采用热电偶或点温仪测得的热量并不能完全反映设备的热属性。传统方法无法提供能全面描绘高速热应用的分辨率与速度。相反，红外热像仪能捕获成千上万个快速变化的热点，显示热源与扩散趋势。选择合适的热像仪、搜集可靠的测量值、生成具有说服力的报告，为研究工作奠定坚实的基础。

 

 

 

 

 

红外热像仪的类型

红外热像仪大体可分为两类：一类是高性能制冷型光子计数红外热像仪，另一类是经济实惠的非制冷型微测热辐射计红外热像仪。

现今市面上的大多数制冷型热像仪采用锑化铟(InSb)探测器。制冷型红外热像仪通过计算某一个特定波段(尤指3-5μm的中波红外波段)能量的光子来工作。光子撞击像素点，转化为可存储于积分电容器的电子。像素点以电子的方式，通过断开或短路积分电容器来控制快门。根据不同的热像仪型号，FLIR锑化铟热像仪扫描-20至350?C物体的积分时间为6ms-50μs。这些极短的积分时间为定格画面提供了可能性，能够精确测量每个快速变化的瞬间。

与制冷型热像仪相比，非制冷型热像仪成本更低、质量更轻、功耗更小。非制冷热像仪像素点采用特定材料制成，其电阻可随温度的变化发生明显变化。常见材料为：氧化钒或非晶硅。

当热能聚焦于像素点时，像素点会随之升温或冷却。因像素点的电阻随着温度的变化而变化，其大小可测量，能通过校准操作映射回目标温度。像素点拥有限定的质量，它们有相应的热时间常数。现今配备有非制冷型微测热辐射计红外探测器的热像仪，其时间常数一般为8-12ms。但这并不意味着像素点能在8-12ms内立即响应，并提供精确结果！一般经验是：处理跃阶输入信号的一阶系统达到稳定状态的所需的时间是时间常数的5倍。

时间常数与思维实验

为了探讨红外探测器的响应时间，我们来打一个有趣的比方，假想有两桶水：一桶是装满已搅拌均匀的0℃冰水，另一桶是让水在100?C时快速沸腾。让红外探测器先对准冰水，然后瞬时切换至对准沸水(100?C的跃阶输入)，记录这一过程的测温结果。为便于计算，则10ms的热时间常数可以转换为7ms的减半时间。

 

 

 

 

我们来看红外探测器的报告结果，在7ms(即一个减半时间)时温度为50?C，2个减半时间时温度为75?C，3减个半时间时温度为87.5?C等。如果我们尝试读取探测器在100帧/秒或10ms时的温度时将如何？热像仪的读数为63?C，产生了37?C的误差。热像仪会精确报告像素点的温度，但是像素点并未获得探测场景的温度。一般说来，如果将非制冷型微测热辐射计的帧频设置为30帧/秒以上时，效果会差强人意。

 

 

 

 

 

真实数据

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 我们来讨论一下打印过程，此过程需要将打印纸加热至60℃。打印纸绕着显影辊输出的速率为50英寸/秒，且在长、宽两个边上的温度须均匀。

 

 

 

 

 

 使用制冷型光子计数热像仪与非制冷型微测热辐射计热像仪捕获每边的数据。

 

 

 

 

 

图3表明，两类热像仪所获得的数据明显不同。微测热辐射计热像仪获得的数据沿着长度方向表现出大而相对稳定的突起。而光子计数热像仪随着时间的推移，温度明显有所不同。制冷型热像仪表明，经过加热的显影辊组件在转动的第一周时，由于与纸张接触，温度会有所降低。双滞环控制器感应到降温后，会全幅开启加热器控制器。最后，当显影辊加热至预设温度后，控制器会关闭加热过程，由此反复进行。一幅图像足以帮助研发工程师确认两项事宜：检测产品需要一台光子计数热像仪；如需获得理想的设计目标，需要在加热的显影辊上加装PID系统，而非双滞环控制器。

现在来看第2个例子，我们注视着快速旋转风扇的叶片，为了精确测量叶片的温度，我们尝试获得叶片的定格画面。我们知道，如果没有足够快的曝光时间，拍摄的图像将会很模糊。实际上，为了获得真实的温度读数，我们又不能让叶片停止转动。(如图4所示)。

 

 

 

 

 

为了精确测量叶片表面与加热线圈的温度，注意制冷型热像仪的快速积分时间如何获得叶片的定格画面。与之相反的是，因叶片转速过快，非制冷型红外热像仪无法记录叶片表面与加热线圈的温度。而且线圈被旋转叶片所遮挡，所测的温度将会偏低。

 

 

 

 

 

 

为测量任务选择正确的工具

为完成这项工作，我们知道，选择正确的热探测器十分重要。如果选择的探测器响应时间较慢，然后又使用高帧频来获取读数，那么得到的数据必定不甚理想。一般而言，非制冷红外探测器的帧频最高可达50帧/秒。当对快速热瞬变事件检测或对帧频有一定要求时，较佳选择通常是性能较高的制冷型光子计数热像仪。然而，当不需要高帧频时，非制冷型红外探测器热像仪自然是实惠之选。

 

 

 

 

 

为满足客户的热成像需求，FLIR提供各种制冷型锑化铟热像仪，如：A6700sc，以及系列广泛的非制冷型微测辐射热计热像仪，如：T650sc。

更多详细信息，欢迎咨询：上海谱盟光电，400-920-2866，给您带来专业的指导建议；