红外热成像技术在采油厂生产过程监控中的应用

第一篇：红外热成像技术在采油厂生产过程监控中的应用

红外热成像技术在采油厂生产过程监控中的应用

智能视频监控技术是计算机视觉和模式识别技术在视频监控领域的应用，它能对视频图像中的目标进行自动地监测、识别、跟踪和分析，从而为用户提供对监控和预警有用的关键信息。尤其是在一些特殊的应用场所，如在恶劣天气下24h全天候监控、边防与周界入侵自动报警、火灾隐患的自动识别、输油管线漏油检测等等，若利用红外热成像技术作智能视频监控探测与识别，更显得方便而容易。下面就介绍一下红外热成像技术以及它在采油厂生产过程监控中的应用等。

一、红外热成像系统的组成及工作原理

红外热成像技术是一种被动红外夜视技术，其原理是基于自然界中一切温度高于绝对零度(-273℃)的物体，每时每刻都辐射出红外线，同时这种红外线辐射都载有物体的特征信息，这就为利用红外技术判别各种被测目标的温度高低和热分布场提供了客观的基础。利用这一特性，通过光电红外探测器将物体发热部位辐射的功率信号转换成电信号后，成像装置就可以一一对应地模拟出物体表面温度的空间分布，最后经系统处理，形成热图像视频信号，传至显示屏幕上，就得到与物体表面热分布相对应的热像图，即红外热图像。

红外热成像仪，可以分为致冷型和非致冷型两大类。目前，新的热成像仪主要采用非致冷焦平面阵列技术，集成数万个乃至数十万个信号放大器，将芯片置于光学系统的焦平面上，无须光机扫描系统而取得目标的全景图像，从而大大提高了灵敏度和热分辨率，并进一步地提高目标的探测距离和识别能力。非致冷焦平面红外热成像系统由光学系统、光谱滤波、红外探测器阵列、输入电路、读出电路、视频图像处理、视频信号形成、时序脉冲同步控制电路、监视器等组成。系统的工作原理是：由光学系统接受被测目标的红外辐射经光谱滤波将红外辐射能量分布图形反映到焦平面上红外探测器阵列的各光敏元上，探测器将红外辐射能转换成电信号，由探测器偏置与前置放大的输入电路输出所需的放大信号，并注入到读出电路，以便进行多路传输。高密度、多功能的CMOS多路传输器的读出电路能够执行稠密的线阵和面阵红外焦平面阵列的信号积分、传输、处理和扫描输出，并进行A/D转换，以送入微机作视频图像处理。由于被测目标物体各部分的红外辐射的热像分布信号非常弱，缺少可见光图像那种层次和立体感，因而需进行一些图像亮度与对比度的控制、实际校正与伪彩色描绘等处理。经过处理的信号送入到视频信号形成部分进行D/A转换并形成标准的视频信号，最后通过电视屏或监视器显示被测目标的红外热像图。红外热像仪成像原理图如下：

总之，热成像仪是通过非接触探测红外能量(热量)，并将其转换为电信号，进而在显示器上生成热图像和温度值，并可以对温度值进行计算的一种检测设备。红外热像仪能够将探测到的热量精确量化或测量，不仅能够观察热图像，还能够对发热的故障区域进行准确识别和严格分析。

二、热成像技术在采油厂的应用现状

采油厂油井和输油管线分布面积较广而且分散，油区内村庄多，人员复杂，油区治安防控困难，盗油现象时有发生，生产设施经常遭到人为破坏，为了修复被破坏的生产设施和清理被污染的环境，采油厂投入了大量的资金以及人力物力。

为了防范不法分子盗油和破坏油田生产设施、保护国有资产不受损失，及时给采油厂护卫大队及河滨分局等部门提供第一手的现场信息资料、有效打击不法分子，采油厂从2009年底开始把红外热成像仪技术引入到油田生产过程监控中，首先在采油四矿的涉海油区进行了安装运行，取得了良好的应用效果：

1)油区治安方面：通过每天的监控值班记录，摸清了盗油份子经常出车的时间段，减少了盲目巡逻，使护卫队的巡逻越来越有针对性，通过缴获盗油车辆、抓获偷油分子等有效打击了不法分子盗油和破坏油田生产设施的嚣张气焰，挽回了原油损失、修井作业及污染治理等费用，经济效益和社会效益显著。

2)生产运行方面：通过监控系统，可以及时掌握涉海油区的海情海况以及重点井、长输管线的生产运行情况，对作业措施井的重点上产工序，技术人员通过监控系统可以及时发现现场存在的问题，采取针对性措施，有效地提高了生产效率。

目前按照厂领导要求，准备扩大红外热成像技术的应用区域，将逐步选择产量较高、容易被不法分子偷盗破坏的井区进行推广安装。各矿监控中心在热成像技术投入使用以后，油区治安环境有了明显改善，红外热成像视频监控系统已成为治安人员维持油区安全不可或缺的技术手段。

三、普通可见光监控与红外热成像监控比较

热成像仪和激光夜视仪的主要区别有以下几个方面：

①激光夜视仪监控范围是一个点状区域，只适合油井监控，而热成像仪的监控范围是一个面，可同时监控的范围比较大，适合油井、输油管线、道路等监控;

