红外热像仪具的几大优势和性能研究分析

红外热像仪适用于全世界所有企业的非接触式测温项目。点温仪是工业应用中另一款广泛使用的非接触式测温工具，其工作原理与热像仪相同：通过检测红外辐射，然后将其转化为温度读数。然而，与点温仪相比，红外热像仪具有以下几大优势：

●点温仪只显示数字，红外热像仪可生成图像。

●点温仪只可读取单个点的温度，红外热像仪显示热图像中所有像素点的温度读数。

●由于配备有先进的光学镜头，红外热像仪能在更远距离处检测温度，有助于检查大面积区域。

点温仪通常又称为点温木仓或红外测温仪。因其工作原理与红外测温仪相同，所以，可认为是只有一个像素点的红外热像仪。此工具可以完成多项任务，但由于只能测量单个点的温度，操作人员会错失很多关键信息，无法注意某些即将发生故障，且亟需修理的高温关键组件。

同时使用成千上万个点温仪

类似点温仪，红外热像仪同样能提供非接触式温度读数。不同之处在于，热像仪一次能同时显示成千上万个温度读数，每个像素点对应一个温度读数。

一部红外热像仪相当于成千上万台点温仪。

FLIR E40sc红外热像仪分辨率为160 x 120像素，一次能读取19200个温度读数，FLIR T1050sc，作为工业研发/科学应用的一款高端热像仪，其分辨率为1024 x 768，一次性可获得786，432个温度读数。

既省时又能探测热量

热像仪不仅能测量成千上万个点的温度，而且能将温度读数转化为热图像。生成的热图像可全面反映待检设备的整体状况，操作人员可立即发现点温仪不易发现的细微热点。

此外，热像仪还能节省大量时间，毕竟使用点温仪测量安装有大批组件的大面积区域费时又费力，因为需要单独扫描每个部件。

热像仪可用于检查印刷线路板的散热问题，完成质检或检查汽车行业的热效应，或者在实验室进行失误分析。

为使用点温仪精确测量物体的温度，目标物体需要完全覆盖光斑点。这限制了精确测温的距离。

与点温仪相比，红外热像仪的另一优势在于：能够在更远距离处精确测量物体的温度。能够测量给定尺寸目标的距离称之为“距离系数比”（D:S）或“光斑比”（SSR）。但是这一比值来自何处，又代表何种含义？

点温仪的光斑尺寸是指设备能够精确测量物体的最小区域。这表示待测温的物体（又称“目标”）需要覆盖整个光斑点。目标发射的红外辐射通过点温仪的光学镜头，投射到探测器上。如果目标小于光斑点，探测器可能会检测到目标物体周围的辐射。此时，点温仪读取的不单是目标的温度，而是目标与其周围环境的综合温度。

根据光学镜头的属性，点温仪离测量目标越远，光斑点会越大。同理，目标越小，为了精确测量其温度，点温仪应越靠近测量目标。因此，注意光斑大小至关重要，确保测量点离目标足够近，以覆盖整个光斑，如果能再稍近一点，形成一定的安全边界，效果会更佳。

例如，如果点温仪的SSR为1:30，表示直径为1cm光斑的温度可在30cm距离处进行精确测量。直径为4cm光斑的温度可在120cm处精确测量（1.2m）。大多数点温仪的SSR介于1:5至1:50之间，换言之，大多数点温仪可于5-50cm处测量直径为1cm目标的温度。

红外热像仪与点温仪相似，其红外辐射被投射至探测器矩阵上，图像上的每个像素点对应一个温值。热像仪生产商在描述其产品空间分辨率时，通常不会明确指出SSR值，而是使用空间分辨率（IFOV）。IFOV是指热像仪探测器阵列单个像元的视场角。

理论上，IFOV直接确定了热像仪的光斑比。由目标发射的红外辐射经过光学镜头，然后投射至探测器时，所投射的红外辐射至少应完全覆盖一个探测器的像元，其对应热图像的一个像素点。因此，理论而言，覆盖热图像的一个像素点应足以确保正确的测温值。

IFOV通常以毫弧度表示（1弧度的千分之一）。弧度表示弧长与半径之比。1弧度在数学意义上表示圆弧长度等于圆的半径时形成的角度。由于圆的周长C=2πr（r为半径），1弧度等于圆周的1/（2π），或近似57.296°，即1毫弧度0.057°。

使用热像仪测量某个目标的温度时，我们假定与目标的距离等于圆的半径，同时设想目标相当平整，由于单个探测器像元的视角较小，可以假定，角度的正切值近似等于其弧度值。

在理想情况下，投射目标至少应覆盖一个像素点。为了确保精确读数，解释投射时的光色散，建议覆盖面积略大的区域。

在此公式中，光斑尺寸与目标尺寸的单位以厘米（cm）表示，IFOV以毫弧度（mrad）表示。当距离为100cm，IFOV为1 mrad时，光斑尺寸为0.1 cm。如果0.1 cm的光斑尺寸可在100cm处测得，那么1 cm的光斑尺寸可在1000cm处测得，表示：距离系数比为1:1000。

