近年來，工程師和研發(fā)專家熱衷于將紅外熱像儀運(yùn)用于廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域中，包括工業(yè)研發(fā)、學(xué)術(shù)研究、無損檢測(NDT)和材料檢測，以及國防與航空航天等。但是，并非所有打造的紅外熱像儀均具有同等的品質(zhì)功能，或者可用于一些專門的應(yīng)用。譬如，如要獲得精確的測量值，則需要配備高速定格動畫功能的先進(jìn)紅外熱像儀。

工業(yè)自動化應(yīng)用紅外熱像儀堪稱功能強(qiáng)大的獨(dú)創(chuàng)性工具。借助一款此類紅外熱像儀，你可以在設(shè)計階段及早發(fā)現(xiàn)問題，以便在發(fā)展成更為嚴(yán)重且維修代價高昂的故障之前，將其記錄在案并予以糾正。

應(yīng)用于工業(yè)自動化的紅外熱像儀

紅外熱像儀采用熱輻射，不會被人眼所察覺，同時還可轉(zhuǎn)化為描繪某個目標(biāo)物或場景中熱量變化的可見光圖像。所有溫度高于絕對零度的物體均會放射熱能，熱能中則含有部分電磁波譜，而且輻射量會隨著溫度的上升而增加。

自動化應(yīng)用的紅外熱像儀系統(tǒng)擁有大量選擇。因此，我們經(jīng)常聽到這樣的問題：“我應(yīng)該使用制冷式還是非制冷式紅外熱像儀系統(tǒng)?

哪種系統(tǒng)更具有成本效益?”事實(shí)上，如今市場上售有兩種類型的紅外熱像儀系統(tǒng)：制冷式和非制冷式系統(tǒng)。這兩種類型的系統(tǒng)的組件成本大相徑庭，因而決定選擇哪種系統(tǒng)則變得極為重要。

先進(jìn)的制冷式紅外熱像儀配有集成低溫制冷機(jī)的成像傳感器。

這是一款可將傳感器溫度降低至制冷溫度的設(shè)備。為了將熱致噪聲降至場景成像發(fā)出信號的噪聲之下的水平，傳感器溫度的下降必不可少。制冷機(jī)配有活動部件，旨在最大程度彌補(bǔ)隨著時間推移而磨損的機(jī)械公差，以及填補(bǔ)緩慢溢出氣封的氦氣。

制冷式紅外熱像儀是最敏感型紅外熱像儀，可探測物體間最細(xì)微的溫差。它們會在光譜中波紅外(MWIR)波段和長波紅外(LWIR)波段成像中產(chǎn)生，其間，熱對比度因黑體物理學(xué)作用變得較高。熱對比度是指信號變化相對于目標(biāo)溫度變化。熱對比度越高，借助其溫度不可能與目標(biāo)物差異太大的背景探測目標(biāo)物則越容易。

非制冷式紅外紅外熱像儀是一款其中配備的成像傳感器無需低溫制冷的紅外熱像儀。常見的探測器設(shè)計基于紅外探測器，這是一款擁有較大硅元素溫度測量系數(shù)的小型氧化釩電阻器，測溫表面積較大、熱容量低，以及熱絕緣效果佳。場景溫度變化會導(dǎo)致紅外探測器溫度變化，從而將轉(zhuǎn)化為電信號，并經(jīng)過處理產(chǎn)生圖像。非制冷式傳感器用在長波紅外(LWIR)波段中，在該波段中，地面溫度目標(biāo)放射出最多的紅外能。相比制冷式傳感器，非制冷式傳感器的制造步驟更少，產(chǎn)率更高，真空包裝成本更低，而且非制冷式紅外熱像儀無需極其高昂的低溫制冷機(jī)設(shè)備。非制冷式紅外熱像儀配有較少的活動部件，在類似的工作條件下，其往往較制冷式紅外熱像儀具有更長的使用壽命。

