红外检测技术.ppt

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1、红外检测技术红外检测技术 红外辐射及传输红外辐射及传输l红外辐射实质上是波长为0.75-1000m的电磁波。该波段位于可见光和微波之间，比红光的波长更长，所以称红外线。l任何物体温度高于0K,都会不停的进行红外辐射-热辐射红外探测器红外探测器l能够将红外辐射转换为电信号的器件l相应率：l光谱相应l等效噪声功率红外检测概念红外检测概念l红外技术是研究和应用红外辐射的一门新型科学技术。红外检测就是利用红外辐射原理对设备或材料及其它物体的表面进行检验和测量的专门技术，也是采集物体表面温度信息的一种手段。红外检测概念红外检测概念l发展到现在，红外检测技术早已不再局限于非破坏检测的最初意义，而成为红外诊

2、断技术的组成部分，红外检测是红外诊断技术的基础。红外检测的原理红外检测的原理 l当一个物体本身具有不同于周围环境的温度时，不论物体的温度高于环境温度，还是低于环境温度；也不论物体的高温来自外部热量的注入，还是由在其内部产生的热量造成，都会在该物体内部产生热量的流动。红外检测概念红外检测概念l热流在物体内部扩散和传递的路径中，将会由于材料或投射的热物理性质不同，或受阻堆积，或通畅无阻传递，最终会在物体表面形成相应的“热区热区”和“冷区冷区”，这种由里及表出现的温差现象，就是红外检测的基本原理。红外检测的优势红外检测的优势 l红外检测作为非破坏检测众多方法中的一个，它们的功能在相比之下是各有特色，

3、但红外检测却有其独到之处，形成了它的检测优势，可完成X射线、超音波、声发射及激光全息检测等技术无法担任的检测。优点优点l1、非接触性：红外检测的实施是不需要接触被检目标的，被检物体可静可动，可以是具有高达数千摄氏度的热体，也可以是温度很低的冷体。所以，红外检测的应用范围极为宽广，且便于在生产现场进行对设备、材料和产品的检验和测量。优点优点l2、安全性极强：由于红外检测本身是探测自然界无处不在的红外辐射，所以它的检测过程对人员和设备材料都不会构成任何危害；而它的检测方式又是不接触被检目标，因而被检目标即使是有害于人类健康的物体，也将由于红外技术的遥控检测而避免了危险。优点优点l3、检测准确：红外

4、检测的温度分辨率和空间分辨率都可以达到相当高的水平，检测结果准确率很高。例如，它能检测出0.1，甚至0.01的温差；它也能在数毫米大小的目标上检测出其温度场的分布；红外显微检测甚至还可以检测小到0.025mm左右的物体表面，这在线路板的诊断上十分有用。优点优点l在某种意义上说，只要设备或材料的故障缺陷能够影响热流在其内部传递，红外检测方法就不受该物体的结构限制而能够探测出来。优点优点l4、操作便捷：由于红外检测设备与其它相比是比较简单的，但其检测速度却很高，如红外探测系统的响应时间都是以s或ms计，扫描一个物体只需要数秒或数分钟即可完成，特别是在红外设备诊断技术的应用中，往往是在设备的运行当中

5、就已进行完了红外检测，对其他方面很少带来麻烦，而检测结果的控制和处理保存也相当简便。红外检测的基本方法红外检测的基本方法 l红外检测的基本方法分为两大类型，即被动式和主动式。l1、被动式的红外检测在设备的红外检测诊断技术中应用比较多；l2、主动式的红外检测又可分为单面法和双面法红外检测的基本方法红外检测的基本方法l红外检测中对被测目标的加热方式也分为稳态加热稳态加热和非稳态加热非稳态加热。l红外检测仪器的安装和运载方式有固定固定式式、便携式便携式、车载式车载式和机载式机载式(直升机装载)等多种。被动式红外检测被动式红外检测 l所谓被动式系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

6、利用被测目标的温度不同于周围环境温度的条件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、元器件和科学试验中。由于它不需要附加热源，在生产现场基本都采用这种方式。主动式红外检测主动式红外检测 l主动式红外检测是在进行红外检测之前对被测目标主动加热，加热源可来自被测目标的外部或在其内部，加热的方式有稳态和非稳态两种，红外检测根据不同情况可在加热过程当中进行，也可在停止加热有一定时间后进行。主动式红外检测主动式红外检测l1、单面法：对被测目标的加热和红外检测在被测目标的同一侧面进行。l2、双面法：相对于上述的单面法而言，双面法是把对被测