如果我们将上述计算代入公式，将SSR表示为1:X的形式，用1表示光斑尺寸，X代表距离，那么，关于X的公式如下

式中IFOV以毫弧度（mrad）表示。

理想与实际光学镜头

使用上述公式可计算IFOV为1.4 mrad的热像仪，理论SSR为1:714，因此，理论上可在7m距离处测量直径为1 cm的物体。然而，如前所述，理论值并不代表真实情况，而且还未考虑现实中所使用的光学镜头并非完美。将红外辐射投射至探测器的镜头会导致色散与其它光学反常现象，无法确保目标能精确投射到单个探测器像元上。

投射的红外辐射同样也有可能来自邻近的探测器像元。换言之：目标周围的表面温度可能会影响温度读数。

如点温仪一样，目标不仅应完全覆盖光斑点，而且还应覆盖光斑点附近的安全边界，当使用红外探测器热像仪测量温度时，建议使用安全边界。安全边界由测量视场角（MFOV）获得。MFOV描述了热像仪的真实测量光斑尺寸，换言之，即：获取正确读数的最小测量区域。

MFOV通常由许多IFOV表示（单个像素点的视场角）。红外探测器热像仪的常用惯例是：考虑到光学反常现象，目标至少需覆盖3倍IFOV的区域。这表示：在一幅热图像中，目标不仅要覆盖一个像素点，而且还应覆盖其周围的像素点，在理想条件下，像素点应该足以完成测量需求。

使用本惯例时，确定光斑比的公式可考虑真实光学镜头的系数。为更接近真实值，可以使用3 倍IFOV，而不是1倍 IFOV，其公式如下：

式中IFOV以毫弧度（mrad）表示。

基于这一公式，IFOV为1.4mrad的热像仪SSR为1:238，表示可在2.4m处测量直径为1 cm的物体。由于存在安全边界，理论值可能趋于保守。真实的SSR可能会更高，但是使用这些保守的SSR值，可确保温度读数的精度。

源自物体的红外能（A）经过光学镜头（B）聚焦，投射至红外探测器（C）上。探测器将信息发送至传感器电子元件（D）上，用作图像处理。电子元件将源自探测器的数据转化可以在取景器、标准视频显示器或LCD显示屏上读取的图像（E）。

点温仪的SSR值通常介于1:5至1:50之间。大多数实惠型号的SSR值介于1:5至1:10之间，功能越先进，价格越高，SSR值最高可为1:40或甚至1:50。注意：提到光学镜头时，点温仪与红外热像仪存在相同的问题。在比较点温仪的技术规格时，必须清楚SSR值是指理论值，还是对镜头的补偿值。

在远距离处检测温度

即便是考虑到了理想与实际光学镜头的系数，在测量距离上，热像仪与点温仪也存在相当大的差异。当测量目标为1 cm时，大多数点温仪的距离为10-50 cm，很难再高于这一范围。

特写与显微镜头可拍摄详细的图像细节，便于测量微小的热点。对于点温仪而言，这是极端困难的。最上端的图像采用4倍特写镜头拍摄，底端的图像采用15μm镜头拍摄。

对于同样尺寸的目标，热像仪可在数米远的距离精确测量其目标。即便IFOV为2.72 mrad的FLIR E40红外热像仪仍能在120cm处的距离测量测量尺寸为1 cm的温度点。FLIR T1050sc作为FLIR的一款高端工业应用红外热像仪，采用标准的28°镜头，可在7m距离处测量同样尺寸大小的目标。

使用标准镜头可对这些值进行计算。许多高级热像仪均配有可更换镜头。当使用不同的镜头时，IFOV也会随之改变，反过来会影响光斑比。对于FLIR T1050sc红外热像仪，FLIR不仅提供28°标准镜头，还提供12°远焦镜头。配备专门为远距离观察设计的镜头后，其光斑比会更大。若安装12°的远焦镜头，FLIR T1050sc红外热像仪的IFOV为0.20毫弧度，利用这一镜头，同一台热像仪可在17m距离处精确测量相同大小尺寸的目标。

判断是否需要进一步靠近目标

以SSR值来看，红外热像仪的性能明显高于点温仪，但是SSR值仅指能够精确测量温度的距离。在实际检测中，热点并非需要精确的温度读数。在热图像中，即便目标只覆盖一个像素点时，热点仍旧清晰可辨。温度读数可能并非完美，但能用于检测到热点，操作人员可进一步靠近目标，确保目标在热图像中能覆盖更多的像素点，保证温度读数准确无误。

在测量微小目标时，点温仪也面临着巨大挑战。这项功能在电子元件检测中变得日趋重要。由于设备的处理速度持续加快，而且需要安装在更小体积的空间内，寻找散热和识别热点的方法是一项非常实际的问题。点温仪能有效检测和测量温度，但是其光斑尺寸太大。然而，配备有特写镜头的热像仪每像素光斑尺寸的焦距可调低至5μm，便于工程师和技术员对细微的目标进行测量。

消除猜测、眼见为实

点温仪只能显示一个读数，且读数可能并不精确，容易让人产生猜测。红外热像仪能精确显示热量，不仅能够实现温度测量，而且还能显示温度分布的瞬态图像。可见光信息与精确温度测量的完美结合有助于快速、准确发现故障点。即刻升级为FLIR Systems的红外热像仪，以更快速、更便捷的方式发现问题，以消除各种因不确定性而产生的猜测。