用于研發(fā)應(yīng)用的制冷式紅外熱像儀

非制冷式紅外熱像儀展現(xiàn)的優(yōu)勢帶來了兩難的問題：研發(fā)/科學(xué)應(yīng)用最好什么時候使用制冷式紅外熱像儀?答案是：取決于應(yīng)用需求。

如果你想要發(fā)現(xiàn)微小的溫差變化，需要最優(yōu)的圖像質(zhì)量，拍攝快速移動或發(fā)熱目標(biāo);如果你需要看清熱變化過程，或者測量極小目標(biāo)的溫度;如果你希望在非常明確的電磁波譜部位可見熱對象;抑或你希望將紅外熱像儀與其他測溫設(shè)備同步工作，制冷式紅外熱像儀則是你的首選儀器。

速度

制冷式紅外熱像儀的成像速度快于非制冷式紅外熱像儀。高速熱像成像的曝光時間可達(dá)到微秒，能夠停止動態(tài)場景的表觀運(yùn)動，并可捕獲每秒62,000幀以上的幀速率。其應(yīng)用包括熱分析和動態(tài)分析高速產(chǎn)線品質(zhì)檢測、汽車輪胎或點(diǎn)焊等。

制冷式紅外熱像儀具有極快的響應(yīng)速度，并充分利用全域快門優(yōu)勢。這意味著它們能夠同時讀出所有的像素，而并非如非制冷式紅外熱像儀一樣逐行讀取，從而使制冷式紅外熱像儀能夠捕獲清晰的圖像和對移動物體進(jìn)行測溫。

圖1中的紅外圖像為輪胎在20mph轉(zhuǎn)速下的捕獲結(jié)果比較。上圖采用制冷式紅外熱像儀拍攝。有人可能會認(rèn)為輪胎不在轉(zhuǎn)動，但是這確實(shí)是制冷式紅外熱像儀以極快捕捉速率拍攝的結(jié)果，這種速率讓輪胎的運(yùn)動瞬間停留。非制冷式紅外熱像儀的捕捉速率太慢，因而導(dǎo)致無法捕捉轉(zhuǎn)動的輪胎，進(jìn)而造成輪輻看起來是透明狀且模糊不清(見下圖)。此時，模糊不清的圖像無法進(jìn)行精確測溫。

空間分辨率

制冷式紅外熱像儀通常擁有比非制冷式紅外熱像儀大得多的放大率，因?yàn)樗鼈儥z測較短的紅外波長。由于制冷式紅外熱像儀具有較高的靈敏特征，配備較多光學(xué)元件或較厚光學(xué)元件的鏡頭可供使用，且不會降低信噪比，從而實(shí)現(xiàn)更佳的放大性能。

靈敏度

通常，我們很難完全體會制冷式紅外熱像儀改進(jìn)的靈敏度產(chǎn)生的價值。相比20mK熱靈敏度的制冷式紅外熱像儀，你如何感覺到50mK熱靈敏度的非制冷式紅外熱像儀的好處?為了有助于說明這一點(diǎn)，我們進(jìn)行了一次快速靈敏度實(shí)驗(yàn)(見圖3)。比較中，我們將手放在墻上幾秒，以產(chǎn)生熱手印。

兩次拋扔相同硬幣時，同時觸發(fā)紅外熱像儀，你每次都會看到物體處于相同的位置。

前兩張圖為手移開后立即顯示的情況。第二行的兩張圖像顯示了2分鐘后的手印熱痕跡。制冷式紅外熱像儀依舊能夠看清大部分的手印熱痕跡，而非制冷式紅外熱像儀只顯示部分保留的手印。相較于非制冷式紅外熱像儀，制冷式紅外熱像儀可清晰探測更小的溫差和保持物體痕跡更長的時間。這意味著制冷式紅外熱像儀提供更佳的目標(biāo)細(xì)節(jié)，幫助你探測甚至最微小的熱異常。

