新技术。⽐0.78微⽶长的电磁波位于可见光光谱红⾊以外，称为红外线或称红外辐
射，是指波长为0.78~1000微⽶的电磁波，其中波长为0.78~2.0微⽶的部分称为近红外，波长为2.0~1000微⽶的部分称
为热红外线。⾃然界中，⼀切物体都可以辐射红外线，因此利⽤探测仪测量⽬标本⾝与背景间的红外线差可以得到不同
的热红外线形成的红外图像。 ⽬标的热图像和⽬标的可见光图像不同，它不是⼈眼所能看到的可见光图像，⽽是表
⾯温度分布图像。红外热成像使⼈眼不能直接看到表⾯温度分布，变成可以看到的代表⽬标表⾯温度分布的热图像。所
有温度在绝对零度（-273℃）以上的物体，都会不停地发出热红外线。红外线（或热辐射）是⾃然界中存在最为⼴泛的
辐射，它还具有两个重要的特性： （1）物体的热辐射能量的⼤⼩，直接和物体表⾯的温度相关。热辐射的这个特
点使⼈们可以利⽤它来对物体进⾏⽆需接触的温度测量和热状态分析，从⽽为⼯业⽣产，节约能源，保护环境等⽅⾯提
供了⼀个重要的检测⼿段和诊断⼯具。 （2）⼤⽓、烟云等吸收可见光和近红外线，但是对3~5微⽶和8~14微⽶的
热红外线却是透明的。因此，这两个波段被称为热红外线的“⼤⽓窗⼝”。利⽤这两个窗⼝，使⼈们在完全⽆光的夜晚，
或是在烟云密布的战场，清晰地观察到前⽅的情况。由于这个特点，热红外成像技术在军事上提供了先进的夜视装备，
并为飞机、舰艇和坦克装上了全天候前视系统。这些系统在现代战争中发挥了⾮常重要的作⽤。
热像仪应⽤的范围随着⼈们对其认识的加深⽽愈来愈⼴泛：⽤热像仪可以⼗分快捷，探测电⽓设备的不良接触，以及过
热的机械部件，以免引起严重短路和⽕灾。对于所有可以直接看见的设备，红外热成像产品都能够确定所有连接点的热
隐患。对于那些由于屏蔽⽽⽆法直接看到的部分，则可以根据其热量传导到外⾯的部件上的情况，来发现其热隐患，这
种情况对传统的⽅法来说，除了解体检查和清洁接头外，是没有其它的办法。断路器、导体、母线及其它部件的运⾏测
试，红外热成像产品是⽆法取代的。然⽽红外热成像产品可以很容易地探测到回路过载或三相负载的不平衡。代表品
牌：KELUSI、RNO热像仪的优点安全——您⽆需离⽬标很近，即可测量移动中或位于⾼处的⾼温表⾯。
⾼效——快速扫描较⼤的表⾯或发现温差，⾼效发现潜在问题或故障。
⾼回报——通过热成像来执⾏⼀个预测性维护程序可以显著降低维护和⽣产成本，提⾼劳动⽣产率。热像仪的选购要点
选择红外线热像最为重要的四个指标是：
1.探测器分辨率：⼀般建议选择160*120
2.帧频：⼀般建议选择30HZ以上的，低于10HZ的尽量不要选择，⽆法适应⼤部分环境。
3.测温范围：建议选择两个测温范围的，⽐如-20-120，0-600的。
4.测温⽅式：尽量选择可⾃动捕获移动测温点和测温区域的机型。固定中⼼点测温的机型，在使⽤的时候很难找到最
⾼温度区和温度点，就违法诊断出问题。市场场最⾼端红外热像仪科鲁斯热像仪S400，分辨率384*480，可拍照和摄
像，成像效果完美，参考价格29万。科鲁斯KS400热像仪选⽤了功能强⼤的锗⾦属镜头、⾼分辨率、⾼灵敏度⾮晶硅
微量热型探测器，⽣成超出想象的图像质量。采⽤384*480像素⾮晶硅微量热型探测器，像元间距25um、
