陳古璐 李莞林 徐影 王斟鑫

摘 要：由于紅外線近距離通訊不受干擾、成本低、實時監(jiān)測等特點，紅外線與紅外成像技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。紅外線及紅外成像技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展狀況：國外研究較早，擁有許多不外傳的關(guān)鍵性技術(shù);國內(nèi)雖起步較晚，但隨著熱像儀在我國各行業(yè)的普及，對紅外成像技術(shù)各方面的研究也呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，紅外產(chǎn)品與應(yīng)用市場日趨成熟，正逐漸普及。 本文綜述了紅外成像技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，并對其發(fā)展和應(yīng)用提出了新展望。經(jīng)過分析，目前紅外熱像技術(shù)還存在不能檢測儀器內(nèi)部缺陷問題，本文也提出了針對問題解決的方案。預(yù)測未來紅外成像技術(shù)將會朝著高檢測力、智能化的方向繼續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：紅外線;紅外成像技術(shù);紅外熱像儀

紅外線是一種電磁波，具有與無線電波和可見光一樣的本質(zhì)。紅外熱成像技術(shù)利用紅外熱像儀將物體表面的溫度分布轉(zhuǎn)換成人眼可見的圖像，并以不同顏色顯示物體表面溫度分布。紅外熱像儀廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、醫(yī)療、公安、交通、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。如森林火災(zāi)探測、建筑熱漏搜索、海上救援、火源搜索、礦石斷裂鑒定、導彈發(fā)動機檢查、公安偵察、各種材料和產(chǎn)品的無損檢測等。以下介紹紅外線與紅外成像技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

1 國內(nèi)外研究發(fā)展情況

1.1國內(nèi)紅外線與紅外成像技術(shù)的研究發(fā)展情況

1.1.1國內(nèi)紅外線與紅外成像技術(shù)的歷史發(fā)展情況

我國的紅外技術(shù)研究工作是在新中國成立后開展的。改革開放以來，紅外技術(shù)得到了迅速發(fā)展，探測器的研究工作從單元、線陣到紅外膠接面都在進行。上世紀90年代初，我國研制出第一臺熱像儀。其技術(shù)性能與國外相當，對我國紅外技術(shù)的升級起著重要作用。我國對電力設(shè)備紅外檢測診斷技術(shù)始于70年代，主要檢查運行中電氣設(shè)備的外露過熱接頭。1990年，有人在國際大電網(wǎng)會議上指出，該技術(shù)在電力設(shè)備狀態(tài)預(yù)測維修中發(fā)揮了重要作用。08年修訂、頒布的《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》（DL/T 664 2008）對電氣設(shè)備各部分的校準、操作、檢測和診斷標準進行明確規(guī)范，進一步推動了紅外熱像儀在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1.1.2國內(nèi)紅外線與紅外成像技術(shù)的當前發(fā)展情況

隨著熱像儀在我國各行業(yè)的普及，對紅外成像技術(shù)各方面的研究也呈現(xiàn)逐年上升的趨勢。針對影響紅外成像系統(tǒng)性能的各種因素，國內(nèi)多位研究學者進行了深入的研究。電子科技大學的李雪瑩采用紅外編解碼技術(shù)，針對空調(diào)紅外通信數(shù)據(jù)的復雜性，提出了一種新穎的空調(diào)紅外數(shù)字通信驗證算法，設(shè)計了具體數(shù)據(jù)集的格式、編解碼算法和通信協(xié)議，實現(xiàn)了可靠的數(shù)據(jù)傳輸。[1]北京體育大學的張屹碩利用紅外線成像技術(shù)觀察不同康復手段對青少年網(wǎng)球運動員腰部疲勞程度影響[2]，準確記錄運動創(chuàng)傷引起的神經(jīng)、肌肉、骨骼、關(guān)節(jié)和軟組織的位置、質(zhì)和量的變化，直觀地為康復醫(yī)師和治療師提供圖像。

我國在紅外技術(shù)研究方面取得了長足的進步。成立了專業(yè)研究機構(gòu)、紅外物理實驗室和多個研究小組。在一些高校，還設(shè)立了紅外技術(shù)系和包括紅外技術(shù)在內(nèi)的光電技術(shù)系。一批民營企業(yè)和股份制企業(yè)誕生，形成了不同規(guī)模的產(chǎn)品。我國紅外產(chǎn)品的使用市場越來越成熟，也越來越普及。

