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红外热像仪的原理

红外热像仪，顾名思义就是一种利用红外热成像技术，通过对

标的物的红外辐射探测，并加以信号处理、光电转换等手段，将标

的物的温度分布的图像转换成可视图像的设备，也是探测那种物体

表面辐射的不为人眼所见的红外线的设备，它反映物体表面的红外

辐射场，也就是温度场。并依据物体表面的温度场，定量的测量物

体的某一部分的平均温度，一般常用的红外热像仪分别工作在中红

外（3～5um）或远红外（8～14um）波段。中红外（3—5um）的红外

热像仪紧要用于冶金、化工等高温领域，电力系统也有应用；远红

外（8—14um）波段紧要用于工业状态检测。

通俗地讲热像仪就是将物体发出的不可见红外能量变化为可见

的热图像。热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。通

过查看热图像，可以察看到被测目标的整体温度分布情形，讨论目

标的发热诚况，从而进行下一步工作的判定。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。全部高于零度（—273℃）的物体都会发出红外辐射。

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热像仪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元件上，从而获得红外热像图，

这种热像图与物体表面的热分布场相对应。

红外热像仪利用红外探测器、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。

目前，在电力系统、土木工程、汽车、化石、冶金等诸多领域

泛存在红外热像仪的应用，其进展前景特别广阔。红外热像仪

原理的核心是波尔兹曼定律，这位在热学领域贡献颇多的科学家将

普朗克的理论进行了延长，他发觉红外线总能量与确定温度的四次

方成正比。

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这一关系建立后，通过光敏元件对不同波长红外线的反应值进

行数字化处理，可以反演出温度值，就能够得到完整的热像图，图

像中颜色的不同就代表了温度的不同。红外热像仪常常用于工业设

备的检测，比如锅炉、电机、变电站等等设备，假如有故障发生，

其各部分的温度会显现异常，可以通过热像仪很明显地找到故障位

置。虽然热像仪可以通过遥感的方式很便利地对温度进行测量，但

是终归属于间接测量方式，精度并没有一般温度仪那么高，当仪器

量程比较大时，比如在冶金行业使用的红外热像仪，其量程达到几

千度，其测温精度的差别会有±2℃。但就使用的实际需要而言，这

个误差完全在可以接受的范围内。假如将量程缩小，应用一般工业

领域中，所测量的温度范围只有几百度左右，那么精度就会上升，

测量的误差将减小。红外热像仪属于便携式设备，单手操作即可，

屏幕辨别率通常为240*320、然而不同的品牌在使用起来差别很大。

比如其使用的光敏元件不同，热灵敏度和辨别率也就不同。以

Fluke的红外热像仪为例，其热灵敏度能达到0.045℃。再比如对焦

是否快速精准，能否录制测量过程，人机界面是否友好等等。