NETD<60mk,帧频50Hz，融⼊科鲁斯光机微扫⾼分辨率。成像技术，保证了完美的成像质量。热像仪的⽤途在科研领
域主要应⽤包括：汽车研究发展－射出成型、模温控制、剎车盘、引擎活塞、电⼦电路设计、烤漆；电机、电⼦业－印
制电路板热分布设计、产品可靠性测试、电⼦零组件温度测试、笔记本电脑散热测试、微⼩零组件测试；引擎燃烧试验
风洞实验；⽬标物特征分析；复合材料检测；建筑物隔热、受潮检测；热传导研究；动植物⽣态研究；模具铸造温度测
量；⾦属熔焊研究；地表/海洋热分布研究等。红外热成像仪已⼴泛应⽤于安全防范系统中，并成为安全监控系统中的明
星。由于具有隐蔽探测功能，不需要可见光，可以使犯罪份⼦不知其⼯作地点和存在，进⽽产⽣错误判断，导致犯罪⾏
为被发现。在某些重要单位，例如：重要的⾏政中⼼、银⾏⾦库、机要室、档案室、军事要地、监狱等，⽤红外热成像
仪24⼩时监控，并随时对背景资料进⾏分析，⼀旦发现变化，可以及时发出警报，并可以通过智能设备的处理，对有关
情况进⾏⾃动处理，并随时将情况上报，取得进⼀步的处理意见。1.各种电⽓装置：可发现接头松动或接触不良，不平
衡负荷，过载，过热等隐患。这些隐患可能造成的潜在影响是产⽣电弧、短路、烧毁、起⽕。2.变压器：可以发现的隐
患有接头松动，套管过热，接触不良（抽头变换器），过载，三相负载不平衡，冷却管堵塞不畅。其影响为产⽣电弧、
短路、烧毁、起⽕。3.电动机、发电机：可以发现的隐患是轴承温度过⾼，不平衡负载，绕组短路或开路，碳刷、滑环
和集流环发热，过载过热，冷却管路堵塞。其影响为有问题的轴承可以引起铁芯或绕组线圈的损坏；有⽑病的碳刷可以
损坏滑环和集流环，进⽽损坏绕组线圈。还可能引起驱动⽬标的损坏。4.电⽓设备维修检查，屋顶查漏，节能检测，环
保检查，安全防盗，森林防⽕，⽆损探伤，质量控制，医疗检查等等也很有效益。
怎样选择合适的红外热像仪
1、什么样的像素满⾜您的要求?320*240=76,800?在12⽶处测量的最⼩尺⼨是1*1cm160*120=19,200?在12⽶处测量
的最⼩尺⼨是2*2cm2、是否需要定量检测？红外热像仪有两种⽤途：1、热成像2、测温评价红外测温能⼒叫做
MFOV，主要有2种：⼀种是MFOV为1，另外⼀种MFOV为3*3。MFOV为1时，⽬标完全覆盖了热像仪的像素，像素接
受的辐射只来⾃⽬标，因此能准确测量⽬标温度。⽽MFOV为9时，像素接收的辐射不只来⾃⽬标，⽽且吸收⽬标旁边
的和背后的辐射，就不能测得这么⼩⽬标的准确温度。然⽽这只是测量的极限，根据当前的⼤部分FPA探测器技术，⽬
标在探测器上最少要有3x3个像素才能确保准确测量，这要求检测时尽量靠近⽬标或选⽤望远镜头.如果⽬标成像⼩于
3x3个像素，则热像仪显⽰的温度读数是⽬标的温度值与也成像在这3x3个像素的⽬标周围物体（环境）温度的平均值。
3、⾼空间分辨率的优势⾼空间分辨率能够得出准确的温度，低空间分辨率读出的温度只是发热点周围的平均温度。在
定量化检测时候，温度的正确与否⾮常重要！4、稳定性重复性对你是否重要？决定红外热像仪的因素主要有3个⽅
⾯：探测器、光学器件、电⽓原器件，军事级探测器的主要优势在哪⾥？a、主要有两种探测器。氧化钒晶体和多晶
