红外检测方法
《红外热像检测基本知识》课件
物体接收的入射辐射
➢ 吸收—物体获得并保存来自外界的辐射 ➢ 反射—物体弹回来自外界的辐射 ➢ 透射—来自外界的辐射经过物体穿透出去
入射辐射对物体的作用
谢谢!
冰块红外热像图
红外线传播
➢ 红外线在大气中穿透比较好的波段，称为大气窗口
➢ 短波窗口 1--5μm之间
➢ 长波窗口 8--14μm之间
可见光 短波窗口
长波窗口
目录
一、红外线的定义和特性 二、物体的热辐射 三、红外发射率的概念 四、红外发射率简单测试方法
热辐射的传导
➢ 辐射是从物质内部发射出来的能量
红外热像检测基本知识 ———红外检测技术
目标
一、了解红外线基本概念 二、了解红外发射率概念 三、熟悉红外发射率简单测试方法
目录
一、红外线的定义和特性 二、物体的热辐射 三、红外发射率的概念 四、红外发射率简单测试方法
什么是红外线？
波长范围 （0.75µm1000µm）
红外线特性
➢ 高于绝对零度（-273.16℃）的物体都会发出红外线
目录
一、红外线的定义和特性 二、物体的热辐射 三、红外发射率的概念 四、红外发射率简单测试方法
红外发射率简单测试方法
1、设置黑胶带的发射率（0.95） 2、测量胶带温度（用点温或区域平均温），记下所测温度 3、再将点或区域移动到样品上，改变发射率，直到温度与 刚才所记的温度相同，记下此时发射率既是
物体发出的红外辐射
➢ 自身的红外辐射是各个方向的
红外辐射对物体的作用
实际物体的红外辐射
红外检测方法
6.5 红外热成像系统简介
红外热成像系统是把目标发射和反射的热辐 射，经红外探测器转换为电信号，经处理后再转 换成可见光的二维图像的一种仪器设备。目前， 热成像系统主要分两类。一类是光机扫描成像系 统，称为红外热像仪。另一类是热释电红外摄像 管成像系统，称为红外热电视。以下分别简要介 绍其工作原理和应用概况。
图6-12 全辐射测温仪原理
6.4.1.2 单色测温仪
单色测温仪是在测温仪的光学系统中加上单 色滤光片，因而只能接收所选定波长的辐射能量， 再经过黑体标定并经修正系数修正后而确定目标 温度的。
图6-13 单色测温仪原理
6.4.1.3 比色测温仪
为克服比辐射率对修正系数的影响而造成误 差，比色测温仪是采用了两组不同单色滤光片来 接收两个相近的波长下的辐射，并利用其比值来 确定目标温度的。 比色测温仪具有灵敏度高、不需要预置比辐 射率值而误差较小等优点。但结构复杂价格相对 较高。昆明物理研究所新推出的HCW-ⅡA型远距 离红外测温仪就属于这种类型。其测温范围为0 至300℃，测温距离为5—50m，距离系数可达 400，已超过国外同类产品。
6.3 红外检测的基本方法
红外检测: （1）被动式红外检测； （2）主动式红外检测 ，又分为单面法和双面法。 红外检测中对被测目标的加热方式分为： （1）稳态加热； （2）非稳态加热。 红外检测仪器的安装和运载方式有固定式、便携式、 车载式、机载式。
6.3.1 被动式红外检测
被动式指进行红外检测时不对被测目标加热， 仅仅利用被测目标的温度不同于周围环境温度的 条件，在被测目标与环境的热交换过程中进行红 外检测的方式。被动式红外检测应用于运行中的 设备、元器件和科学实验中。由于它不需要附加 热源，在生产现场基本都采用这种方式。
红外光谱的检测原理
红外光谱的检测原理
红外光谱的检测原理是基于物质吸收、散射和透射红外光的特性。
红外光谱仪通过向样品中发射一束宽频谱的红外光，然后检测样品对不同频率红外光的吸收程度。
红外光谱检测原理的基本步骤如下：
