红外热像仪工作原理及选购技巧

        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。

红外热像仪是一门使用光电设备来检测和测量辐射并在辐射与表面温度之间建立相互联系的科学。辐射是指红外热像仪的光路图辐射能（电磁波）在没有直接传导媒体的情况下移动时发生的热量移动。现代红外热像仪的工作原理是使用光电设备来检测和测量辐射，并在辐射与表面温度之间建立相互联系。所有高于绝对零度（-273℃）的物体都会发出红外辐射。红外热像仪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。通过查看热图像，可以观察到被测目标的整体温度分布状况，研究目标的发热情况，从而进行下一步工作的判断。人类一直都能够检测到红外辐射。人体皮肤内的神经末梢能够对低达±0.009°C （0.005°F） 的温差作出反应。虽然人体神经末梢极其敏感，但其构造不适用于无损热分析。例如，尽管人类可以凭借动物的热感知能力在黑暗中发现温血猎物，但仍可能需要使用更佳的热检测工具。由于人类在检测热能方面存在物理结构的限制，因此开发了对热能非常敏感的机械和电子设备。这些设备是在众多应用中检查热能的标准工具。

图1：红外热像仪的光路图

一、红外热像仪的构成

红外热像仪的构成包5大部分：

1、红外镜头： 接收和汇聚被测物体发射的红外辐射；

2、红外探测器组件： 将热辐射信号变成电信号；

3、电子组件： 对电信号进行处理；

4、显示组件： 将电信号转变成可见光图像；

5、软件： 处理采集到的温度数据，转换成温度读数和图像。

二、红外热像仪的选购技巧

近几年红外热像仪在全球发展非常迅猛，CEM华盛昌为了用户的需求，也正式推出新款的红外热像仪。作为一款高科技的产品，很多人在选择红外热像仪时，有点无从下手，本文将详细介绍如何选择红外热像仪，选购红外热像仪主要从以下几个方面入手。

1、红外热像仪的探测器分辨率。红外热像仪的探测器分辨率现在主流的是160*120（19.2万像素），主流款的基本上都是这个像素。另外还有更低分辨率如60*60，3.6万像素，80*60，4.8万像素，100*100，10万像素。还有384X288，110万像素以及640480（300万像素）。对于手持型红外热像仪，160*120是最黄金的分辨率，具有非常好的性价比。比如CEM红外热像仪DT-9875的分辨率就是160*120.低于这个分辨率的红外热像仪，在很多场合就无法使用了。而超过100万像素的红外热像仪售价又大幅上升，除非你对分辨率要求很高，可以选择超过100万像素的红外热像仪。

2、红外热像仪的镜头焦距，一般的红外热像仪的镜头都可以更换。但是厂家标配一般都是一个镜头。而CEM厂家为用户标配了三个镜头。长焦镜头会提高远距离的辨识率，但是会大大缩小视野。相反短焦镜头，大大提高视野范围，但是会降低辨识率。

3、像间距、空间分辨率、视场、辨识距离这几个指标是由探测器分辨率和镜头焦距决定的。 这四个指标，很多品牌都在宣传。其实红外热像仪的探测器分辨率和镜头焦距固定了，这四个指标就固定，这四个指标是算出来的。所以选购时不用过多的关注。 像间距160*120 的像间距都是51um，320*240的像间距都是25.4um，以此类推，分辨率越高，像间距越小。空间分辨率=像间距/镜头焦距。

所以空间分辨率越小，能够辨识的距离越远。如果使用22mm的标准镜头。160*120的空间分辨率为2.3mrad左右。如果用长焦镜头，空间分辨率就会更小。 视场?=空间分辨率*行像素/17.45，比如160*120的，使用22MM的标准镜头，视场为21度。 辨识距离，我们一般默认4个像素为客识别的距离，所以辨识距离=目标高度/（空间分辨率*4）。 比如160*120的，22MM标准镜头，辨识距离为185米左右。如果镜头焦距变成115MM，那辨识距离就变成了将近1000米，当然视野也大幅度变小。 所以红外热像仪最为重要的指标是探测器分辨率，另外上面提及的指标，都可以通过镜头更换进行变化。

4、帧频。帧频在红外热像仪选购中，是第二个最为重要的指标。帧频是指1秒钟内?热像仪可以或许完成图像拍摄、处理、表现的数目。传感器相应越快，内部电路处理速率越高，则可实现的帧频越大。高帧频的热像仪适合抓拍高速物体的温度移动，以及高速温度变化的物体。一般电视帧频为25Hz。根据热像仪的帧频可分为快扫描和慢扫描两大类。电力系统、医疗、建筑等领域所用的设备一般采用快扫描热像仪，否则就会带来一些工作不便。一般来说红外热像仪的帧频应该达到30HZ，最好能达到50HZ，否则在很多工作场合下，红外热像仪无法胜任工作。帧频的高低，直接说明了红外热像仪的性能好坏和反应速度，也直接影响红外热像仪。

5、测温范围。这是第三个红外热像仪最为重要的指标。每种型号的热像仪都有自己特定的测温范围。因此，用户的被测温度范围一定要考虑准确、周全?既不要过窄，也不要过宽。根据黑体辐射定律，在光谱的短波段由温度引起的辐射能量的变化将超过由发射率误差所引起的辐射能量的变化。因此，用户只需要购买在自己测量温度内的红外热像仪。在选择红外热像仪，最好能选择可选测温区的红外热像仪。这要即能适应各种温度环境，又能保证测温准确。CEM红外热像仪温度范围在-20度~400度，新型的产品，强悍的功能，受更多的用户热捧。

6、测温精确度。一般红外热像仪的测温精度都是精度±2℃可能读数的±2所以基本上没有什么可选的。

7、自动搜录最高、最低、平均温以及高低温声音、颜色报警，这部分在实际使用中会非常有用，不少中高端机型都有这功能，如CEM DT-9875、FLUKE TI125等。

8、是否具有可以移动测温点和测温区域，这是红外热像仪第四个非常重要的指标。很多红外热像仪都没有这功能，只具有中心点测温的功能。这种红外热像仪无法自动跟踪最高的温度点，如果镜头没有对准最高测温点，就无法正确捕捉到问题点。所以是否具有可移动测温点和测温区域非常重要。

9、红外热像仪品牌的选择。红外热像仪作为最先进的高科技产品，指标一样的情况下，不同品牌实际使用效果差距很大。

10、总结

综上所述，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、0-400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，就会诊断出问题。