多年來，紅外熱像儀的應(yīng)用慢慢拓展到工業(yè)領(lǐng)域。事實(shí)上，制造和過程工程專家已經(jīng)將紅外熱像儀應(yīng)用到幾乎所有自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域并獲得巨大成功，這些應(yīng)用包括自動(dòng)檢測(cè)、過程控制、狀態(tài)監(jiān)控、防火和檢測(cè)和連續(xù)光氣成像等。但是，自動(dòng)化攝像機(jī)功能特性不盡相同，也無法都作為一些高速自動(dòng)化專用攝像機(jī)使用，所以，需要具有先進(jìn)技術(shù)的紅外熱像儀。
制造和過程工程師經(jīng)常使用自動(dòng)化技術(shù)來提高產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量。自動(dòng)化熱成像技術(shù)使人們得以對(duì)眾多工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用加以改進(jìn)，包括過程監(jiān)測(cè)和控制、質(zhì)量保證、資產(chǎn)管理和機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)。
在自動(dòng)化環(huán)境下熱成像
紅外熱像儀利用熱輻射成像，熱輻射人眼不可見但可轉(zhuǎn)化一個(gè)視覺圖像，以描繪某個(gè)物體或場(chǎng)景的熱度變化。所有溫度高于絕對(duì)零值的物體均能發(fā)射熱能，輻射波譜在電磁波譜范圍內(nèi)，溫度升高，輻射量增大。紅外熱像儀可以捕捉目標(biāo)物體的熱圖像，無需接觸即可提供精確溫度測(cè)量數(shù)值。這些量化測(cè)量數(shù)值可應(yīng)用于各種監(jiān)控和控制領(lǐng)域。
在某些情況下，紅外熱像儀是指智能傳感器。在這種情況下，熱像儀還內(nèi)置有邏輯和分析裝置，可以將所測(cè)溫度與用戶提供的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。其還帶有一個(gè)數(shù)字輸入/輸出端口，一旦出現(xiàn)溫差，可觸發(fā)報(bào)警和控制功能。
制冷型和非制冷型熱像儀
在自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域，可供選用的紅外熱像儀系統(tǒng)眾多。因此，最常被問到的一個(gè)問題是： “ 我應(yīng)該使用制冷型還是非制冷型紅外熱像儀系統(tǒng)，哪一個(gè)是更劃算？”
事實(shí)上，當(dāng)今市場(chǎng)上有兩類紅外熱像儀系統(tǒng)：制冷型和非制冷系統(tǒng)。而這兩類系統(tǒng)組件成本差異較大，因此，選用何種系統(tǒng)至關(guān)重要。
制冷型紅外熱像儀
現(xiàn)代制冷型紅外熱像儀由成像傳感器和制冷機(jī)結(jié)合而成。制冷機(jī)將傳感器溫度降至低溫溫度。為了降低熱像儀熱致噪聲，使其低于成像現(xiàn)場(chǎng)熱致噪音信號(hào)水平，該降溫操作必不可少。制冷機(jī)活動(dòng)部件機(jī)械容差極小，隨著時(shí)間的推移，活動(dòng)部件會(huì)慢慢磨損，氦氣也會(huì)慢慢泄露。
制冷型紅外熱像儀是最敏感型熱像儀，可檢測(cè)到物體間最小的溫差。該類型熱像儀可對(duì)中波紅外或光譜中的中波紅外波段進(jìn)行成像，因?yàn)樵谶@個(gè)波段存在黑體，物體熱對(duì)比度較高。熱對(duì)比度是指因目標(biāo)溫度變化導(dǎo)致的信號(hào)變化。熱對(duì)比度越高，就越容易探測(cè)到與背景溫度差別不太大的目標(biāo)。