光譜濾波

制冷式紅外熱像儀最大的優(yōu)勢之一是能夠輕松進(jìn)行光譜濾波，以便偵測細(xì)節(jié)和測溫，而這兩點(diǎn)采用非制冷式紅外熱像儀則難以做到。

在圖4所示的第一個示例中，我們使用了光譜濾波器，將其置于鏡頭后的濾波器支架內(nèi)或者內(nèi)置在杜瓦探測器組件內(nèi)，以便讓火焰完整成像。過去，終端用戶希望測量和表征火焰內(nèi)的煤顆粒的燃燒現(xiàn)象。借助“看穿火焰”的光譜紅外濾波器，我們對制冷式紅外熱像儀進(jìn)行了光譜波段濾波處理，在該波段中火焰為穿透式，因而我們能夠?qū)γ侯w粒進(jìn)行成像。第一張圖為不帶火焰濾波器拍攝的圖像，我們看到的都是火焰本身。第二張圖為帶火焰濾波器拍攝的圖像，我們能夠清晰地看清煤顆粒燃燒情況。

同步

精確的紅外熱像儀同步和觸發(fā)功能使紅外熱像儀成為高速、高熱靈敏度應(yīng)用的理想之選。通過快照模式工作，F(xiàn)LIR A6650能夠同步捕捉熱活動中的所有像素。這對于監(jiān)測快速移動物體時尤其重要，在這種時候，標(biāo)準(zhǔn)的非制冷式紅外紅外熱像儀會使圖像變得模糊。

圖5中的圖像即是良好的示例。在該例中，我們?nèi)酉乱幻队矌?，并通過傳感器觸發(fā)紅外熱像儀拍攝圖像。兩次拋扔相同硬幣時，同時觸發(fā)紅外熱像儀，你每次都會看到物體處于相同的位置。借助非制冷式紅外探測器紅外熱像儀，你根本無法捕獲硬幣，因?yàn)槠錈o法觸發(fā)此類型探測器。如果不走運(yùn)的話，圖像可能模糊不清。

本文由FLIR公司贊助提供,Flir公司是行業(yè)領(lǐng)先的紅外熱像儀制造商:

FLIR紅外熱像儀可用于實(shí)時捕獲和記錄熱分布和熱變化，有助于工程師和研究人員看清并精確測量設(shè)備、產(chǎn)品和工藝過程中的發(fā)熱方式、熱耗散、熱泄漏以及其他溫度因素。其中部分紅外熱像儀可區(qū)分細(xì)微至0.02℃的溫度變化。它們均搭載了先進(jìn)的探測技術(shù)和高級數(shù)學(xué)算法，以實(shí)現(xiàn)高性能，以及在-80℃至+3000℃之間精確測溫。研發(fā)用紅外熱像儀系列整合了極高的成像性能和精確的測溫功能，并配備強(qiáng)大的分析報告工具和軟件，從而造就其成為范圍廣泛的研究、熱試驗(yàn)和產(chǎn)品驗(yàn)證應(yīng)用的理想之選。

高性能A6650制冷式紅外熱像儀在紅外中波波段中具有超快速、超靈敏性能，紅外熱像儀在富有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中提供卓越的測溫能力，可實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動和熱事件、較廣的測溫范圍、較小的振幅現(xiàn)象、多光譜分析或?qū)O小物體的評估。

配備制冷式探測器的紅外熱像儀可在快速移動活動中產(chǎn)生清晰的熱圖像。

FLIR A6650是一款配備制冷銻化銦 (InSb) 探測器的緊湊型紅外熱像儀，價格極為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

FLIR還提供各種非制冷式紅外熱像儀，包括入門級臺架試驗(yàn)套件和像FLIR A615一樣的高端系統(tǒng)。專用鏡頭和軟件將讓您的紅外熱像儀解決方案滿足特定的應(yīng)用。