什么是红外光谱
宇宙中一切温度高于绝对零度的物体均会向外辐射电磁波,各个波段都有,不同电磁波的波段代表不同的信息。
温度越高,各个波段的能量都增加,且能量峰值波段频率越高,波长越短。
以可见光(红-紫)作为分界线,波长短的紫外光、X射线等,都对人体有一定伤害;波长长的红外,对人体无害。
人眼只能看到可见光,通过其他成像设备,可以看到不同波段的成像信息。
红外波段对应的特征温度在室温附近,常温铁块,辐射能量峰值在红外波段;当铁块温度上升到1-2000度时,峰值波段移到可见光,所以夜晚也能看到发红的铁块。
通过探测物体的红外辐射能量带下,可以间接测量物体表面温度。红外光谱范围大致为1~14µm。
大气存在H2O/CO2/O2等气体,对某些波段的红外辐射有吸收,这些波段属于废弃无用的。
留给红外热像仪使用的波段为:短波(1 ~ 2.5 µm )、中波(3 ~ 5µm)、长波(8~14µm)。不同波段需要不同的探测器。
长波红外探测器商业化程度最高,为观察地表上常见温度的物体而设计,绝大部分红外成像应用都已长波红外为主,即便不是最优选择。
红外热像仪原理
物体向外辐射电磁波—>镜头完成滤波、聚焦—>光栅滤除杂散光—>红外能量投射到探测器上—>通过硬件、算法将能量换算成温度和图像。
探测器每个像素,可以看成热敏电阻,电阻随温度变化。因此电磁波能量—>每个像素吸收发热—>发热引起电阻变化—>电压变化,并采集,其值等效于能量变化。整个探测器真空封装,防止像素吸热后被空气吸收掉。
光—>热—>电转换降低了系统响应速度,相比于常见的光—>电器件。
红外监测技术的优缺点
红外监测技术和其他监测诊断技术相比,具有以下优点:
(1)操作安全:由于红外监测不需要与设备直接接触,所以操作十分安全。这在带电设备、转动设备、高空设备的监测中表现尤为突出。
(2)灵敏度高:现代红外探测器对红外辐射的探测灵敏度很高,以此类探测器为基础构成的红外监测设备,对温度的分辨率很高,可以发现设备不同部位存在的℃的温度差别,可以监测诊断出设备热状态的细微变化。
(3)诊断效率高:由于红外探测器的响应速度高达纳秒级,因此可迅速采集、处理和显示设备的红外辐射,大大提高设备监测诊断的效率。
红外监测技术存在的主要问题为一是红外测量主要是表面的热状态,不能确定物体内部的热状态;二是红外无损监测设备是高科技产品,更新换代迅速,生产批量不大,因此与其他检测仪器或常规监测设备相比,价格昂贵。