7、目标的加热和红外检测分别在目标的正、反两个侧面进行。加热方式加热方式 l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。稳态加热稳态加热l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。非稳态加热非稳态加热l非稳态加热：对被测目标加热，不需要使其内部温度达到均匀稳定状态，而在它的内部温度尚不均匀、具有导热的过程中即进行红外检测。非稳态加热非稳态加热l如将热量均匀地注入被测目标，热流进入内部

8、的速度要由它的内部状况决定，若内部有缺陷，则会成为阻档热流的热阻，经一定时间会产生热量堆积，在其相应的表面会产生热的异常。缺陷造成的热流变化取决于缺陷的位置、走向、几何尺寸和材料的热物理性能。红外检测仪器红外检测仪器l红外测温仪l红外热像仪l红外热电视红外检测仪器的安装和运转方式红外检测仪器的安装和运转方式 l1、固定式：用于对旋转型设备故障的监测、关键设备的监测和生产线上产品工艺、质量的监测。红外检测仪器的安装和运转方式红外检测仪器的安装和运转方式l2、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。红外检测仪

9、器的安装和运转方式红外检测仪器的安装和运转方式l3、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(或其它车辆)上，可以使用两组测距不同的镜头摄取远、近两处设备的红外图像；l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监测两种情况)，则立即在车上纪录并打印，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，可采用无线电电话取得联系。l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，应该采用直升机机装载热像仪进行。红外

10、检测的工作内容红外检测的工作内容 l主要包括：日常巡检、定期普测、重点跟踪、配合检测和新设备基础检测等。红外检测的工作内容红外检测的工作内容l1、日常巡检：日常巡检是由运行人员或红外专责人员进行，应用简易或便携式的红外检测仪，对巡视的运行设备关键部位进行红外测温，并纪录存盘。l2、定期普测：根据设备的重要性大小和新旧程度制定出设备全面普测的周期，要使用红外热成像设备对运行设备进行细致而全面的红外检测，纪录存盘。红外检测的工作内容红外检测的工作内容l3、重点跟踪：在日常巡检和定期普测的基础上，对发现有过热疑点的设备要进行重点跟踪检测，对情况比较严重的设备要连续跟踪检测，纪录存盘，观看发展趋势。l

11、4、配合检修：当设备准备检修时，红外检测应配合检修工作进行。如可在停机检修前进行检测以确认检修目标和方位，也可在检修后进行，以检查大修的效果和质量。l5、基础检测：对于新投运的设备，待其运行进入稳定状态(尤其是热的稳定状态)后，为掌握设备的性能，要进行红外检测、纪录存盘，用作该设备的红外基础资料，为今后分析故障缺陷和预测寿命打下基础。红外检测的基本要求红外检测的基本要求 l对红外检测的基本要求分为五个方面，对红外检测的基本要求分为五个方面，即即1 1、对红外检测仪器的要求、对红外检测仪器的要求、2 2、对被、对被检测设备的要求、检测设备的要求、3 3、对检测环境的要求、对检测环境的要求、4 4

12、、对检测周期的要求和、对检测周期的要求和5 5、对操作方法、对操作方法的要求的要求 红外检测的基本要求红外检测的基本要求l对红外检测仪器的要求：红外检测所应用的红外检测仪器，在一般情况下普遍使用的不外乎是红外点温仪、红外热电视和红外热像仪。热检测器和方法热检测器和方法热检测方法温度纪录的据温度计测得的接触法非接触法颜料荧光物质涂层浸润层液晶红外扫描仪摄像机显微镜接触法非接触法热电偶温差电堆金属测辐射热仪热变电阻器易熔物质辐射计高温计红外检测的基本要求红外检测的基本要求l红外点温仪：红外点温仪主要用于设备的日常巡检，还用于与热成像仪器配合工作，所以红外点温仪的使用频率很高。基于上述的使用状况，首