非制冷型紅外熱像儀
非制冷型紅外熱像儀的成像傳感器不需要低溫制冷。它采用的探測(cè)器通常是以微測(cè)熱輻射計(jì)為基礎(chǔ)，這種探測(cè)器由溫度系數(shù)極大的小型氧化釩電阻與硅元件結(jié)合而成，具有面積大、低熱能和熱絕緣性能良好等特點(diǎn)。場(chǎng)景溫度的變化會(huì)引起熱輻射計(jì)溫度的變化，這些變化將被轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)，隨后被處理成圖像。非制冷型傳感器設(shè)計(jì)為在長(zhǎng)波紅外或 長(zhǎng)波紅外 波段工作。在這種環(huán)境下，陸地溫度目標(biāo)會(huì)發(fā)射絕大部分的紅外能。
非制冷型熱像儀一般比制冷型紅外熱像儀的價(jià)格更低廉，其傳感器的制造步驟比制冷型傳感器更少，產(chǎn)量更高，真空包裝成本也更便宜。此外，非制冷型熱像儀不需要低溫制冷器這種昂貴的裝置。非制冷型熱像儀的活動(dòng)部件較少，在相似的運(yùn)行環(huán)境下，比制冷型熱像儀的使用壽命更長(zhǎng)。
制冷型熱像儀在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用
在非制冷型熱像儀的所有這些優(yōu)點(diǎn)面前，人們會(huì)提出一個(gè)問題：在自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域，什么時(shí)候適合使用制冷型熱像儀？答案是：根據(jù)實(shí)際應(yīng)用而定。
如果你想觀測(cè)到微小溫度差異，對(duì)圖像質(zhì)量要求高，要用于快速/高速領(lǐng)域，如果你需要查看溫度曲線或測(cè)量一個(gè)極小目標(biāo)的溫度，如果你想在某個(gè)特定的電磁頻譜范圍內(nèi)對(duì)熱工對(duì)象進(jìn)行成像，或者如果你想將紅外熱像儀與其他測(cè)量設(shè)備同步，那么，制冷型紅外熱像儀將是你的首選。
速度
制冷型熱像儀比非制冷型熱像儀成像速度更快。自動(dòng)化熱像儀如FLIR A66xx系列的成像速度高達(dá)每秒480幀，所以，它們非常適于捕捉高速運(yùn)行的熱事件和
高速移動(dòng)目標(biāo)。比如，當(dāng)需要對(duì)高速輸送帶應(yīng)用中的生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)(圖2)，這會(huì)非常有趣。非制冷型紅外熱像儀成像速度太慢，在一些輸送速度下無法捕
捉目標(biāo)。
制冷型熱像儀反應(yīng)非常敏捷，采用全局快門。也就是說，該熱像儀可在同一時(shí)間讀出所有像素，而非逐行讀出，這一點(diǎn)只有制冷型熱像儀可以做到。因此，制冷型熱像儀對(duì)移動(dòng)物體的處理更佳。在物體移動(dòng)迅速且無法減緩的流程工業(yè)(如紙張加工)或大批量制造業(yè)中，制冷型熱像儀這一特性至關(guān)重要。制冷型熱像儀還能精確監(jiān)測(cè)升溫過程中的快速變化。
空間分辨率
制冷型熱像儀通常比非制冷型熱像儀放大能力更大，因?yàn)槠淇筛袘?yīng)的紅外波段較短。由于制冷型熱像儀靈敏度更高，所以可以采用具有較多光學(xué)元件或元件較厚的鏡頭，而無需通過降低信噪比以獲得更好的放大效果。
