红外检测技术教程教案.ppt

红外检测技术 机电工程学院测控系 魏 莉 Weili@whut.edu.cn 　　红外无损检测技术的特点决定了它的适用范围。  　　红外无损检测的优点为操作安全、灵敏度高、检测效率高。 由于进行红外无损检测时不需要与被检对象直接接触，所以操作十分安全。这个优点在带电设备、转动设备及高空设备的无损检测中非常突出。现代红外探测器对红外辐射的探测灵敏度很高，目前的红外无损检测设备可以检测出0.1℃的温度差， 因此能检测出设备或结构件等热状态的细微变化。由于红外探测器的响应速度高达纳秒级，所以可迅速采集、处理和显示被检对象的红外辐射，提高检测效率。一些新型的红外无损检测仪器还可与计算机相连或自身带有微处理器，实现数字化图像处理， 扩大了其功能和应用范围。另外，红外辐射不受可见光的影响，可昼夜进行测量。大气对某些特定波长范围内的红外线吸收甚少， 适用于遥感和遥测。 1 红外无损检测基础 　　1． 红外辐射及传输 　　1） 红外辐射 　　红外辐射是位于可见光中红光以外的光线，故又称红外线， 它是一种人眼看不见的光线。其波长范围大致在0.75～1000 μm的频谱范围之内，相对应的频率大致在4×1014～3×1011 Hz之间。任何物体，只要其温度高于绝对零度就有红外线向周围空间辐射。 1 红外无损检测基础 　　2）红外辐射的传输 　　和所有电磁波一样，红外辐射是以波的形式在空间直线传播的。它在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度， 即 　　式中：? 为红外辐射的波长；f 为红外辐射的频率；C为光在真空中的传播速度。 1 红外无损检测基础 　　红外辐射在大气中传播时，由于大气中的气体分子、水蒸气以及固体微粒、尘埃等物质的散射、吸收作用，使辐射在传输过程中逐渐衰减。通过红外辐射通过1海里长度大气的透过率曲线，可以看出它在通过大气层时由于大气有选择的吸收使其被分割成三个波段，即2～2.5 μm、 3～5 μm和8～14 μm， 统称为“大气窗口”。 这三个大气窗口对红外技术应用特别重要， 因此一般红外仪器都工作在这三个窗口之内。 1 红外无损检测基础 红外辐射通过1海里长度大气的透过率曲线 1 红外无损检测基础 　　2． 红外探测器 红外探测器是能将红外辐射能转换成电能的光敏元件， 用来监测物体辐射的红外线。它是红外检测系统中最重要的器件之一。 这里简单介绍它的分类和性能参数。 1 红外无损检测基础 　　1） 常用红外探测器的分类 　　红外探测器分热电型和光电型两类。这两类探测器不仅在性能上有差异，而且在工作原理上也不相同。  　　热电型红外探测器是利用热电元件、热敏电阻或热电偶等元件的热效应进行工作的。它们一般灵敏度低、响应慢，但有较宽的红外波长响应范围，且价廉，常用于温度的测量及自动控制。  　　光电型红外探测器可直接把红外光能转换成电能，灵敏度高、响应快，但其红外波长响应范围窄，有的还需在低温条件下才能使用。光电型红外探测器广泛应用在遥测、遥感、成像、 测温等方面。 1 红外无损检测基础 　　(2) 响应波长范围（光谱响应）。它表示探测器的电压响应率与入射波波长之间的关系，一般用光谱响应曲线来表示。 对任何波长的红外辐射响应率都相等的红外探测器，称为无选择性探测器。如果红外探测器对不同波长的红外辐射响应率不相等，则称为选择性探测器。热电型探测器一般可认为是无选择性探测器， 而光电型探测器为有选择性探测器。一般将响应率最大的值所对应的波长称为峰值波长，而把响应率下降到响应值的一半所对应的波长称为截止波长。响应波长范围也表示红外探测器使用的波长范围。  1 红外无损检测基础 　　(3) 噪声等效功率。红外探测器的输出电压较低，外界噪声对它的影响很大，因此要用噪声等效功率参数来衡量红外探测器的性能。噪声等效功率是输出信噪比为1时所对应的红外入射功率值， 也即红外探测到的最小辐射功率， 该值越小， 探测器越灵敏。 1 红外无损检测基础 　　（4） 探测率。 探测率为噪声等效功率的倒数。  　　（5） 响应时间。输出信号滞后于红外辐射的时间，称为探测器的响应时间。它反映红外探测器的输出信号随红外辐射变化的速率。 1 红外无损检测基础 　　3． 红外无损检测方法 　　将热量注入工件表面，其扩散进入工件内部的速度及分布情况由工件内部性质决定。 另外， 材料、 装备及工程结构件等在运行中的热状态是反映其运行状态的一个重要方面。 热状态的变化和异常，往往是确定被测对象的实际工作状态和判断其可靠性的重要依据。红外检测按其检测方式分为主动式和被动式两类。 前者是在人工加热工件的同时或加热后经过延迟扫描记录和观察工件表面的温度分布，适用于静态件检测； 后者是利用工件自身的温度不同于周围环境的温度