②热成像仪因为是靠温度差产生的图像，不需要特殊操作就能及时发现车辆人员等目标，激光夜视仪的操作则相对复杂一些;

③如果管线有漏油、穿孔等情况发生，由于温度的不同，热成像仪可以及时的发现;

④激光夜视仪属于主动式发现监控设备，在夜间的被监控目标上有红暴产生，隐蔽性不强;而热成像仪属于被动式发现监控设备，本身不向被监控目标发射光源，而是采集被监控目标的温度来成像，所以隐蔽性较高。

热成像仪具有不同于其它夜视仪的独特优点，如可在雾、雨、雪的天气下工作，作用距离远，能识别伪装和抗干扰等，已成国外夜视装备的发展重点;缺点是其核心设备采用进口的氧化钒探测器，生产成本较高，不易于大范围推广应用。

四、采油厂视频监控系统建设规划

1.进一步加强采油厂视频监控系统管理

结合精细化管理，定期检查已安装和将要安装的红外热成像监控系统在各三级单位的运行情况，以进一步推进采油厂视频监控管理规定、技术标准、建设流程和维护工作机制的贯彻落实。

2.加大采油厂视频监控系统建设力度

采油厂计划选择产量较高、容易被不法分子偷盗破坏的井区新建视频监控系统，结合热成像技术在采油矿的应用情况，在油井管线密集、道路复杂的监控点选择红外热像仪作为前端监控设备。为防止不法分子对监控系统前端设备进行破坏，专为区域监控点配备了监控自保摄像系统，当有不法分子企图破坏前端设备时，自保系统将及时报警，并把图像传回监控中心。

3.加大信息集成力度，建立采油厂视频监控系统整合平台。

采油厂前期监控系统都存在投产时间早、设备型号不统一、技术协议不统一、各系统之间相对独立的问题，针对这些已安装的系统，建立一套统一的视频监控信息数据整合平台就显得尤为重要。因此采油厂计划建立厂级监控中心，把前端各监控点接入整合平台，更换前端无法兼容的部分编解码器，完善各分控中心到厂监控中心的网络传输通道，开发相应的管理软件，最终实现“全厂共享、集中管理、分级监控、统一协调、授权使用”，力争做到厂、矿、队共同使用、各取所需。同时进一步修订、完善系统技术标准，针对后期新建的系统，必须选用符合采油厂相关技术标准要求的设备，为系统整合提供技术保障。

建设采油厂视频监控系统整合平台，可以实现已有分散在各个采油矿区、集输站库、不同地点办公区原有监控系统的后期整合，及时掌握生产现场的情况，针对突发事件全厂统一调度指挥，及时做出相应的决策部署，提高应急事件反应速度和处置能力。同时转变工作模式，整合全厂的护卫力量并发挥护卫大队的护卫主体作用，变定点蹲守为主动出击，通过监控盗油分子的行动有的放矢，减少了盲目巡逻，有效降低了巡护成本损耗，减少了人力资源浪费，增加了职工的安全感，进一步提高了生产管理水平，确保了油区安全、清洁生产。

五、结论

由上看出，红外热成像技术的优点多，应用广，因而最具发展潜力。随着红外热成像监控系统的建立，为采油厂各级部门及时掌握生产现场信息提供了更加方便、快捷、高效的信息化手段，为油区治安环境的进一步改善发挥着巨大的作用，为采油厂的安全生产提供了有力的保障。

第二篇：红外热成像技术在安防中的具体应用

红外热成像技术在安防中的具体应用

由红外热成像技术的原理与特点可知，红外热成像技术能很好地应用于智能视频监控系统中，并且往往是普通摄像监控所不能完成的。其具体的应用如下。

能真正实现24h及恶劣气候条件下的全天候的智能视频监控

普通的视频监控很难做到全天候的监控，如银行的金库、机要室、军事要地、监狱以及核心办公室等重要的监控区域，不可能完全做到全天候的有可见光，而没有了可见光，普通视频监控也就失去了其监控功能。要想夜晚监控，只能用日夜转换摄像机加上红外灯。而红外热成像仪，是被动接受目标自身的红外热辐射，无论白天黑夜24小时均可以处于运行状态且正常工作，并随时对背景资料进行分析，一旦发现变化，可以及时发出预/报警，并可以通过其他智能设备自动对有关情况进行处理与上报。

在雨、雾等恶劣的气候条件下，由于可见光的波长短，克服障碍的能力差，因而观测效果差。而工作在8—14μm波长的长波红外热成像仪，其穿透雨、雾的能力较高，从而仍可以正常地观测目标。因此在夜间以及恶劣气候条件下，采用红外热成像监控设备可以对各种目标，如人员、车辆等进行24h监控。在高速公路、铁路夜间安全保卫巡逻、夜晚城市交通管制等领域中，红外热成像装置也有着不可替代的作用。由于热成像系统在观察、识别目标方面有着众多的优点，因此在许多发达国家车载或直升飞机机载监控系统已经得到了广泛的应用。

能进行火灾的智能视频监控与识别

由于红外热成像仪是反映物体表面温度而成像的设备，因此除了夜间可以作为现场监控使 用外，还可以作为有效的防火报警设备。如在大面积的森林中，火灾往往是由不明显的隐火引发的，这是毁灭性火灾的根源，采用现有的普通监视系统，很难发现这 种隐性火灾苗头。然而采用红外热成像仪，则可以快速有效地发现这些隐火，并且可以准确判定火灾的地点和范围，即可透过烟雾发现着火点，把火灾消灭在萌芽阶段。