圖3所示熱圖像對(duì)制冷型和非制冷型熱像儀系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的最佳特寫放大圖像進(jìn)行了對(duì)比。左側(cè)為制冷型熱像儀用4倍放大特寫鏡頭并將節(jié)距調(diào)至13μm而形成3.5μm光斑所拍攝的圖像。右側(cè)是非制冷型傳感器用1 倍特寫鏡頭并將節(jié)距調(diào)至25μm而形成25μm光斑所拍攝的圖像。
靈敏度
將一臺(tái)50mK靈敏度的非制冷型熱像儀與一臺(tái)20mK靈敏度的制冷型熱像儀進(jìn)行對(duì)比，你如何才能感受到制冷型熱像儀的優(yōu)點(diǎn)？我們借助一個(gè)快速敏感性試驗(yàn)(見圖4)來進(jìn)行描述。為進(jìn)行此對(duì)比，我們將手按在墻上幾秒，留下一個(gè)熱手印。前兩副圖像在手拿開之后即刻顯示出手印。而第二組圖像則在兩分鐘之后才顯示熱手印。而此時(shí)，制冷型熱像儀上仍可以看到大部分手印，非制冷型熱像儀則只能看到部分殘留手印。顯然，相比非制冷型熱像儀，制冷型熱像儀可探測(cè)更小的溫差且圖像存留時(shí)間較長(zhǎng)。這意味著制冷型熱像儀可以更好地顯示目標(biāo)相關(guān)細(xì)節(jié)，還能幫助您檢測(cè)最微弱的熱異常。
光譜濾波
制冷型熱像儀最大的優(yōu)點(diǎn)之一是其可以很輕松地進(jìn)行光譜濾波，以顯示目標(biāo)細(xì)節(jié)并測(cè)量出非制冷型熱像儀無法測(cè)量的數(shù)據(jù)。你可以用制冷型熱像儀檢查玻璃或檢測(cè)偏遠(yuǎn)區(qū)域或較難進(jìn)出區(qū)域內(nèi)供氣裝置里的危險(xiǎn)氣體(如：苯、乙醇、甲醇和辛烷)。你還可以用該熱像儀對(duì)塑料延壓工藝實(shí)施質(zhì)量監(jiān)測(cè)(圖6)。
同步
精確的熱像儀同步和觸發(fā)裝置使其非常適用于高速、高靈敏度的應(yīng)用領(lǐng)域。
FLIR A66xx在快照模式下能夠同時(shí)記錄某熱事件的所有像素。這一特性在監(jiān)測(cè)快速移動(dòng)的物體時(shí)尤為重要，這種情況下，標(biāo)準(zhǔn)紅外熱像儀無法拍攝到清晰圖像。
圖5就是一個(gè)很好的例子。你扔下一枚硬幣，傳感器觸發(fā)熱像儀拍攝圖像。再一次扔下同一枚硬幣，熱像儀在同一時(shí)間被觸發(fā)，拍出的另一圖像中，硬幣仍在同一位置。而如果使用微測(cè)熱輻射計(jì)，你根本就無法抓拍到硬幣，如果運(yùn)氣實(shí)在好，你可能會(huì)拍攝到一些模糊的、硬幣位置不定的圖像。
FLIR A66xx：結(jié)構(gòu)緊湊、紅外熱像儀配有制冷型銻化銦探測(cè)器
FLIR可以為幾乎所有自動(dòng)化應(yīng)用提供解決方案：從非制冷型、低成本的熱像儀到高端熱像儀(如FLIR A66xx)。
FLIR A66xx結(jié)合了一個(gè)制冷型銻化銦(InSb)檢測(cè)器，非常適合用于拍攝高速熱事件和移動(dòng)目標(biāo)。該熱像儀可拍攝出像素為640×512的清晰圖像，且具備<20mK高熱靈敏度。還能夠捕捉最細(xì)微的圖像細(xì)節(jié)和溫差信息。在窗口模式下，該熱像儀幀速率最高可達(dá)每秒480幀。可自定義冷濾項(xiàng)，實(shí)施特定波段光譜探測(cè)和測(cè)量。 FLIR A66xx是透過玻璃成像、測(cè)量塑料薄膜溫度、過濾不同波段以進(jìn)行激光輪廓測(cè)量和檢測(cè)或光學(xué)氣體成像的理想工具。