1. 发射红外光：红外光源发射出一束宽频谱的红外光，通常范围为4000至400 cm^-1（波长为
2.5至25 μm）。
2. 样品与红外光的相互作用：发射的红外光经过样品时，会与样品分子内部的共振频率相吻合的红外光被吸收。
不同样品具有不同的化学键、官能团和分子结构，因此对红外光的吸收也有所不同。
3. 探测红外光的强度：检测器会测量透过样品的红外光的强度变化。
吸收红外光后，样品中的化学键会发生振动和转动，并使红外光的强度减弱。
4. 绘制红外光谱图：将检测到的红外光强度与红外光的频率或波数进行关联，可以绘制出样品的红外光谱图。
这个谱图通常呈现为一个曲线，横坐标表示波数或频率，纵坐标表示吸收强度。
根据红外光谱图的特征峰位、峰形和峰强度，可以确定样品中的化学键种类、官能团和分子结构。
红外光谱的检测原理被广泛应用在化学、材料科学、制药、食品安全等领域，用于物质的鉴定、质量控制和分析。
红外光谱实验步骤
红外光谱实验步骤
红外光谱实验是一种用于分析物质结构的方法，具体步骤如下：
1. 准备样品：选择需要分析的样品，通常需要将样品制备成透明的薄片或溶液。
对于固体样品，可以使用金刚石压片机将其压制成薄片。
2. 设置光谱仪：打开红外光谱仪，在仪器上选择红外光谱扫描模式。
3. 校准仪器：根据仪器的要求，进行波数校准，通常使用气体或参考样品进行校准。
4. 选择检测方法：红外光谱实验可以采用不同的检测方法，最常用的是透射法和反射法。
透射法是将红外光通过样品后进行检测，反射法是将红外光照射在样品表面后进行检测。
5. 放置样品：将样品放置在光谱仪的光路中，根据实验要求选择透射池、反射杯等装置。
6. 开始实验：启动光谱仪，选择适当的波数范围和扫描速度，开始记录红外光谱。
7. 分析结果：根据实验记录的红外光谱图，观察吸收峰的位置和强度，进行物质结构的分析和鉴定。
8. 清洗仪器：实验结束后，关闭光谱仪，并进行相应的清洗和
维护工作，保持仪器的良好状态。
以上是典型的红外光谱实验步骤，具体步骤可能会根据不同的实验要求和仪器设备而略有变化。
红外测定操作规程有哪些
红外测定操作规程有哪些红外测定是一种常用的化学分析方法，广泛应用于有机合成、药物研发、环境分析等领域。
为了获得准确可靠的测试结果，进行红外测定时需要遵守一系列的操作规程。
一、实验准备1. 样品准备：将待测样品按照实验要求进行制备，包括固体样品的研磨和压片、液体样品的适当稀释等。
确保样品充分代表性和均匀性。
2. 仪器准备：检查红外仪器的状态，包括主机、红外光源、检测器等，确保仪器正常工作。
同时检查红外光谱图的参照物，以确保精确测定。
3. 清洗操作：清洗即将使用的仪器和设备，如红外样品盒、脱气装置、透射窗等，以确保样品和仪器的干净度。
二、样品制备与加载1. 固体样品：将固体样品适量研磨，加入同量的红外透明载体（如KBr）进行压片，确保样品与载体混匀。
将压片装入红外样品盒中。
2. 液体样品：使用适当的溶剂将液体稀释至适宜浓度，将溶液倒入透射窗或涂布在红外样品盒表面上。
待溶液干燥后，进行测定。
三、测试操作1. 仪器预热：开启红外仪器，按照仪器使用说明预热到适宜的工作温度。
避免仪器温度过高或过低对测试结果的影响。
2. 基线扫描：进行基线扫描以获取红外光谱的背景信号。
先使用干净的样品盒进行背景扫描，再将待测样品装入样品盒中进行样品扫描。
3. 扫描参数设置：根据实验要求调节扫描参数，包括扫描范围、分辨率、积分时间等。
确保设置合理，以获得清晰明确的红外光谱。
4. 测定操作：将样品盒放置于样品台上，并确保样品与光束的路径正常对准。