硅。⽇本NEC热像仪采⽤了氧化钒晶体探测器，其⾃称的主要优势包括：b、此探测器主要的优势是测温视域
MFOV（MeasurementFieldofView）为1,温度测量是精确到1个像素点。c、温度稳定性好。d、使⽤寿命长e、适合于
远距离测试5、是否在意报告处理的烦琐？如果红外图像和可见光图像组合显⽰就减少了⼤量⼯作，同时报告⾃动⽣成
也会⼤⼤减少操作时间。6、是否需要延长曝光时间？延长曝光时间——专业照相（？）的必然选择∑2、∑4、∑8、
∑16等功能，特别在检测北⽴⾯或者阳光照不到的地⽅很有优势。使⽤了∑功能，增加了曝光时间，图像更清晰，更容
易发现缺陷部位。
正确使⽤红外热像仪的⽅法和技巧
1）调整焦距2）选择正确的测温范围3）了解最⼤测量距离4）仅仅要求⽣成清晰红外热图像，还是同时要求精确测温？
5）⼯作背景单⼀6）保证测量过程中仪器平稳1）调整焦距您可以在红外图像存储后对图像曲线进⾏调整，但是您⽆法
在图像存储后改变焦距，也⽆法消除其他杂乱的热反射。保证第⼀时间操作正确性将避免现场的操作失误。仔细调整焦
距！如果⽬标上⽅或周围背景的过热或过冷的反射影响到⽬标测量的精确性时，试着调整焦距或者测量⽅位，以减少或
者消除反射影响。（FoRD的意思是：Focus焦距，Range范围,Distance距离）2）选择正确的测温范围您是否了解现
场被测⽬标的测温范围？为了得到正确的温度读数，请务必设置正确的测温范围。当观察⽬标时，对仪器的温度跨度进
⾏微调将得到最佳的图像质量。这也将同时会影响到温度曲线的质量和测温精度。3）了解最⼤的测量距离当您测量⽬
标温度时，请务必了解能够得到精确测温读数的最⼤测量距离。对于⾮制冷微热量型焦平⾯探测器，要想准确地分辨⽬
标，通过热像仪光学系统的⽬标图像必须占到9个像素，或者更多。如果仪器距离⽬标过远，⽬标将会很⼩，测温结果
将⽆法正确反映⽬标物体的真实温度，因为红外热像仪此时测量的温度平均了⽬标物体以及周围环境的温度。为了得到
最精确的测量读数，请将⽬标物体尽量充满仪器的视场。显⽰⾜够的景物，才能够分辨出⽬标。与⽬标的距离不要⼩于
热像仪光学系统的最⼩焦距，否则不能聚焦成清晰的图像。4）仅仅要求⽣成清晰红外热图像，还是同时要求精确测温
这之间有什么区别吗？⼀条量化的温度曲线可⽤来测量现场的温度情况，也可以⽤来编辑显著的温升情况。清晰的红外
图像同样⼗分重要。但是如果在⼯作过程中，需要进⾏温度测量，并要求对⽬标温度进⾏⽐较和趋势分析，便需要记录
所有影响精确测温的⽬标和环境温度情况，例如发射率，环境温度，风速及风向，湿度，热反射源等等。5）⼯作背景
单⼀例如，天⽓寒冷的时候，在户外进⾏检测⼯作时，你将会发现⼤多数⽬标都是接近于环境温度的。当在户外⼯作
时，请务必考虑太阳反射和吸收对图像和测温的影响。因此，有些⽼型号的红外热像仪只能在晚上进⾏测量⼯作，以避
免太阳反射带来的影响。6）保证测量过程中仪器平稳在使⽤低帧频的红外热像仪拍摄图像过程中，由于仪器移动可能
会引起图像模糊。为了达到最好的效果，在冻结和记录图像的时候，应尽可能保证仪器平稳。当按下存储按钮时，应尽
量保证轻缓和平滑。即使轻微的仪器晃动，也可能会导致图像不清晰。推荐在您胳膊下⽤⽀撑物来稳固，或将仪器放置
在物体表⾯，或使⽤三脚架,尽量保持稳定。