如加拿大森林研究中心，利用直升飞机采用便携式热成像仪，在一个火灾季节中就发现了15次隐火。

在住宅小区、机场、码头、学校等人流密集的场所，通过红外热成像仪探测的红外热图像，均能迅速及时监测到火灾源头，并进行预/报警，以便及时采取行动进行处理。

谷物粮仓往往会发生自燃现象，过去一般采用温度计测量其温度变化。而采用红外热像仪可以准确判定这些火灾的地点和范围，从而做到早知道早预防，早扑灭。

据美国保险公司的统计数据表明，在所有火灾中，有25%是电气设备隐患引发火灾的，即由于插头接触不良引发的。红外热像仪还可以用来探测电气设备的不良接触，以及过热的机械部件，以免引起严重短路和火灾。对于所有可以直接看见的设备，红外热成像产品都能够确定所有连接点的热隐患。对于那些由于屏蔽而无法直接看到的部分，则可以根据其热量传导到外面部件上的情况，来发现其热隐患。而利用红外热成像产品，可以很容易地探测到回路过载或三相负载的不平衡。如我国利用自制的热像仪对华北电力网内的20座发电厂、8座变电站和24条高压线的10000多个插头进行了过热检查，发现不正常发热点500多处，严重过热 为100处，做到及时处理，从少减少火灾事故的发生率。

此外，即使是在火灾过后，消防人员也能通过现场红外热成像仪的监视图像，开展对火灾现场卓有成效的搜救工作。

能对伪装及隐蔽的目标进行视频监控与识别

普通的伪装是以防可见光观测为主。一般犯罪分子作案通常隐蔽在草丛及树林中，由于野外环境的恶劣及人的视觉错觉，容易产生错误判断。红外热成像装置是被 动接受目标自身的热辐射，人体和车辆的温度及红外辐射一般都远大于草木的温度及红外辐射，因此不易伪装，也不容易产生错误判断。

能对边防、周界入侵进行远距离有效的监控与识别

我国边境线甚长，海洋也辽阔，由于野外环境的恶劣，特别是在下雨、下雪、大雾、大风的日子，许多系统都不可能很好地担当起防范作用，更不用说通过智能分 析报警了。如果采用人员巡逻，利用望远镜进行观察，往往由于可见光波长短，使观察效果不理想，根本不可能做到全天候，这样难免不造成漏查、误查和失查的现象。

利用红外热成像仪，可以探测到不同物体的红外辐射，因而可以远距离地进行观察，尤其适用于风雨天气。如在边境地区放置红外热成像仪，就可成功地破获非法入境者案件，显然，其效率大大高于人工巡查。

目前在海边走私，常常利用“大飞”来进行，这些“大飞”无灯光，马力大，机动性强，往往容易摆脱缉私人员和边防人员的追踪。而有了红外热成像仪，就可以迅速地远距离跟踪这些“大飞”，其距离可达数公里。即使是在雷达的死角，这个系统也可以正常运行，特别是在黑夜和恶劣的天气下，均可以充分发挥其良好的特点。

此外，传统的视频监控技术只是对周围的现象进行实时的监控与记录，在非智能的状态下，无法完成有效的预/报警功能。而是传统的红外对射技术，虽然能够短距离地对入侵者进行实时预/报警却无法认识入侵对象。而利用红外热成像技术可远距离地对周边入侵进行监视，不仅能够实时预/报警，而且能够察看当时入侵者的红外监控图像，从而做出分析，达到一般监视系统不易达到的效果。

过境人员检验检疫人体温检测跟踪

出入境检验检疫局所管辖的机场等出入境口岸，人员流动量大、繁忙拥挤、情况复杂，与之对应的出入境旅客检验检疫工作任务十分繁重。同时，近年来，随着SARS、禽流感等传染病疫情的流行和肆虐，落后的传统检验检疫工作面临越来越严峻的挑战。为确保新形势下出入境旅客的安全顺畅通关，发扬与时具进的精神，采用创新思维、创新手段，建立一套技术先进、自动化程度高的红外体温监测系统，有效提高口岸出入境人员的传染病检测能力，树立检验检疫的良好社会形象。

第三篇：红外热成像技术在森林防火中的应用

红外热成像技术在森林防火中的应用

森林火灾具有突发性、随机性、破坏时间短等特点，因此一旦有火警发生，就必须速度采取扑救措施。而扑救是否及时，决策是否得当，最重要取决于对林火的发现是否及时，分析是否准确合理，决策措施是否得当。传统火灾报警系统一般基于红外传感器和烟雾传感器，探测火灾发生时生成的烟、温度和光等参量，经信号处理、比较、判断后发出火灾报警信号；其缺点是无法迅速采集火灾发出的烟温变化信息，难以满足早期探测并预报此类火灾的要求。