进行测定前，对样品进行紫外可见光谱（UV-Vis）或其它辅助测试，以预估测试结果。
5. 多次扫描平均：为了提高信噪比，可以进行多次扫描并对结果进行平均。
避免单次扫描结果的随机误差对整体结果的影响。
6. 数据记录：对于每次测试，应记录测试参数和结果。
包括扫描图谱、光谱峰的位置、峰高、峰面积等。
确保充分的数据记录和结果分析。
四、测试后操作1. 仪器关机：测试结束后，关闭红外仪器的主机和配套设备。
红外的测试方法
红外的测试方法红外测试就像给物体做一次特别的“体检”！那咱先说说红外测试的步骤吧。
嘿，你想想，就像医生给病人看病似的，得先准备好工具吧。
红外测试也一样，要准备好专业的红外设备。
然后呢，把设备对准要测试的物体，就像狙击手瞄准目标一样，精准得很呢！这时候，设备就会开始收集物体发出的红外信号。
那收集到信号后咋办呢？当然是分析啦！就跟侦探破案似的，从这些信号里找出线索，判断物体的状态。
注意事项可不少呢！首先，你可不能随便乱晃设备，得稳稳地拿着，不然就像拍照手抖一样，啥都看不清啦。
还有啊，测试环境也很重要，不能有太多干扰，不然就像在嘈杂的菜市场听音乐，啥都听不清。
说到安全性，红外测试那可是相当安全的。
它不像有些测试方法，可能会对物体造成损伤。
红外测试就像温柔的目光，只是静静地观察，不会伤害到被测试的物体。
稳定性也不错哦，只要设备正常，测试结果一般都比较可靠，就像靠谱的朋友，关键时刻不会掉链子。
红外测试的应用场景可多啦！比如在工业领域，可以检测设备的运行状态，就像给机器做体检，提前发现问题，避免故障发生。
在建筑领域，能检测房屋的隔热性能，就像给房子穿上一层“透视衣”，看看哪里保暖不好。
在医疗领域，还能用来检测人体的体温，就像一个超级灵敏的体温计。
优势也很明显啊！它快速、准确、非接触，多厉害啊！不用像传统方法那样，得拆开来才能检查。
这就好比你想知道一个盒子里装了啥，不用打开盒子，用红外一照就知道了。
给你说个实际案例吧。
有一家工厂，用红外测试来检测设备的温度，及时发现了一个过热的部件，避免了一场可能的火灾。
这效果，简直杠杠的！红外测试就是这么牛！它步骤简单，注意事项也不难遵守。
安全性高，稳定性好。
应用场景广泛，优势明显。
实际应用效果也超棒。
所以啊，红外测试绝对是个好方法，大家都可以试试。
红外光谱测试
当红外光照射到物质上时，物质分子会吸收特定波长的红外 光，产生振动和转动能级的跃迁，从而形成红外光谱。不同 物质分子具有不同的振动和转动能级，因此红外光谱具有特 征性，可以用于物质鉴别和组成分析。
红外光谱的分类
透射光谱法
测量透过物质后的红外光的强度，从而得到物 质的红外光谱。
反射光谱法
测量照射到物质表面后的红外光的反射强度， 从而得到物质的红外光谱。
技术创新与进步
1 2
高精度光谱解析
随着计算技术和算法的进步，红外光谱解析的精 度将进一步提高，能够更准确地解析出物质的结 构和组成。
微型化与便携化
随着微电子技术和制造工艺的发展，红外光谱仪 将进一步微型化和便携化，便于野外和现场测试。
3
智能化与自动化
未来红外光谱测试将更加智能化和自动化，减少 人工操作和干预，提高测试效率和准确性。
根据特征峰的位置和强度，推断样品中存在的官能团或分子结 构。
结合红外光谱的特征峰和其他测试结果，对样品的分子结构进 行分析和推断。
通过特征峰的峰高和峰面积，计算样品中相关官能团或分子的 含量或浓度，进行定量分析。
红外光谱测试结果可用于材料科学、化学、生物学、医学等领 域，为相关研究和应用提供重要信息。
物质。
用于生物大分子的结构 和组成分析，如蛋白质、