1.2國外紅外線與紅外成像技術(shù)研究發(fā)展情況

1.2.1國外紅外線與紅外成像技術(shù)的歷史研究發(fā)展情況

1959年美國芝加哥大學率先研制成功第一臺前視紅外熱像儀，六十年代，許多美國公司又相繼研制出多種機載前視紅外系統(tǒng)，并用于越南戰(zhàn)場。20世紀60年代，瑞典國家電力局首次使用熱像儀檢測電力設(shè)備故障，該技術(shù)對電力設(shè)備的預(yù)知性狀態(tài)維修中發(fā)揮了重要作用。德國在第二次世界大戰(zhàn)時期首先研制出主動式紅外夜視儀，但未能實際使用。幾乎同時，美國也在研制紅外夜視儀。雖然該實驗的成功時間比德國晚，但首次投入實際應(yīng)用。1945年夏天的沖繩戰(zhàn)役中，日軍利用復雜的地形在黑暗中攻擊美軍。結(jié)果日軍一出山洞就被美軍擊斃。

1.2.2國外紅外線與紅外成像技術(shù)的當前研究發(fā)展情況

國外紅外線與紅外成像技術(shù)得到了突飛猛進的發(fā)展。特別在紅外熱成像技術(shù)的關(guān)鍵器件（紅外探測器）的研制生產(chǎn)方面，中國與世界先進水平仍然有很大的差距。熱像儀在軍事和民用方面得到了更為廣泛的應(yīng)用。

2 目前存在的問題及擬解決的方案

2.1目前存在的問題

紅外熱像技術(shù)在石化領(lǐng)域發(fā)揮著相當重要的作用。在現(xiàn)代石化工業(yè)中，設(shè)備龐大而復雜，需要連續(xù)、長期、安全、穩(wěn)定的運行，因此對設(shè)備進行在線監(jiān)測和診斷是非常重要的。1981年上海石油化工總廠引進紅外熱像儀主要對裂解爐爐管彎頭、列管式換熱器內(nèi)漏和球形儲罐液位高進行了檢測[3]在檢修時，對襯里損傷部位進行仔細的檢查，在裝置內(nèi)部均發(fā)現(xiàn)了相應(yīng)的缺陷，并且與之前紅外檢測時的分析結(jié)果一致。[4] 但是由于紅外成像技術(shù)只能獲得設(shè)備表面溫度分布，對內(nèi)部缺陷并不能直接體現(xiàn)，制約了其使用范圍。

2.2擬解決的方案

近年來，許多學者通過設(shè)備表面溫度分布對內(nèi)部缺陷方位、尺寸、及不規(guī)則邊界的識別算法進行了研究[5]，取得了一定的成果。根據(jù)這些成果，再微型化紅外探測器，并提高抗干擾能力就可以直接觀測設(shè)備內(nèi)部情況。如將紅外成像技術(shù)集成在工業(yè)內(nèi)窺鏡前端，實現(xiàn)可見光與紅外雙成像內(nèi)窺鏡。

3 未來發(fā)展趨勢

目前我國研制的熱成像儀，可以滿足軍隊武器系統(tǒng)的各種性能需要。在民用領(lǐng)域各種星載紅外遙感儀、紅外熱像儀、紅外測溫儀等，也逐漸發(fā)展成熟。預(yù)測未來紅外成像技術(shù)將會朝著高檢測力、智能化的方向繼續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)束語

進入21世紀以來，紅外線及紅外成像技術(shù)在紅外探測、紅外無線通信、紅外遙感、紅外成像等方面的應(yīng)用極大地改善了我們的生活方式。相信不遠的將來，紅外成像技術(shù)將與我們的生活緊密相連。

參考文獻

[1]李雪瑩.基于單片機的空調(diào)紅外線編解碼系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)[D].電子科技大學，2014.

[2]張屹碩.紅外線熱成像技術(shù)觀察不同康復手段對青少年網(wǎng)球運動員腰部疲勞程度影響[D].北京體育大學，2013.

[3]丁浩武，董蘭生紅外熱象技術(shù)在石油化工設(shè)備檢測中的應(yīng)用[J].煉油設(shè)備設(shè)計，1984（5）：57-61.

[4]姜凱，仲齊生紅外熱像在石化設(shè)備檢測中的應(yīng)用[J].激光與紅外，1994（3）：17-19.

[5]范春利，孫豐瑞，楊立，等基于紅外測溫的內(nèi)部缺陷尺寸、方位的計算方法研究[D].熱科學與技術(shù)，2005（1）：82-86.

作者簡介

陳古璐（1999—），女，四川阿壩州，本科，研究方向：測控技術(shù)與儀器。

李莞林（2000—），男，湖北襄陽，本科，研究方向：測控技術(shù)與儀器。

徐影（1999—），女，四川遂寧，本科，研究方向：工業(yè)設(shè)計。

王斟鑫（1999—），男，四川宜賓，本科，研究方向：人力資源管理。