热像仪

通过测量物体的红外辐射获取物体温度分布图的非接触式测温仪表。它通过扫描系统按一定的轨迹将被测区域内各点“影像”逐点、顺序地聚集到检出元件上,获得与各点温度相对应的一系列瞬时信号值。信号经处理后在阴极射线显像管的荧光屏上显示图像,这一图像即称为热图。热图是通过与扫描系统的水平和垂直扫描同步的电子束扫描,以及根据检出元件的输出信号对电子束进行亮度调节而形成的。它不仅能清晰地显示被测对象的几何形状、外形结构和位置,而且能以黑白(灰度等级)或色彩(颜色梯度)直观地显示温度分布。

图

热像仪的扫描系统按扫描方式分为一维和二维扫描。所谓一维扫描,一般是对移动物体进行扫描或仪表可移动(如由直升机的机载扫描),因此它们的组合也就构成“面”的扫描。二维扫描又可分为光学机械扫描和光学电子扫描,常用的有双棱镜(四面、六面、八面等)回转、平面镜振动和线列、阵列元件扫描等。图中是双棱镜回转扫描机构。前面的棱镜绕水平轴旋转,实现垂直扫描;后面的绕垂直轴旋转进行水平扫描。通过机械减速,水平扫描镜每完成一“行”扫描,垂直镜便作相应旋转,实现“换行”。水平扫描镜每回转一次,排列成一列的光敏元件(线列元件)便输出一列或一行信号,由电子开关控制,先后依序地将一行行信号送给显像管。阵列元件由构成面阵的元件同时获取行和列的信号,也由电子开关控制送给显像管。

热图能提供丰富的温度信息。为便于分析,在图面上有几种基本的表示方式,如按给定范围和分辨率要求显示若干种颜色或灰度等级,每个等级代表一个温度值。与所显示的热图相对照,就可获得有量值的温度分布图。进一步分析图像便可获得一系列的温度信息:

(1)某一区域、某一点的温度及其随时间的变化;

(2)任意水平或垂直方向的温度变化波形;

(3)在热图的温度标尺上指示被测区域或点的平均温度、最高温度、最低温度;

(4)通过摄影,得到记录图。

微机的发展和应用使图像显示方式更加多样化。典型的有等温显示方式,能为寻找设备过热点提供极大方便。偏转调制的显示方式能在显像管的荧光屏上同时显示几十条波形图,其中每一条波形与它所在位置的温度相对应。此外,还有三维显示的方式。

热像测量是20世纪70年代发展起来的新型测温技术。热像仪已在钢铁、水泥、电力、机械、建筑、造船、电子以及环境保护、医疗卫生、资源勘探等部门获得推广应用。把热像仪装在水泥转窑或高炉等工业设备的关键部位,能使操作人员边观察边操作,从而能保证设备高效运转和及时防止事故。电力部门用机载热像仪对上千公里的高压输电线沿线扫视,能及时发现过热点,预防断电事故。在医学方面,热像仪也是一种非常理想的诊断工具。人体热图已成功地用于乳腺癌的早期诊断和针灸机理的研究。

参考书目
  1. 下間照男:《温度計測》,计测自动制御学会,日本東京,昭和56年。