核酸等。
02 红外光谱测试的样品准备
样品选择与制备
01
02
03
04
固体样品
选择具有代表性的样品，确保 样品纯净度高，无杂质。
液体样品
选择清澈透明的液体，避免含 有气泡和悬浮物。
气体样品
选择纯净的气体，避免含有杂 质和水分。
制备方法
根据样品类型，采用合适的制 备方法，如研磨、溶解、干燥
怎样检测红外线波长
怎样检测红外线波长
要检测红外线的波长，可以采用以下方法：
1.使用红外线传感器：红外线传感器是一种可以检测红外线的设备，它会将红外线转化为电信号输出。
通过连接红外线传感器到适当的电路和测量设备，可以测量红外线的波长。
2.使用干涉仪：干涉仪可以通过观察干涉图样来确定光的波长。
将红外线透过干涉仪，然后观察干涉图样的变化。
通过分析干涉图样的间距和形状，可以确定红外线的波长。
3.使用光谱仪：光谱仪可以将红外线分解成不同波长的组成部分，并显示在光谱上。
通过观察光谱图，在红外光谱区域中找到红外线的峰值位置，可以确定红外线的波长。
请注意，这些方法都需要使用专业的仪器和设备，并需要进行仔细的实验操作和数据分析。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
6.3.4 红外检测仪器的安装和运载 方式
6.3.4.1 固定式
用于对旋转型（如窑炉）设备故障的检测、关 键设备的检测和生产线上产品工艺、质量的检测。
6.3.4.2 便携式
便携式的红外检测仪器应用十分广泛，在日常 巡检、定期普测、配合设备检修和跟踪监测中都要 使用（主要使用或配合使用）便携式仪器。
图6-11 红外点温仪的基本原理框图
6.4.1.1 全辐射测温仪
全辐射测温仪是收集目标发出的全波段红外 辐射能量，经黑体标定并经修正后从而确定被测 目标表面温度的一种仪表。大多数红外点温仪都 属于这种类型。 这种类型的测温仪表，如国产IRT-1200、 IRT-3000、 HCW-1、HW-2、HD-400等型号的 红外点温仪，其特点为结构简单，使用方便，但 灵敏度较低，误差较大。这主要是因为其修正系 数A的确定完全依赖于比辐射率的选定是否正确。 由于影响比辐射率的因素比较复杂，而根据手册 上在标准条件下提供的值有时与实测情况相去甚 远，因而会造成较大误差。对于预定监测的目标， 应预先测取实际的比辐射率或对目标表面喷涂已 知比辐射率值的涂料以解决误差的问题。
图6-19所示为车间某处电机红外成像，电机工 作正常，但从红外成像中可以很清楚地看到电机过 热点，很清晰的对预防性维修检查提供了依据。
图6-19 电机红外成像
图6-20所示为车间某处皮带传动红外成像图， 图中很清晰地看到了两条三角带温度对比，虽然 运行正常，但很显然，红色三角带温度太高，不 能长时间使用，需要检查调整。
6.5.1 光机扫描热像仪的工作原理
红外探测器在任意一个瞬间只能反映目标表 面上一小部分的热辐射，即一个瞬时视场的热辐 射，并立即输出一个与该瞬时辐射度成正比例的 电信号，若通过一套由精密机械驱动的光学扫描 部件，如多面反射棱镜，称为光机扫描装置，对 目标表面的瞬时视场进行逐行扫描，则探测器响 应足够快时就会连续输出电信号，经电子系统放 大处理后送到显示器上即可显示出与目标温度呈 正比的黑白或彩色图象，称为热像图。图6-17为 光机扫描热像仪的工作原理图。
6.4.2.2 航空发动机壳休红外无损缺陷主动探查
