紅外熱像儀的工作原理是什麼？

熱像儀的操作以紅外熱像儀的工作原理為基礎。熱像儀通常作為一種開源節流的檢測工具，可用於診斷、維護和檢查電氣系統、機械系統和建築結構，另外，科學研究和企業研發人員也可以通過熱成像技術攻克各類研究過程中的難題。那麼，到底什麼是紅外熱成像技術呢？而紅外熱像儀工作原理又是什麼呢？就讓福祿克紅外熱像儀來告訴你吧！

操作方法

（01）紅外熱成像紅外熱成像是一門使用光電設備來檢測和測量輻射並在輻射與表面温度之間建立相互聯繫的科學。輻射是指輻射能（電磁波）在沒有直接傳導媒體的情況下移動時發生的熱量移動。現代紅外紅外熱像儀的工作原理是使用光電設備來檢測和測量輻射，並在輻射與表面温度之間建立相互聯繫。人類一直都能夠檢測到紅外輻射。人體皮膚內的神經末梢能夠對低達±0.009°C (0.005°F) 的温差作出反應。雖然人體神經末梢極其敏感，但其構造不適用於無損熱分析。例如，儘管人類可以憑藉動物的熱感知能力在黑暗中發現温血獵物，但仍可能需要使用更佳的熱檢測工具。由於人類在檢測熱能方面存在物理結構的限制，因此開發了對熱能非常敏感的機械和電子設備。這些設備是在眾多應用中檢查熱能的標準工具。