近年来，红外热成像检测和可见光图像检测在火焰检测中有一定程度的应用，但由于自身成像和检测原理，只是单一的检测模式极容易产生误报、漏报，影响用户使用，使得这一技术的推广受到了阻碍。基于这种现象，双光谱探测森林防火智能预警系统，采用两种光谱的图像智能检测技术最大程度发挥了各自优势，取长补短，能有效准确地检测出火焰，弥补传统火灾报警系统与单一检测模式所存在的不足，以达到森林防火智能预警的效果。

双光谱探测森林防火智能预警系统是基于当前林火监测技术的不足的基础上研发的成果，也是一套针对性很强的系统，其具有高精度、高可靠等特点，多种技术手段共同确保林火预警功能的实现。

国外森林防火技术发展

从19世纪90年代至20世纪50年代感温探测器一直占主导地位，火灾自动报警系统处于初级发展阶段;20世纪50年代初，瑞士物理学家埃斯特迈尔成功研制出离子型感烟探测器;到20世纪70年代末，光电元器件技术取得突破，光电感烟探测器应运而生;20世纪80年代初，日本开始研究实验模拟量火灾探测器，最为典型的是1991年日本学者提出神经网络用于火源探测的问题;1994年瑞士推出AlgoRex火灾探测系统，该系统采用了神经网络、模糊逻辑相结合，共同决策。

20世纪70年代末，我国的一些军工企业、部属企业开始研制火灾自动报警产品;进入80年代后为了缩短与国外同类产品的差距，满足国内市场需要，开始引进或仿制国外产品;90年代后，国外企业进入中国市场，带来了先进的技术，在一定程度上促进了市场的发展。

随着科学技术的进步和森林防火信息化需求的逐渐升级，新的火灾探测器也不断出现;但目前国内所有的火灾自动报警技术主要是基于传感器的检测，在现有的各种火灾报警和消防监控设备中，大多数场所的火灾检测，都采用常规的火灾探测的方法，其性能优劣直接会影响火灾自动报警的准确度和可靠性，例如感烟、感温、感光探测器，它们分别利用火焰的烟雾、温度、光的特性来对火灾进行探测。在大面积森林应用中，上述传感器由于空间距离大，信号变得十分微弱。大空间使得普通的感烟、感温火灾探测报警系统都无法迅速采集火灾发出的烟温变化信息，即使是高精度的传感器也会由于种种噪声干扰而无法正常工作，导致火情误报或错报，无法满足森林火灾的及时检测需求。

目前世界森林面积达40亿公顷，其中我国森林面积是1.75亿公顷,各类自然保护区1551个，对森林防火智能预警系统有着不同程度的需求，防止森林火灾发生的最好办法就是预防。世界各国对火灾的预警检测越来越重视，2010年6月俄罗斯大火给各国敲响了森林防火的警钟，森林保护系统的缺失将导致森林火灾发生时要么束手无策，要么听之任之，因此，俄罗斯生态学家指出应尽快恢复国家森林保护系统，实用、快速、全面的预警系统尤为重要。

双光谱探测森林防火智能预警系统，采用双光谱探测方法，将先进的红外热成像仪图像采集和可见光图像探测通过智能分析算法结合应用，取长补短，最大限度发挥各自优势，再加上网络传输系统及显示系统组成数字化、网络化的智能森林防火指挥系统。与普通网络视频检测系统相比，双光谱探测森林防火智能预警系统是一种更高端、视频检测更智能、更准确可靠的防火检测系统，能够实现无人值守，自动对视频图像信息进行分析判断，及时发现监控区域内的异常烟雾和火灾苗头，准确检测出火焰，以最快、最佳的方式告警并提供防火预警信息，达到早期预警的目的。能够有效的协助消防人员处理火灾危机，并最大限度的降低误报和漏报现象;同时还可查看现场实时图像，根据直观的画面直接指挥调度救火。

该系统可广泛应用于森林等户外火灾的预警监测中，同时结合林业管理的专业知识和林业防火的经验，建立新一代森林防火智能分析监测系统，针对性地解决用户的各种个性化需求。通过红外热成像和可见光双光谱的检测，以及云台精确智能定位系统，获得林区的清晰图像，利用视频分析技术，根据火焰光谱特征判断是否产生火情，一旦发现疑似火情，立即触发报警，林区视频回传至监控中心，如果确认报警属实，摄像系统锁定目标，精确判断火点位置，并根据已建立的林业防火信息数据资源做出灭火方案。

解决方案

本系统是一种具有红外光、可见光双光谱探测的森林防火智能预警系统，系统集成了红外热成像仪系统、超温检测系统、可见光摄像机、火灾监测分析仪、云台精确定位系统、视频服务系统、监控主机等部分组成。可同时输出两路视频信号，具有红外热成像超温检测和可见光火灾检测功能，并根据置信度系数模型进行分析，自动给出报警信息，有效提高了报警的准确率。探测设备可根据用户在场景中画出的任意路径自动扫描，并可在运动扫描过程中进行快速烟火检测。通过网络传输并向远程监控主机发送报警机器ID、云台水平和俯仰角度、超温区域的坐标(左上角和右下角)等信息。远程监控主机根据回传信息，经过分析判断确认报警后产生报警信号、记录报警信息，并提供日志查询和录像等功能。