红外无损缺陷主动探查是用一外部热源对被检查 物体进行加热，在加热的同时或以后，测量被检查物 体表面温度或温度分布。加热物体时热量将沿表面流 动，如果物体无缺陷，热流将是均匀的；如果有缺陷 存在，热流特性将改变，形成热不规则区，从而可发 现缺陷所在。 主动探查在材料和机械加工工业中有广泛的应用， 如对多层复合材料、蜂窝材料中缺陷和脱胶等的探查， 对焊接质量的检测等等。图6-14是单面法主动红外探 查的原理，由CO2,激光器产生连续波，输出功率35W， 通过红外望远镜在被查样件表面聚焦以加热样件。将 样件作匀速转动（图6-14a为平动，6-14b为转动)，激 光在样件上形成热点，一小段时间后，由红外辐射计 接收到样件的热辐射，将信号送到示波器或X-Y记录 仪中用曲线表示出来，如图6-15所示。
6.3.1 被动式红外检测
被动式指进行红外检测时不对被测目标加热， 仅仅利用被测目标的温度不同于周围环境温度的 条件，在被测目标与环境的热交换过程中进行红 外检测的方式。被动式红外检测应用于运行中的 设备、元器件和科学实验中。由于它不需要附加 热源，在生产现场基本都采用这种方式。
6.3.2 主动式红外检测
第六章 红外检测方法
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 红外方法的基本原理 红外探测器 红外检测的基本方法 红外测温仪表 红外热成像系统简介
6.3 红外检测的基本方法
红外检测: （1）被动式红外检测； （2）主动式红外检测 ，又分为单面法和双面法。 红外检测中对被测目标的加热方式分为： （1）稳态加热； （2）非稳态加热。 红外检测仪器的安装和运载方式有固定式、便携式、 车载式、机载式。
图6-22 焦平面热像仪成像机理简图
6.5.2 红外热电视的工作原理
红外热电视的核心部件为热释电摄象管，另 外还有扫描器、同步器、前置放大、视频处理以 及电源、A/D转换、图像处理、显示器等。其结 构简图如图6-23所示。由目标来的红外辐射经聚 焦和斩光器的调制，在热释电靶面上成像。靶面 上各点吸收强弱不同的辐射，产生不同的温差， 使热释电晶体产生的自发极化程度也不同，从而 释放的表面电荷也不同。这些表面电荷与扫描电 子束相互作用而产生一视频信号输出，再经放大 处理后在阴极射线显像管上显示出来，此即热像 图。这一过程如图6-24所示。
图6-17
光机扫描热像仪的工作原理
光机扫描热像仪开始出现于50年代，至80年 代中期已发展成技术上最成熟，性能最好的一种 热像仪。其中具有代表性的是瑞典AGEMA公司 的产品。该公司60年代中期至80年代中期研制出 四代系列产品，即AGA680，AGA750，AGA780 和AGA782光机扫描型红外热像仪。图6-18为 AG782的组成框图。图中红外扫描器由光机扫描 系统和单元锑化钢(InSb)光子探测器组成。探测 器置于杜瓦瓶双层外璧之间，由液氮致冷(77K)。 数字或红外转换系统可将黑白图像转换成10种颜 色图像的实时系统。红外连接组件具有A/D转换 器，可将红外辐射的模拟电信号转换为数字信号 而输入计算机进行处理。
图6-14 主动红外探查（单面法）原理图
图6-15 X-Y记录仪
在航空发动机壳体，一般采用胶合夹层结构， 缺陷可能发生在外壳和衬里之间的第一界面或在 衬里和内壳之间的第二界面，如图6-16所示。
图6-16 发动机壳体缺陷和红外扫描记录
6.4.2.3 化工塔罐的检测
石化企业中的催化装置、裂化装置及联接管 等都是与热关联的重要生产设备，因此都可以用 红外热像仪来监测。热像中明亮过分的区域表明 材料或炉衬已因变薄而温度升高，因此由此可掌 握生产设备的现场状态，为维修提供可靠信息。 同时也可监视生产设备的有关沉积、阻塞、热漏、 绝热材料变质及管道腐蚀等有关情况，以便有针 对性地采取措施，保证生产正常进行。
