最近和大家分享了不少FLIR高速熱像儀的案例，想必大家對FLIR高速與定格紅外成像很感興趣。小菲給大家詳細解說下，我們?yōu)槭裁匆x擇FLIR高速熱像儀？如何根據(jù)需求選擇最合適的熱像儀？

1、制冷與非制冷熱像儀的操作原理

目前，紅外熱像儀大體可分為兩類：一類是高性能制冷型光子計數(shù)紅外熱像儀，另一類是經(jīng)濟實惠的非制冷型微測熱輻射計紅外熱像儀。

現(xiàn)今市面上的大多數(shù)制冷型熱像儀采用銻化銦(InSb)探測器。制冷型紅外熱像儀通過對特定波段（通常為介于3-5μm的中波紅外波段）內(nèi)能量的光子計數(shù)進行工作。光子撞擊像素，轉(zhuǎn)化成電子并儲存在積分電容器中。像素點以電子的方式，通過斷開或短路積分電容器來控制快門。根據(jù)不同的熱像儀型號，F(xiàn)LIR銻化銦熱像儀掃描-20至350?C物體的積分時間為6ms-50μs，這些極短的積分時間為定格畫面、精確測量每個快速變化的瞬間提供了可能性。

FLIR制冷型銻化銦熱像儀捕獲的“黃蜂”戰(zhàn)斗機的定格圖像

一個傳統(tǒng)熱電偶的熱圖像

與制冷型熱像儀相比，非制冷型熱像儀成本更低、質(zhì)量更輕、功耗更小。非制冷熱像儀像素點采用特定材料制成，其電阻可隨溫度的變化發(fā)生明顯變化。常見材料為：氧化釩或非晶硅。當熱能聚焦于像素點時，像素點會隨之升溫或冷卻。因像素點的電阻隨著溫度的變化而變化，其大小可測量，能通過校準操作映射回目標溫度。由于像素點有限定的質(zhì)量，因此它們有相應的熱時間常數(shù)。現(xiàn)今基于非制冷型微測輻射熱計紅外探測器的熱像儀，其時間常數(shù)一般為8-12ms。但這并不意味著像素點能在8-12ms內(nèi)立即響應，并提供精確結果！一般經(jīng)驗是：處理躍階輸入信號的一階系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)的所需時間是時間常數(shù)的5倍。

2、時間常數(shù)和思維實驗

為了探討微測輻射熱計探測器的響應時間，我們來打一個有趣的比方，假想有兩桶水：一桶是裝滿已攪拌均勻的0℃冰水，另一桶是100?C快速沸騰的沸水。讓微測輻射熱計探測器先對準冰水，然后瞬間切換到沸水(100?C的躍階輸入)，記錄這一過程的測溫結果。如果我們將10ms的熱時間常數(shù)轉(zhuǎn)換成一半時間以便于計算，我們得到的值大約為7ms。

從0°C過渡到100°C的系統(tǒng)響應，tau=10ms，一半時間=7ms

我們來看微測輻射熱計探測器的報告結果，在7ms(即一個減半時間)時溫度為50?C，2個減半時間時溫度為75?C，3個減半時間時溫度為87.5?C等。如果我們嘗試以100幀/秒或在10ms時讀取溫度，結果會怎樣？熱像儀的讀數(shù)為63?C，產(chǎn)生了37?C的誤差。熱像儀會精確報告像素點的溫度，但是像素點尚未達到正檢測的場景的溫度。一般說來，如果將非制冷型微測熱輻射計的幀頻設置為30幀/秒以上時，結果毫無意義！

