红外热像仪原理
红外热像仪是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描

   红外热像仪是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描

系统（目前先进的焦平面技术则省去了光机扫描系统）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

上，在光学系统和红外探测器之间，有一个光机扫描机构（焦

平面热像仪无此机构）对被测物体的红外热像进行扫描，并聚

焦在单元或分光探测器上，由探测器将红外辐射能转换成电信

号，经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显

示红外热像图。这种热像图与物体表面的热分布场相对应；实

质上是被测目标物体各部分红外辐射的热像分布图由于信号非

常弱，与可见光图像相比，缺少层次和立体感，因此，在实际

动作过程中为更有效地判断被测目标的红外热分布场，常采用

一些辅助措施来增加仪器的实用功能，如图像亮度、对比度的

控制，实标校正，伪色彩描绘等技术

    红外热像仪的发展

    1800年，英国物理学家F. W. 赫胥尔发现了红外线，从此

开辟了人类应用红外技术的广阔道路。在第二次世界大战中，

德国人用红外变像管作为光电转换器件，研制出了主动式夜视

仪和红外通信设备，为红外技术的发展奠定了基础。

    二次世界大战后，首先由美国德克萨兰仪器公司经过近一

年的探索，开发研制的第一代用于军事领域的红外热成像设

备，称之为红外寻视系统（FLIR），它是利用光学机械系统对

被测目标的红外辐射扫描。由光子探测器接收两维红外辐射迹

象，经光电转换及一系列仪器处理，形成视频图像信号。这种

系统、原始的形式是一种非实时的自动温度分布记录仪，后来

随着五十年代锑化铟和锗掺汞光子探测器的发展，才开始出现

高速扫描及实时显示目标热图像的系统。

    六十年代早期，瑞典AGA公司研制成功第二代红外成像装

置，它是在红外寻视系统的基础上以增加了测温的功能，称之

为红外热像仪。

    开始由于保密的原因，在发达的国家中也仅限于军用，投

入应用的热成像装置可的黑夜或浓厚幕云雾中探测对方的目

标，探测伪装的目标和高速运动的目标。由于有国家经费的支

撑，投入的研制开发费用很大，仪器的成本也很高。以后考虑

到在工业生产发展中的实用性，结合工业红外探测的特点，采

取压缩仪器造价。降低生产成本并根据民用的要求，通过减小

扫描速度来提高图像分辨率等措施逐渐发展到民用领域。

    六十年代中期，AGA公司研制出第一套工业用的实时成像系

统（THV），该系统由液氮致冷，110V电源电压供电，重约35公

斤，因此使用中便携性很差，经过对仪器的几代改进，1986年

研制的红外热像仪已无需液氮或高压气，而以热电方式致冷，

可用电池供电；1988年推出的全功能热像仪，将温度的测量、

修改、分析、图像采集、存储合于一体，重量小于7公斤，仪器

的功能、精度和可靠性都得到了显著的提高。

红外热像仪技术在产品质量控制和监测、设备在线故障诊断、安全保护以及节约能源等方面发挥了正在发挥着重要作用。近二十年来，非接触红外热像仪在技术上得到迅速发展，性能不断提高，适用范围也不断扩大，红外热像仪市场占有率逐年增长。比起接触式测温方法，红外热成像仪有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。
选择红外热像仪可分为三个方面：
1环境和工作条件方面，如环境温度、窗口、显示和输出、保护附件等；
2．性能指标方面：如温度范围、光斑尺寸、工作波长、测量精度、响应时间等；
3.其他选择方面，如使用方便、维修和校准性能以及价格等，也对测温仪的选择产生一定的影响。
随着技术和不断发展，红外热像仪最佳设计和新进展为用户提供了各种功能和多用途的仪器，扩大了选择余地。
确定测温范围：
测温范围是热像仪最重要的一个性能指标。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。
确定目标尺寸：
红外热像仪根据原理可分为单色测温仪和双色测温仪(辐射比色测温仪)。对于单色测温仪，在进行测温时，被测目标面积应充满热像仪视场。建议被测目标尺寸超过视场大小的50%为好。如果目标尺寸小于视场，背景辐射能量就会进入热像仪的视声符支干扰测温读数，造成误差。相反，如果目标大于热像仪的视场，热像仪就不会受到测量区域外面的背景影响。
确定光学分辨率(距离系灵敏):
光学分辨率由D与S之比确定，是热像仪到目标之间的距离D与测量光斑直径S之比。如果测温仪由于环境条件限制必须安装在远离目标之处，而又要测量小的目标，就应选择高光学分辨率的热像仪。光学分辨率越高，即增大D：S比值，热像仪的成本也越高。确定波长范围：目标材料的发射率和表面特性决定热像仪的光谱响应或波长。对于高反射率合金材料，有低的或变化的发射率。在高温区，测量金属材料的最佳波长是近红外，可选用0.18-1.0μm波长。其他温区可选用1.6μm、2.2μm和3.9μm波长。由于有些材料在一定波长是透明的，红外能量会穿透这些材料，对这种材料应选择特殊的波长。如测量玻璃内部温度选用1.0μm、2.2μm和3.9μm(被测玻璃要很厚，否则会透过)波长；测量玻璃内部温度选用5.0μm波长；测低区区选用8-14μm波长为宜；再如测量聚乙烯塑料薄膜选用3.43μm波长，聚酯类选用4.3μm或7.9μm波长。厚度超过0.4mm选用8-14μm波长；又如测火焰中的CO2用窄带4.24-4.3μm波长，测火焰中的CO用窄带4.64μm波长，测量火焰中的NO2用4.47μm波长。
确定响应时间：
响应时间表示红外热像仪对被测温度变化的反应速度，定义为到达最后读数的95%能量所需要时间，它与光电探测器、信号处理电路及显示系统的时间常数有关。现在的红外热像仪的反映速度都很快。这要比接触式测温方法快得多。如果目标的运动速度很快或测量快速加热的目标时，要选用快速响应红外热像仪，否则达不到足够的信号响应，会降低测量精度。然而，并不是所有应用都要求快速响应的红外热像仪。对于静止的或目标热过程存在热惯性时，红外热像仪的响应时间就可以放宽要求了。因此，红外热像仪响应时间的选择要和被测目标的情况相适应。
环境条件考虑：
热像仪所处的环境条件对测量结果有很大影响，应加以考虑并适当解决，否则会影响测温精度甚至引起热像仪的损坏。当环境温度过高、存在灰尘、烟雾和蒸汽的条件下，可选用厂商提供的保护套、水冷却、空气冷却系统、空气吹扫器等附件。这些附件可有效地解决环境影响并保护热像仪，实现准确测温。在确定附件时，应尽可能要求标准化服务，以降低安装成本。在密封的或危险的材料应用中(如容器或真空箱)，热像仪通过窗口进行观测。材料必须有足够的强度并能通过所用测温仪的工作波长范围。还要确定操作工是否也需要通过窗口进行观察，因此要选择合适的安装位置和窗口材料，避免相互影响。在低温测量应用中，通常用Ge或Si材料作为窗口，不透可见光，人眼不能通过窗口观察目标。如操作员需要通过窗口目标，应采用既透红外辐射又透过可见光的光学材料，如应采用既透红外辐射又透过可见光的光学材料，如ZnSe或BaF2等作为窗口材料。
操作简单，使用方便：
红外热像仪应该是直观的，操作简单，易于被操作人员使用，其中便携式红外热像仪是一种集测温和显示输出为一体的小型、轻便、由人携带进行测温的仪器，在显示面板上可显示温度和输出各种温度信息，有的可通过遥控或通过计算机软件程序操作。在环境条件恶劣复杂的情况下，可以选择测温头和显示器分开的系统，以便于安装和配置。可选择与现行控制设备相匹配的信号输出形式。红外辐射热像仪的标定：红外热像仪必须经过标定才能使它正确地显示出被测目标的温度。如果所用的测温仪在使用中出现测温超差，则需退回厂家或维修中心重新标定。