连续变焦红外热成像仪

连续变焦红外热像仪由324×256非制冷焦平面阵列探测器配合75-150mm连续变焦红外镜头制成，既能大范围搜索，又能识别远处目标。该产品克服了目前国内外固定焦距式或双视场式热成像仪的缺陷，在变焦的过程中成像清晰，功能强大，性能稳定。具有坚固且密封性能极好的外壳，内部充氮，不受雨雪、灰尘的破坏，能够在恶劣的环境中正常工作。集第4代非制冷型焦平面红外探测器、最先进的电子和光学系统于一身的热成像仪，能够穿透灰尘、烟雾、雨雪和黑暗，最小温度分辨率达50mK，增加图像细节增强功能、输出热白/热黑/伪彩色图像。

热成像超温检测系统

在大面积的森林中，火灾往往是由隐火引发，这是毁灭性火灾的根源，而用现有的普通检测方法，很难发现这种隐性火灾苗头。而应用红外热成像仪可以快速有效地发现这些隐火，并且可以准确判定火灾的地点和范围。

自然界中任何温度高于绝对零度的物体，都会不停地向周围空间辐射包括红外波段在内的电磁波，物体表面的温度越高，红外辐射能量就越多，因此可以利用红外辐射测量物体表面的热状态。

热像仪工作在8-14μm，属于远红外波段，正常森林的辐射波长范围为8.5-12.2μm，在热成像仪8-14μm的探测范围之内。目标温度越高，从热成像探测器组件输出的数字信号值越大,即数字图像的灰度值越大，根据此特点，超温检测工作过程如下：图像采集模块将探测器输出的高精度图像数据写入内存，图像处理模块运行超温检测算法，首先根据目标和背景的对比度计算出原始阈值，再结合用户设定的目标温度等级，计算出二值化阈值，将图像二值化后进行连通域检测，计算出目标区域面积和坐标，在画面上标识出超温区域并通过串口发出报警信息。

由于探测器接收到的红外辐射能量受监控距离和工作环境的影响，被检测目标的温度范围也各不相同，所以为了达到理想的报警效果，可以根据用户的具体使用环境设定被监控目标的温度等级，即目标与背景的温度差别等级。

可见光图像检测系统

由于红外热成像仪成像清晰度差，可能存在一定程度上的误报，因此系统又引入可见光图像检测，通过检测火焰的静态特征(颜色)和形态特征(闪烁性)两个特征进行检测。先利用静态特征从视频图像中提取出与火焰颜色相似的区域，再利用形态特征对上面提取出来的区域进行检测，通过视频图像分析算法，检测出火焰产生二级报警信号。可见光摄像机模拟视频信号接入到图像检测模块，通过图像采集单元的视频解码电路转换为数字信号后，被基于DSP的图像处理单元处理，根据火灾火焰的图像特性，探测出画面中出现的火焰，加入火焰识别标记后，再通过视频编码电路转换为模拟视频信号输出。由于监测场景不同，火焰所呈现的颜色、状态也会不同。因此，在监测时，可以根据环境要求，调整检测模块的工作状态，通过设置相应参数阈值，如颜色灵敏度、动态灵敏度等，使检测模块可以更准确及时地识别出火焰。

第四篇：红外热成像检测技术的应用和展望

红外热成像检测技术的应用和展望

摘要：无损检测，是指在不会对材料或元件的有效性或可靠性造成损害的前提下，对其内部的异性结构(缺陷或损伤)进行探测、定位、识别及测量的一种实用性技术。红外热成像技术是在红外探测器、微电子和计算机技术的基础上发展起来的，属于综合性高新技术，该技术正朝着快速扫描、非致冷、焦平面阵列式接收、计算机图像处理的方向发展，利用便携式笔记本电脑控制的系统正日趋完善。

关键词：无损检测；热成像技术；应用；发展趋势

红外热成像无损检测技术(又称红外热波无损检测技术)，是一门跨学科的技术，它的研究和应用，对提高航空航天器，多种军、民用工业设备的安全可靠性具有重要意义。

1.红外热成像检测技术的原理

红外热成像无损检测技术的基本原理是利用被检物的不连续性缺陷对热传导性能的影响，使得物体表面温度不一致，即物体表面的局部区域产生温度梯度，导致物体表面红外辐射能力发生差异。借助红外热像仪探测被检物的辐射分布，通过形成的热像图序列就可推断出内部缺陷情况。

从理论上分析可知，材料或构件因内部缺陷将导致局部力学性能的强度改变，由于材料内部结构的不连续性，这种缺陷将引起材料或构件的热传导不连续，致使材料或构件的温度梯度不同，因而显现出的红外热图像也有所不同。通过研究被检测材料的内部缺陷及结构力学性能，找出其热传导特性与红外热图像之间的关系和机理，根据显示图像的温度梯度就可以确定缺陷的位置和范围，由温度梯度随时间变化的速率可以确定缺陷的深度。

采用红外热成像技术进行检测的特点是不受材料的几何结构及材质的限制，可以实现非接触、大面积的检测。

2.红外热成像检测技术的分类

根据探测方式不同，红外热成像检测技术可划分为透射式和反射式，其中反射式更便于使用；根据引起温差的方式不同，可划分为主动式和被动式。

主动式红外热成像检测技术可以对物体表面进行快速、准确的检测，并具有直观、非接触、单次检测面积大等特点。根据主动式激励源不同，主要划分脉冲红外热成像检测技术、锁相红外热成像检测技术和超声红外热成像检测技术等。