3、真實案例反應的實際情況

案例一：

我們來探討一下打印的過程，此過程需要將打印紙加熱至60?C。打印紙繞著顯影輥輸出的速率為127厘米/秒，且在長、寬兩個邊上的溫度必須均勻。

打印紙離開加熱輥的熱圖像

使用制冷型光子計數(shù)熱像儀與非制冷型微測熱輻射計熱像儀捕捉每邊的數(shù)據(jù)。

制冷型銻化銦探測器與非制冷型微測輻射熱計探測器在測量熱瞬時事件中的性能對比

上圖表明，兩類熱像儀所獲得的數(shù)據(jù)明顯不同。微測熱輻射計熱像儀獲得的數(shù)據(jù)沿著長度方向表現(xiàn)出大而相對穩(wěn)定的突起。而光子計數(shù)熱像儀的數(shù)據(jù)隨著時間的推移，溫度明顯有所不同。制冷型熱像儀表明，經(jīng)過加熱的顯影輥組件在轉(zhuǎn)動的第一周時，由于與紙張接觸，溫度會有所降低。繼電器式控制器感應到降溫后，會全功率開啟加熱控制器。最后，當顯影輥加熱至預設溫度后，控制器會關閉加熱過程，由此反復進行。一幅圖像足以幫助研發(fā)工程師確認兩項事宜：檢測產(chǎn)品需要一臺光子計數(shù)熱像儀；如需獲得理想的設計目標，需要在加熱的顯影輥上加裝PID（比例積分微分）系統(tǒng)，而不是簡單的繼電器式溫度控制器。

案例二：

現(xiàn)在來看第2個例子，我們觀察快速旋轉(zhuǎn)風扇的葉片，為了精確測量葉片的溫度，我們嘗試獲得葉片的定格畫面。如你所料，如果沒有足夠快的曝光時間，拍攝的圖像將會很模糊。實際上，為了獲得真實的溫度讀數(shù)，我們又不能讓葉片停止轉(zhuǎn)動。

為了精確測量葉片表面與加熱線圈的溫度，注意制冷型熱像儀的快速積分時間如何獲得葉片的定格畫面。與之相反的是，因葉片轉(zhuǎn)速過快，非制冷型紅外熱像儀無法記錄葉片表面與加熱線圈的溫度。而且線圈被旋轉(zhuǎn)葉片所遮擋，所測的溫度將會偏低。

案例三：

光子計數(shù)探測器拍攝的直升機螺旋槳的定格畫面

非制冷型微測輻射熱計探測器拍攝的直升機螺旋槳的模糊畫面

為了進一步說明問題，來看最后一例：測量直升機螺旋槳的熱效應。螺旋槳與空氣之間產(chǎn)生的摩擦會沿著螺旋槳形成一定的熱梯度，越靠近葉片尖端，溫度越高。使用非制冷微測熱輻射計熱像儀，無法有效地定格目標，不能準確地描述和測量真實的溫度。

4、根據(jù)任務目標選擇最合適的工具

為完成工作，選擇正確的熱像儀十分重要。如果選擇的熱像儀響應時間較慢，然后又使用高幀頻來獲取讀數(shù)，那么得到的數(shù)據(jù)可能是無效的。一般而言，非制冷紅外熱像儀的幀頻最高可達50幀/秒。當對快速熱瞬變事件檢測或?qū)l有一定要求時，最佳選擇通常是性能較高的制冷型光子計數(shù)熱像儀。然而，當不需要高幀頻時，非制冷型紅外探測器熱像儀自然是實惠之選。

FLIR A6700sc

FLIR T650sc

為滿足客戶的熱成像需求，F(xiàn)LIR提供各種制冷型銻化銦和碲鎘汞熱像儀，如：A6700sc，A6750sc，X6520/30/70sc，X6900sc，X8500sc。FLIR還提供各種非制冷式紅外熱像儀，包括入門級桌面實驗套件和像FLIR T650sc一樣的高端系統(tǒng)。專用鏡頭和軟件將讓您的紅外熱像儀解決方案滿足特定的應用。

FLIR高速與定格紅外成像雖然能夠拍攝定格快速移動目標，或定格快速升溫或冷卻目標的熱動態(tài)畫面，但如果工作中幀頻不需要超過50幀/秒。FLIR高速紅外熱像儀也并不一定適合你，適合自己的工具才是最好。