正确使用红外热像仪 的过程：
1)调整焦距
2)选择正确的测温范围
3)了解最大测量距离
4)仅仅要求生成清晰红外热图像，还是同时要求精确测温？
5)工作背景单一
6)保证测量过程中仪器平稳

1)调整焦距
您可以在红外图像存储后对图像曲线进行调整，但是您无法在图像存储后改变焦距，也无法消除其他杂乱的热反射。保证第一时间操作正确性将避免现场的操作失误。仔细调整焦距！如果目标上方或周围背景的过热或过冷的反射影响到目标测量的精确性时，试着调整焦距或者测量方位，以减少或者消除反射影响。(FoRD的意思是：Focus焦距，Range范围, Distance距离)
2)选择正确的测温范围
您是否了解现场被测目标的测温范围？为了得到正确的温度读数，请务必设置正确的测温范围。当观察目标时，对仪器的温度跨度进行微调将得到最佳的图像质量。这也将同时会影响到温度曲线的质量和测温精度。
3)了解最大的测量距离
当您测量目标温度时，请务必了解能够得到精确测温读数的最大测量距离。对于非制冷微热量型焦平面探测器，要想准确地分辨目标，通过热像仪光学系统的目标图像必须占到9个像素，或者更多。 如果仪器距离目标过远，目标将会很小，测温结果将无法正确反映目标物体的真实温度，因为红外热像仪此时测量的温度平均了目标物体以及周围环境的温度。为了得到最精确的测量读数，请将目标物体尽量充满仪器的视场。显示足够的景物，才能够分辨出目标。与目标的距离不要小于热像仪光学系统的最小焦距，否则不能聚焦成清晰的图像。
4)仅仅要求生成清晰红外热图像，还是同时要求精确测温？
这之间有什么区别吗？一条量化的温度曲线可用来测量现场的温度情况，也可以用来编辑显著的温升情况。清晰的红外图像同样十分重要。但是如果在工作过程中，需要进行温度测量，并要求对目标温度进行比较和趋势分析，便需要记录所有影响精确测温的目标和环境温度情况，例如发射率，环境温度，风速及风向，湿度，热反射源等等。
5)工作背景单一
例如，天气寒冷的时候，在户外进行检测工作时，你将会发现大多数目标都是接近于环境温度的。当在户外工作时，请务必考虑太阳反射和吸收对图像和测温的影响。因此，有些老型号的红外热像仪只能在晚上进行测量工作，以避免太阳反射带来的影响。
6)保证测量过程中仪器平稳
现在所有的长波FLIR红外热像仪都有固定的帧频速率，因此在拍摄图像过程中，由于仪器移动可能会引起图像模糊。为了达到最好的效果，在冻结和记录图像的时候，应尽可能保证仪器平稳。当按下存储按钮时，应尽量保证轻缓和平滑。即使轻微的仪器晃动，也可能会导致图像不清晰。推荐在您胳膊下用支撑物来稳固，或将仪器放置在物体表面，或使用三脚架。