（02）“紅外線”一詞源於“past red”，是超出紅色之外的意思，表示該波長在電磁輻射頻譜中所處的位置。“thermography”一詞是採用同根詞生成的，意思是“温度圖像”。熱成像的起源歸功於德國天文學家 Sir William Herschel，他在 1800 年使用太陽光做了一些實驗。Herschel 讓太陽光穿過一個稜鏡並在各種顏色處放置温度計，利用靈敏的水銀温度計測量每種顏色的温度，結果發現了紅外輻射。藉助熱像儀，可以輕鬆檢測到由人手傳遞給牆面的餘熱的熱圖像。Herschel 發現，當越過紅色光線進入他稱為“暗紅熱”區域時，温度便會升高。“暗紅熱”即是現在人們所説的紅外熱能，處於被稱為電磁輻射的電磁波頻譜區域。二十年後，德國物理學家 Thomas Seebeck 發現了温差電效應。在該發現的基礎上，意大利物理學家 Leopoldo Nobili 於 1829 年發明了熱量倍增器（即早期版本的熱電偶）。這種簡單的接觸式設備的工作原理是兩個異種金屬之間的電壓差會隨着温度的變化而變化。過了不久，Nobili 的合作伙伴 Macedonio Melloni 把熱量倍增器改進為熱電堆（以串聯方式安裝熱量倍增器）並將熱輻射集於熱電堆上，這樣，他可以檢測到 9.1 米（33 英尺）遠處的人類體熱。1880 年，美國天文學家 Samuel Langley 使用輻射熱檢測儀探測到 304 米(1000 英尺）以外的牛的體熱。輻射熱檢測儀測量的不是電壓差異，而是與温度變化有關的電阻變化。Sir William Herschel 的兒子 Sir John Herschel 於 1840 年使用名為“蒸發成像儀”的設備製作出第一幅紅外圖像。熱圖像是薄油膜的蒸發量差異形成的，可以藉助油膜上反射出的光線進行查看。熱像儀是一種無需與設備直接接觸便可檢測出紅外波長頻譜中的熱圖案的設備。參見圖 1-1。早期型號的熱像儀稱為“光導探測器”。從 1916 年至 1918 年，美國發明家 Theodore Case 利用光導探測器做實驗，通過與光子（而不是熱能）直接交互作用產生信號。最終發明了速度更快、更靈敏的光導探測器。20 世紀四十年代和五十年代期間，為了滿足日益增長的軍事應用領域的需求，熱成像技術不斷演變，取得了長足的發展。德國科學家發現，通過冷卻光導探測器可以提高整體性能。圖1-1 熱像儀是一種無需與設備直接接觸遍可檢測紅外波長頻譜中的熱圖案的設備。直到 20 世紀六十年代，熱成像技術才被用於非軍事應用領域。雖然早期的熱成像系統很笨重、數據採集速度緩慢而且分辨率不佳，但它們還是被用於工業應用領域，例如檢查大型輸配電系統。20 世紀七十年代，軍事應用領域的持續發展造就了第一個便攜式系統。該系統可用於建築診斷和材料無損測試等應用領域。20世紀七十年代的熱成像系統結實耐用而且非常可靠，但與現代熱像儀相比，它們的圖像質量不佳。到 20 世紀八十年代初期，熱成像技術已廣泛應用於醫療、主流行業以及建築檢查領域。經過校準後，熱成像系統可以製作完全的輻射圖像，這樣便可測量該圖像中任意位置的輻射温度。輻射圖像是指包含圖像內各點處的温度測量計算值的熱圖像。安全可靠的熱像儀冷卻器經過改進，取代了沿用已久的用於冷卻熱像儀的壓縮氣或液化氣。此外，人們還開發並大量生產了成本較低、基於管道的熱電光導攝像管 (PEV) 熱成像系統。雖然不能進行輻射測量，但 PEV 熱成像系統輕巧靈便、攜帶方便，而且無需冷卻便可操作。20 世紀八十年代後期，一種稱為焦平面陣列 (FPA) 的新設備從軍事應用領域轉移至商業市場。焦平面陣列 (FPA) 是一種圖像傳感設備，由位於鏡頭焦平面處的紅外傳感探測器的陣列（通常為矩形）組成。參見圖 1-2。圖1-2 焦平面陣列（FPA）是一種圖像傳感設備，由位於鏡頭焦平面處的光傳感像素陣列（通常為矩形）組成。這大大改進了原始的掃描式探測器，從而提高了圖像質量和空間分辨率。現代熱像儀上的典型陣列的像素範圍為：16 × 16 至 640 × 480。從這個角度來説，像素是可以檢測紅外能量的FPA 的最小獨立元素。對於特殊應用場合，陣列的像素可以達到 1000 × 1000 以上。第一個數字代表每個垂直列中的像素數，第二個數字代表屏幕上顯示的行數。例如，160 × 120 陣列的總像素為 19,200 （160 像素× 120 像素 = 19,200 總像素）。美國福祿克公司最近推出了一款實測紅外像素可以高達2048*1536的專家級熱像儀，達到了商用熱像儀的最高像素級別。福祿克的專家級熱像儀自 2000 年以來，使用多個探測器的 FPA 技術的發展不斷加快。長波熱像儀用於檢測 8 µm 至 15 µm 波長範圍內的紅外能量。微米 (µm) 是一個長度測量單位，等於 1 毫米（0.001 米）的千分之一。中波熱像儀用於檢測 2.5 µm 至6 µm 波長範圍內的紅外能量。長波和中波熱成像系統均提供全面的輻射型號，圖像融合度和熱靈敏度通常為 0.03SDgrC (0.054SDgrF) 或更低。這些系統的成本在過去十年間降低了十倍以上，但質量得到了大幅度提升。此外，用於圖像處理的計算機軟件的應用也有了顯著的發展。現在，幾乎所有商業類型的紅外系統均使用軟件來協助分析和撰寫報告。報告可快速生成並在互聯網上以電子形式發送，或以一種常見格式（例如 PDF）保存，而且還可以刻錄在多種數字存儲設備上。

（03）熱像儀操作了解熱成像系統的基本操作知識非常有用，因為熱像儀必須在設備的限制範圍內工作，這一點至關重要。這可以更準確地檢測和分析潛在的問題。熱像儀旨在檢測目標所放出的紅外輻射。參見圖 1-3。目標是指使用熱像儀進行檢查的物體。目標圖1-3 目標是指使用熱像儀進行檢查的物體。熱像儀旨在檢測目標所發出的紅外輻射。紅外輻射通過熱像儀的光學鏡片聚焦於探測器，從而引起反應，通常是電壓或電阻的變化，該變化由熱成像系統中的電子元件讀取。熱像儀產生的信號將轉換成電子圖像（温度記錄圖）並顯示在屏幕上。温度記錄圖是經過電子處理後顯示在屏幕上的目標圖像，在該圖像中，不同的色調與目標表面上的紅外輻射分佈相對應。在這個簡單的過程中，熱像儀可以查看與目標表面上發出的輻射能量相對應的温度記錄圖。