13、先要求红外点温仪体积轻小、携带方便，并且要操作简单。红外检测的基本要求红外检测的基本要求l在测温功能方面，除了对测温精确度、测量结果的重复性和抗干扰性符合要求外，特别要注重仪器的距离系数的选择，它必须满足实际测距的要求方能保证测量结果的准确。距离系数如何选择呢选择距离系数应从两个方面考虑，一方面是测量距离的远近，另一方面是被测目标的大小。红外检测的基本要求红外检测的基本要求l当被测目标大小近似而测距不同时，测距远的要求距离系数要大，反之则要求距离系数小；当测距不变而被测目标尺寸不同时，被测目标尺寸越小的要求距离系数就越大，反之亦然。红外检测的基本要求红外检测的基本要求l对于同一台红外点温仪，当

14、它的焦距固定时，其视场角也就固定了，测距远时只能检测大尺寸的目标，如果需要测小的目标时，必须将测距减少方可。红外检测的基本要求红外检测的基本要求l红外点温仪在其视场角一定的情况下，其结构原理决定了随着测量距离的增加，红外点温仪的测量面积只必定加大，如果此时被测目标尺寸很小，远远不能充满检测仪的视场，被测目标之外的其它辐射必然大量进入点温仪的视场，点温仪显示的测量结果将是进入视场所有辐射的加权平均值，显而易见这是很不准确的测量结果。l例如，当用距离系数较小的点温仪测量高压输电线的接头时，由于视场角过大，天空背景辐射大量进入检测视场。我们知道天空背景的温度在不同季节、不同天气状况(晴朗无云、有云而

15、云层薄厚不同)下温度显示是不同的，大约在+30-70之间变化，所以必然影响检测结果，甚至出现十分不合理的现象，如它会显示出零下多少摄氏度。l对于出现的这个可笑结果，完全是距离系数选择不当造成的。但是，当人们不了解其中的原因时，将会出现两种情况，一种是当使用点温仪的距离系数不合要求的程度较小时，测温结果没有明显的不合理，仅仅比被测接头的实际过热温度要低得多，这会造成缺陷故障的误漏判断；另一种情况是上述的结果，会使人对红外点温仪检测的准确性产生误解。l（1）为了进一步说明，我们列举两个实测纪录如下：l室内测温：采用距离系数40：1的红外点温仪；被测目标是靶径50mm、靶温为75的红外黑体炉；测量距

16、离从1m逐步增加到10m。同一台红外点温仪的测温结果显示数值如下：当环境温度12时，测距lm为75，5m为25，l0m为16；当环境温度33时，测距lm为76，5m为46，10m为37。l室外测温：分别采用离系数为40：1和200：1两台红外点温仪；被测目标是变电所l10kV悬空线夹，测距l0m；测试天空背景分别方多云(10)和晴朗无云(15)两种情况。距离系数不同的两台红外点温仪测温结果显示数值如下：天空多云、环境温度为10时，距离系数40：1的显示48；距离系数200：1的显示86；天空无云、环境温度为15时，距离系数40：1的显示-18；距离系数200：1的显示28。l红外热电视：由于红

17、外热电视既能生成热像，价格又比较低廉，故热电视是生产现场应用较多的红外检测仪器。为此，要求红外热电视的操作和携带筒简单方便，图像比较清晰，具有读出、纪录、输出的功能，当然测温精度、再现性和抗干扰性都要达到使用者的要求。l红外热像仪：红外热像仪一般应用于较高的层次，如精密检测和精密诊断、定期普测等。要求红外热像仪不仅图像清晰稳定，具有较高的测温精度、合适的测温范围和好的抗干扰能力，而且要具有必要的图像分析功能、较高的温度分辨率，尤其是它的空监分辨要满足实测距离的要求，否则其测温结果将是不够准确的。l由上述可知，热像仪测温结果是被测目标的红外辐射通过红外探测器转换后处理而得出的，这个结果与目标特性