图6-20 皮带传动红外成像
图6-21中可以明显地看出，红外管道探测仪 可清晰地探测到肉眼所无法看到的埋地石油管道 的位置及走向，并且其自动标识结果与实际情况 完全相符。
图6-21 油田现场实验结果
6.5.2 非扫描型红外热像仪—焦平面热像仪
焦平面热像仪革除了光机扫描热像仪复杂的 光机扫描装置，它的红外探测器呈二维平面形状， 自身具有电子自扫描功能，被测目标的红外辐射只 需通过简单的物镜，就与照相原理相似地将目标聚 焦在底片上曝光成像，被测目标聚焦成像在红外探 测器的阵列平面上，“焦平面阵列”即此含意。非 扫描型焦平面热像仪的成像机理如图6-22所示。
6.4.2 红外测温在设备诊断中的应用
红外监测技术最早是在军事应用中发展起来的，至 今，仍占主导地位，下面着重介绍红外技术在故障诊 断和状态监测中的几个应用实例。
6.4.2.1 火车轴箱温度检测
火车车体的自重和载重都是由车辆的轴箱传递到 车轮的。在火车运行中，由于机械结构、加工工艺、 摩擦及润滑状态不良等原因，轴箱会产生温度过高的 热轴故障，如不及时发现和处理，轻则得甩掉有热轴 故障的车辆，重则导致翻车事故，造成生命危险和财 产的损失。为防止“燃轴”事故，利用红外测温技术 制成了“热轴探测仪”，可以方便精确地用以检测。 仪器安放在车站外两侧，当火车通过时，探测器逐个 测出各个车轴箱的温度，并把探测器输出的每一脉冲 (轴箱温度的函数)输送到站内检测室，根据脉冲高低 就可判断轴箱发热情况及热轴位置，以便采取措施。 目前，全国铁路90%的列检所安装了轴温红外探测仪， 其准确率高达99 %。
6.5 红外热成像系统简介
红外热成像系统是把目标发射和反射的热辐 射，经红外探测器转换为电信号，经处理后再转 换成可见光的二维图像的一种仪器设备。目前， 热成像系统主要分两类。一类是光机扫描成像系 统，称为红外热像仪。另一类是热释电红外摄像 管成像系统，称为红外热电视。以下分别简要介 绍其工作原理和应用概况。
6.3.4.3 车载式
在进行设备的定期普测时，由于被测设备数 量多、检测路线长，必须采用车载式检测。车载 式是把热像仪装载在汽车（或其他车辆）上，可 以使用两组测距不同的镜头摄取远、近两处设备 的图像；对于汽车不能到达的目标，则步行到位 检测；车内有图像监视器显示，操作者发现异常 （包括需要立即检修和进一步调查检测两种情 况），则立即在车上记录并打印，及时向主管人 员递交红外检测报告；遇有紧急情况需要及时处 理时，可采用无线电电话取得联系。
6.3.3 加热方式
6.3.3.1 稳态加热
将被测目标加热到其内部温度达到均匀稳定 的状态时，再把它置放于一个低于（或高于）该 恒定温度的环境中进行红外检测。这种方式多用 于材料的质量检测，如被测物内部有裂纹、孔洞 或脱粘等缺陷时，则被测物与环境的热交换中热 流将受到缺陷的阻碍，其相应的外表面就会产生 温度的变化，与没有缺陷的表面相比则会出现温 差。
6.3.4.4 机载式
对于需要在上空检测的目标，特别是极长距 离，人员和车辆都不便到达的高山峻岭处的设备 检测，应该采用直升飞机装载热像仪进行。
6.4 红外测温仪表
6.4.1 红外测温仪表的分类及工作 原理
红外测温仪表主要是指测量目标表面某点温 度的红外点温仪，它一般由光学系统、红外探测 器、电信号处理机构、温度显示器及附属设备如 瞄准器、电源、机械装置等部分所组成。按其工 作原理，红外点温仪可分为全辐射测温仪、单色 测温仪和比色测温仪三类。下图是红外点温仪的 基本原理框图。