采用熱電偶或點(diǎn)溫儀測得的熱量并不能完全反映設(shè)備的熱屬性。傳統(tǒng)方法無法提供能全面描繪高速熱應(yīng)用的分辨率與速度。相反，紅外熱像儀能捕獲成千上萬個(gè)快速變化的熱點(diǎn)，顯示熱源與擴(kuò)散趨勢。選擇合適的熱像儀、搜集可靠的測量值、生成具有說服力的報(bào)告，為研究工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

 

 

 

 

 

紅外熱像儀的類型

紅外熱像儀大體可分為兩類：一類是高性能制冷型光子計(jì)數(shù)紅外熱像儀，另一類是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的非制冷型微測熱輻射計(jì)紅外熱像儀。

現(xiàn)今市面上的大多數(shù)制冷型熱像儀采用銻化銦(InSb)探測器。制冷型紅外熱像儀通過計(jì)算某一個(gè)特定波段(尤指3-5μm的中波紅外波段)能量的光子來工作。光子撞擊像素點(diǎn)，轉(zhuǎn)化為可存儲于積分電容器的電子。像素點(diǎn)以電子的方式，通過斷開或短路積分電容器來控制快門。根據(jù)不同的熱像儀型號，F(xiàn)LIR銻化銦熱像儀掃描-20至350?C物體的積分時(shí)間為6ms-50μs。這些極短的積分時(shí)間為定格畫面提供了可能性，能夠精確測量每個(gè)快速變化的瞬間。

與制冷型熱像儀相比，非制冷型熱像儀成本更低、質(zhì)量更輕、功耗更小。非制冷熱像儀像素點(diǎn)采用特定材料制成，其電阻可隨溫度的變化發(fā)生明顯變化。常見材料為：氧化釩或非晶硅。

當(dāng)熱能聚焦于像素點(diǎn)時(shí)，像素點(diǎn)會隨之升溫或冷卻。因像素點(diǎn)的電阻隨著溫度的變化而變化，其大小可測量，能通過校準(zhǔn)操作映射回目標(biāo)溫度。像素點(diǎn)擁有限定的質(zhì)量，它們有相應(yīng)的熱時(shí)間常數(shù)?，F(xiàn)今配備有非制冷型微測熱輻射計(jì)紅外探測器的熱像儀，其時(shí)間常數(shù)一般為8-12ms。但這并不意味著像素點(diǎn)能在8-12ms內(nèi)立即響應(yīng)，并提供精確結(jié)果！一般經(jīng)驗(yàn)是：處理躍階輸入信號的一階系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的所需的時(shí)間是時(shí)間常數(shù)的5倍。

時(shí)間常數(shù)與思維實(shí)驗(yàn)

為了探討紅外探測器的響應(yīng)時(shí)間，我們來打一個(gè)有趣的比方，假想有兩桶水：一桶是裝滿已攪拌均勻的0℃冰水，另一桶是讓水在100?C時(shí)快速沸騰。讓紅外探測器先對準(zhǔn)冰水，然后瞬時(shí)切換至對準(zhǔn)沸水(100?C的躍階輸入)，記錄這一過程的測溫結(jié)果。為便于計(jì)算，則10ms的熱時(shí)間常數(shù)可以轉(zhuǎn)換為7ms的減半時(shí)間。

 

 

 

 

我們來看紅外探測器的報(bào)告結(jié)果，在7ms(即一個(gè)減半時(shí)間)時(shí)溫度為50?C，2個(gè)減半時(shí)間時(shí)溫度為75?C，3減個(gè)半時(shí)間時(shí)溫度為87.5?C等。如果我們嘗試讀取探測器在100幀/秒或10ms時(shí)的溫度時(shí)將如何？熱像儀的讀數(shù)為63?C，產(chǎn)生了37?C的誤差。熱像儀會精確報(bào)告像素點(diǎn)的溫度，但是像素點(diǎn)并未獲得探測場景的溫度。一般說來，如果將非制冷型微測熱輻射計(jì)的幀頻設(shè)置為30幀/秒以上時(shí)，效果會差強(qiáng)人意。