2.1脉冲红外热成像检测技术

脉冲红外热成像技术是一种集光、机、电为一体的非接触式无损检测方法，也是目前研究最多和最成熟的方法之一。工作原理如图1所示:以高能脉冲闪光灯作为激励热源，热流在被测构件内部传导过程中，若构件内部存在缺陷或损伤，则使得物体内部热分布将存在不连续性结构，从而导致其缺陷或损伤处的表面温度与无缺陷或损伤处有明显不同。

图1冲红外热成像检测技术的工作原理

脉冲红外热成像检测方式虽然简单实用，但是也存在着一些缺点：适于检测平板类构件，对于复杂结构构件检测存在困难；对热源的均匀性要求非常高；检测构件厚度有限，当检测厚度较高的构件时，难以显示缺陷结果。

2.2锁相红外热成像检测技术

锁相红外热成像检测技术的工作原理，如图2所示。由函数发生器控制激励热源发出按照正弦规律变化的光源强度，光源的热辐射对被测构件进行加热，采用红外热像仪采集构件表面的温度信息。锁相的目的在于从干扰信号中提取特定频率的有用信号，分析其存在的差异，从而实现对缺陷特征的判定与识别。

图2相红外热成像检测技术的工作原理

锁相红外热成像技术与常规的脉冲红外热成像技术相比，主要有以下优点：不受加热不均的影响；相位图与构件表面发射率无关；加热的温度较低，不会导致材料表面发生损伤；根据锁相频率和相位延迟，即可求出缺陷深度。此外，相位检测与幅值检测相比，在热像仪精度确定的情况下，能显著提高缺陷的探测能力和测量精度。

2.3超声红外热成像检测技术

超声红外热成像检测技术将超声激励技术与红外热成像技术相结合，其原理，如图3所示。利用低频超声脉冲波作用在构件表面上，利用其特定的振动激励源促使物体内部产生机械振动，使得缺陷部分因热弹和滞后效应导致声能在物体中衰减而转化成热能，通过红外热像仪对构件表面温度变化情况进行捕捉和采集。通过观察红外热像仪所记录下来的温差，借助于计算机对时序热图进行处理，即可实现对构件内部缺陷的判定与识别。

图3超声红外热成像检测系统的工作原理

超声红外热成像技术与脉冲红外热成像等其他表面加热的检测方式相比，其检测灵敏度更高。超声红外热成像技术可对物体更深的亚表面裂纹进行检测，还可用于对复合材料内部分层或脱粘进行检测。超声红外热成像的实验系统比较复杂，操作时需要小心谨慎，避免不必要的损伤和浪费。

3.红外热成像检测技术的应用

外热成像技术因能快速、实时、直观地检测零件的损伤，所以应用广泛,可应 用于航空设备检测、复合材料的检测、衬里损伤诊断、电力设备的故障诊断等。

3.1在电气领域的应用

测试对象主要包括变电所空压机互感器接头、分电箱导线接头、变压器零线接头、供电厂照明线接头、电车隧道电缆过载、空气开关接头和高压线电缆中间接头温度的测试等。通过对变电站和输电线路的定期测温，排除了大量的安全隐患，有效避免了不必要的损失，为工厂的安全运行提供了重要保障。

3.2在土木工程领域的应用

随着红外热成像检测技术的日新月异，其在土木工程领域中的应用也有了很大发展。尤其在建筑物外墙饰面施工质量检测技术日趋成熟。通过采集外墙表面的温度场变化，可

为判断饰面工程质量提供一种途径。

3.3在航天航空领域中的应用

发动机涡轮叶片是飞机中能量转换的关键部件，在燃气冲击下高速旋转，不但承受变化巨大的各种应力，还受到高温氧化等作用，所以准确高效的检测涡轮叶片的缺陷，对于预防危害性故障，提高飞机运行安全有着重要意义问。文献川以热风作为激励源，对正常和故障叶片分别进行相同的持续激励，然后用红外热像仪记录叶片表面的温度变化情况。

4.红外热成像检测技术的展望

红外热成像技术的发展以红外探测器的发展为标志，可以从红外探测器的发展来推断其发展趋势：以“二代”焦平面阵列的实用化，批量生产，大量装备为重点，解决各种不同功能要求的图像处理和智能化、自动化问题，提高非制冷焦平面阵列规模和水平，与应用密切配合，解决应用中出现的问题；发展应围绕“第三代”焦平面阵列，着重基本技术问题的研究解决，包括外延材料生长大规模高密度器件工艺、非均匀性校正、可低温工作的信号处理电路、互联耦合技术、测试评价技术、图像处理和智能化等技术关键问题，以缩小整机体积，并增强功能；进一步应探索新型材料器件的研究开发，从能带工程出发，设计研究新型焦平面阵列材料和器件；竭力提高成品率，降低价格，扩展红外热成像技术的应用领域及应用价值。

纵观现代各种无损检测技术，均要求对零件的损伤进行快速、准确的检测与评估，因此，红外热成像技术未来也要朝着快速、准确的方向发展，其具体发展方向有以下几点：（1）从定性到定量的转变；(2)采取多样化的激励方式，实现更加快速、准确的检测；（3）尝试各种先进 的信息处理方式，得到更加精确的零件损伤信息；（4）为适应现场检测的要求，向便携式方向发展。