 

 

 

 

 

真實(shí)數(shù)據(jù)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 我們來討論一下打印過程，此過程需要將打印紙加熱至60℃。打印紙繞著顯影輥輸出的速率為50英寸/秒，且在長、寬兩個(gè)邊上的溫度須均勻。

 

 

 

 

 

 使用制冷型光子計(jì)數(shù)熱像儀與非制冷型微測熱輻射計(jì)熱像儀捕獲每邊的數(shù)據(jù)。

 

 

 

 

 

圖3表明，兩類熱像儀所獲得的數(shù)據(jù)明顯不同。微測熱輻射計(jì)熱像儀獲得的數(shù)據(jù)沿著長度方向表現(xiàn)出大而相對穩(wěn)定的突起。而光子計(jì)數(shù)熱像儀隨著時(shí)間的推移，溫度明顯有所不同。制冷型熱像儀表明，經(jīng)過加熱的顯影輥組件在轉(zhuǎn)動(dòng)的第一周時(shí)，由于與紙張接觸，溫度會有所降低。雙滯環(huán)控制器感應(yīng)到降溫后，會全幅開啟加熱器控制器。最后，當(dāng)顯影輥加熱至預(yù)設(shè)溫度后，控制器會關(guān)閉加熱過程，由此反復(fù)進(jìn)行。一幅圖像足以幫助研發(fā)工程師確認(rèn)兩項(xiàng)事宜：檢測產(chǎn)品需要一臺光子計(jì)數(shù)熱像儀；如需獲得理想的設(shè)計(jì)目標(biāo)，需要在加熱的顯影輥上加裝PID系統(tǒng)，而非雙滯環(huán)控制器。

現(xiàn)在來看第2個(gè)例子，我們注視著快速旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇的葉片，為了精確測量葉片的溫度，我們嘗試獲得葉片的定格畫面。我們知道，如果沒有足夠快的曝光時(shí)間，拍攝的圖像將會很模糊。實(shí)際上，為了獲得真實(shí)的溫度讀數(shù)，我們又不能讓葉片停止轉(zhuǎn)動(dòng)。(如圖4所示)。

 

 

 

 

 

為了精確測量葉片表面與加熱線圈的溫度，注意制冷型熱像儀的快速積分時(shí)間如何獲得葉片的定格畫面。與之相反的是，因葉片轉(zhuǎn)速過快，非制冷型紅外熱像儀無法記錄葉片表面與加熱線圈的溫度。而且線圈被旋轉(zhuǎn)葉片所遮擋，所測的溫度將會偏低。

 

 

 

 

 

 

為測量任務(wù)選擇正確的工具

為完成這項(xiàng)工作，我們知道，選擇正確的熱探測器十分重要。如果選擇的探測器響應(yīng)時(shí)間較慢，然后又使用高幀頻來獲取讀數(shù)，那么得到的數(shù)據(jù)必定不甚理想。一般而言，非制冷紅外探測器的幀頻最高可達(dá)50幀/秒。當(dāng)對快速熱瞬變事件檢測或?qū)l有一定要求時(shí)，較佳選擇通常是性能較高的制冷型光子計(jì)數(shù)熱像儀。然而，當(dāng)不需要高幀頻時(shí)，非制冷型紅外探測器熱像儀自然是實(shí)惠之選。

 

 

 

 

 

為滿足客戶的熱成像需求，F(xiàn)LIR提供各種制冷型銻化銦熱像儀，如：A6700sc，以及系列廣泛的非制冷型微測輻射熱計(jì)熱像儀，如：T650sc。

更多詳細(xì)信息，歡迎咨詢：上海譜盟光電，400-920-2866，給您帶來專業(yè)的指導(dǎo)建議；