5．总结

红外热成像技术历经多年的发展，已从当初的机械扫描机构发展到了今天的全固体、小型化、全电子、自扫描凝视摄像，红外热成像技术正走向辉煌，同时，我们应清醒的认识到，红外热成像技术，已经走上了一条充满挑战的发展道路，要想发展，必须解决许多问题，以提高灵敏度，增加识别距离，降低成本。

参考文献

[1]戴景民,汪子君.红外热成像无损检测技术及其应用[J].自动化技术与应用,2007,26(1)：2．

[1]戴景民,汪子君．红外热成像无损检测技术及其应用[J].自动化技术与应用,2007,26(1)：2．

[3]蒋玉龙.激光锁相红外无损检测技术研究及系统研制[D]．北京：首都师范大学，2010． [4]冯辅周,张超省,江鹏程.超声红外热像技术中缺陷的自动识别[J].激光与红外，2012，42(10):1149—1153．

[5]刘新业,常大定,欧阳伦多.红外热成像在电气设备维护中的应用[J].红外与激光工程,2002,31(3):220-224．

[6] 杨继俊.红外探测器发展述评[J].激光与红外,2006,36(12):1098-1102.[7] 吕宇强.热红外探测器的最新进展[J].压电与声光,2006,28(4):407-410.[8]缪鹏程,洪毅,张仲宁,等.红外热像仪在超声红外热像技术中的应用[J].激光与红外2003,33(2),132.[9]吴斌，邓菲，何存富．超声导波无损检测中的信号处理研究进展[J].北京工业大学学报2007,33(4):342.[10]江涛,杨小林,阚继广.超声红外热成像无损评估技术[J].无损检测,2009,31(11):884 [11]刘波,李艳红,张小川,等.锁相红外热成像技术在无损检测领域的应用[J].无损探伤,2006,30(3):12.

第五篇：红外热成像仪在警用装备中的应用

红外热成像仪在警用装备中的应用

在介绍红外热成像仪在警用装备领域的应用之前，首先介绍一下什么是红外热成像仪？

红外热成像仪在军民领域都有应用，最开始起源于军用，逐渐转为民用。在民间一般叫热成像仪。红外热成像仪是利用红外探测器和光学成像物镜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原件上，从而获得红外热像图，这种热像仪图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。通过查看红外热像图，可以观察到被测目标的整体温度分布状况，研究目标的发热情况，从而进行下一步工作的判断。现代热像仪的工作原理是使用光电设备来检测和测量辐射，并在辐射与表面温度之间建立相互联系。红外热线航意利用红外探测和光学成像物镜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件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体的分布场相对应。

在警用装备领域为什么要采用红外热成像仪？

在夜间及恶劣气象条件下，采用红外热成像仪可以对各类目标，如人员、车辆等进行监控。夜间可见光器材（如望远镜等）已经不能正常工作，观察距离极短。如果采用人工照明（如手电筒等）可能会很容易暴露目标。如果采用微光夜视设备（如夜视仪等），它同样也需要辅助光才能看的稍远些。而红外热成像仪是被动接受目标的红外热辐射，与气候条件无关，无论白天夜晚均可正常工作，而且不容易暴露目标，有着得天独厚的优势，是其他设备所不能比拟的。因此，在警用装备等领域，应用红外热成像仪是最正确的选择。

在军用领域应用较多的品牌还是国际公认的几个大品牌—RNO、Perfect prime、Testo等。这两大品牌都是历史比较悠久的专业做红外热成像的公司。

一、RNO红外热成像仪

美国RNO公司作为红外热成像仪行业综合实力最强的公司，参加过多届展会。RNO公司于1940年成立于美国芝加哥，是全球历史最悠久的红外热成像仪生产企业，在二战中，RNO红外热成像仪曾广泛应用于美国军方。70年来，RNO一直致力于红外热成像技术的开发，而且RNO 在全球则拥有近50000名雇员，其授权分销商及服务分公司也遍布全球100多个国家。经过近80年的发展，RNO下设了美国RNO红外热像仪公司，美俄合资RNO夜视仪公司。RNO以生产中高端热像仪为主成为了全球最为专业的红外热成像仪公司。非常知名的HC系列双筒红外夜视热成像仪，美军采购量累计超过10万台，前期美国海豹突击队人手配备一台HC640。2010年，RNO与美军共同研发的TC系列高清夜视红外热成像仪的成功，RNO HC系列才得以成功从军用转为民用，也让更多户外爱好者有机会使用这款传奇的夜视红外热成像仪。备受好评的是RNO单筒观察式红外热成像仪MC640增强版。这款红外热像仪综合放大倍数高达12倍、物理口径为75mm，保证了足够宽的视野范围，是狩猎行业、警用装备领域不可错过的利器。

MC640增强版

二、perfect prime红外热成像仪

Perfect Prime是一家专注于消费电子、检测类仪器仪表（红外热成像仪等）和数字测量设备的电子商务公司。Perfect Prime公司为客户提供优质的设备，服务于生产生活的方方面面。Perfect Prime公司专注于创新、简单和高科技的产品，在产品介绍、客户服务和网站上强调这三个品质，使整个过程成为客户独特而难忘的体验。由于用户对Perfect Prime产品的体验非常好，从而使Perfect Prime产品销量倍增，并且使这些用户爱上了这项狩猎运动。同时，Perfect Prime产品在警用装备领域应用也非常广泛。

三、testo红外热成像仪

德国德图集团（Testo）是全球便携式及在线测量技术领域（如红外热成像仪等）的主要参与者之一，总部位于德国黑森林地区。在全球 32 个子公司，有 2800 名员工投入研发、生产和市场工作，并为空调通风、食品质量、建造技术、排放控制以及其他诸多领域寻找创新的测量方案而不懈努力。

德图仪器作为测量技术领域的创新者，每年为全球超过 30 万用户在测量数据管理方面提供可靠的测量仪器和创新方案。自从 1957 年成立以来，德图集团以平均每年高于10% 的速度增长，当前的销售额已超过 2.5 亿欧元，黑森林地区的宁静同高科技体系的美好结合令人印象深刻。高于平均水平的投入奠定了公司走向成功未来的基础，德图集团坚持将十分之一的销售额用于研发项目。同时是设施管理和工业维护部门的主要供应商，能够提供对维护至关重要的全套仪器。

那么在红外热成像仪在警用装备领域有哪些具体应用呢？

1、发现伪装及隐藏的犯罪分子

普通的伪装，在白天很容易被发现。但是在夜晚，要想发现目标却很难。一般犯罪分子夜晚作案时，通常隐蔽在草丛或树林中，由于野外环境极其复杂，人也容易产生错觉，很难找准目标。但是使用红外热成像仪后，这个问题就会迎刃而解。因为红外热成像仪是被动接受目标自身的热辐射，人体的温度热辐射比草木的温度热辐射大的多，因此，犯罪分子伪装的再好，也很容易被红外热成像仪发现。红外热成像仪在识别伪装及隐蔽犯罪分子方面效果显著。

2、监狱及重点部门的监控

由于红外热成像仪是根据物体温度热辐射而成像的，不受天气、环境等条件的制约，因此在夜间可以用来重点监控监狱及重点部门。由于红外热成像仪设备稳定可靠，可以大幅度减少误报率，减少不必要的出警。

3、红外热成像仪在巡逻等领域的应用

用红外热成像仪能够通宵巡逻，不受天气、环境等因素的影响。尤其是太阳眩光、夜间车灯眩光、雨、雪、雾、霾或潮湿地面反光的恶劣环境下，红外热成像仪能够体现出得天独厚的优势。

最早应用到军事领域的夜视设备是微光夜视仪，第一次世界大战时期德国首先使用的，现已逐步退役。在二战期间，RNO红外热成像仪曾广泛应用到美国军方。这是红外热成像设备最早在军方使用。近80年来，美国RNO公司一直致力于红外热成像技术的研发，现已成为最专业的红外热成像企业之一。形成了IR手持工业测温系列、MC单筒观察系列、HC双筒观察系列、EC机载车载系列等多系列产品共同发展的态势，广泛应用于生产生活的方方面面。现如今，RNO公司每年投入到研发领域的费用总额高到10亿美元。红外热成像仪是被动工作的，而且不需要借助于月光星光等，只依靠目标发出的红外热辐射能量，即可生成热图像，这样的话，人眼的视觉范围扩展到可以发现不可见光中波长在（3~5um和8~14um）的中长波红外。红外热成像仪能够在全天候工作，探测距离远，可穿透雾、霾、雨、雪、烟和草丛、树木遮挡等，然后精准发现目标。这极大地提高了现代战争的夜战能力。另外，红外热成像仪体积小巧、重量轻、分辨率高、识别能力强、抗电磁干扰能力强，很适合夜间作战的要求，是美国及其他发达国家重点扶持的领域。目前，美国在红外热成像仪的研发、生产和应用都是处在全球前列的。据统计，再过去几十年，美国国防部采购红外热成像设备高到200万台，目前美国三军采购红外热成像设备成逐年递增的态势。与发达国家相比，我国军队中红外热像仪应用的相对较少，但远景需求量可达200多亿元。我国红外热像仪在这些行业的应用还处于起步阶段，发展空间巨大。中国红外热成像领域的研究开发能力有了很大的提高。红外热像仪的研制与开发涉及到光学、电子、计算机、物理学、图像处理、新材料、机械等多个学科，研发的难度非常高。近年来，中国红外热成像行业良好的发展前景吸引了许多资本进入该行业，但大部分企业的研发实力弱，品牌影响力小，许多企业实际上是国外产品的代理商或者是组装商。红外热成像仪市场的需求将不断增加。目前，军用市场仍然是红外热成像产品的最大市场。在军用领域，可以将红外热成像仪应用到各个军种。但是，目前红外热成像仪市场实际年需求和潜在需求是存在较大差距的，造成这种差距的主要原因是：其一，红外热成像仪中的核心部件----探测器的成品率太低，从而造成红外热成像仪的成本居高不下，影响到了红外市场的潜在需求的开发。其二，产品质量参差不齐，一些劣质产品应用到军事领域，会产生致命影响，后果不堪设想。关键时刻掉链子的事情，在军事领域是不允许发生的。