18、(温度、辐射率)及热像仪性能(瞬时视场角、工作波殷、光普响应等)有关，还与测量距离有很大关系。l测距对测温结果准确度的影响因素大致可以从两个方面认识，一方面是随着测距的加大，会使大气透过率减小；另一方面是对测距增加时，热像仪的瞬时视场角的视场面积也随之增大，目标尺寸相对于瞬时视场面积的倍数必然要减少，l我们知道，当被测目标的检测面积小于我们知道，当被测目标的检测面积小于510个瞬时视场时，测温结果的输出信个瞬时视场时，测温结果的输出信号值将降低，测温就会产生误差。从这号值将降低，测温就会产生误差。从这里我们可以认识到一个问题，即当使用里我们可以认识到一个问题，即当使用热像仪测温时，热像仪测温时

19、，如果要求测温精度较高，如果要求测温精度较高，其测距就不能随意加大，在允许的情况其测距就不能随意加大，在允许的情况下测距应该近一些较好。下测距应该近一些较好。对检测环境的要求对检测环境的要求 l进行红外检测时，对被测物周围的环境应给予适当的选择，选择的内容包括环境温度、湿度、风速的要求，避开日光、灯光直射和雷、雨、雾、雪，防止其它高温辐射的干扰。对检测周期的要求对检测周期的要求 l红外检测的周期取决于被检设备的重要性及其环境条件，对于关键性和枢纽性的改备、运行环境恶劣的设备及老旧设备，检测周期应缩短；对于新建、大修后的设备，要及时进行红外投测；检测中发现热异常的设备，要跟踪检测。对操作方法的要

20、求对操作方法的要求 l从全部扫描到局部精确检测：进行红外从全部扫描到局部精确检测：进行红外检测检测(主要指设备普测和大型设备的检测主要指设备普测和大型设备的检测)一般要先用热像检测仪器一般要先用热像检测仪器(红外热像仪或红外热像仪或红外热电视红外热电视)对所有应测部位实施全部扫对所有应测部位实施全部扫描，找出设备热态异常部位，然后对异描，找出设备热态异常部位，然后对异常部位和重点检测设备进行精密红外检常部位和重点检测设备进行精密红外检测。测。l在进行全面扫描时，必须制定好被检设备的检测路线，不能有任何遗漏；在扫描检测当中，检测地点应在与被检设备表面尽量垂直相对处，距离尽量量近；还应注意选择比较

21、适宜的测温范围和温度分辨率，使设备的热异常信息尽量不丢失。红外诊断技术的原理红外诊断技术的原理 l什么是红外诊断技术：红外诊断技术是设备诊断技术的一种，它是利用红外技术来了解和掌握设备在使用过程中的状态，确定其整体和局部是正常或异常，早期发现故障及其原因，并能预测故障发展趋势的技术。l红外诊断技术属于信息技术范畴。它是利用被诊断的目标所提供的红外辐射信息，再经分析处理后去识别设备状态是否正常。然而，对于红外诊断技术来说，仅仅知道设备提供的红外辐射信息是远远不够的，还必须具备对被珍断设备的结构原理、设计、制造、安装、运行和维修方面的实践知识，具备掌握设备及其零部件过热失效的机理和热力学的知识。红

22、外诊断技术的原理：红外诊断技术的原理：l一台运转中的设备和一个人体有很多相似之处。当设备的零部件产生故障时，不论是磨损、疲劳、破裂、变形、腐蚀、剥离、渗漏、堵塞、松动、熔融、材料劣化、污染和异常振动等等，这种现象的绝大部分都直接或间接地和其温度的变化相关。l因此，设备的整体或局部的热平衡也同样要受到破坏或影响，通过热的各种传播方式，设备内部的热必然逐步达到其外部表面，造成外表面温度场的变化。l利用红外检测技术捕捉到这些红外辐射的信息，利用红外检测技术捕捉到这些红外辐射的信息，通过大量检测结果记录分析，可见设备在各种通过大量检测结果记录分析，可见设备在各种运行状态下其不同部位有不同的温度界限，同

23、运行状态下其不同部位有不同的温度界限，同一部位在不同故障情况下又有不同的温度等级；一部位在不同故障情况下又有不同的温度等级；再通过对设备结构、运行状况和维修、安装工再通过对设备结构、运行状况和维修、安装工艺等多种情况的分析概括，参考专家的经验等，艺等多种情况的分析概括，参考专家的经验等，就可以逐步确诊出设备的故障性质、部位和程就可以逐步确诊出设备的故障性质、部位和程度，进而预测故障发展趋势和设备的寿命。度，进而预测故障发展趋势和设备的寿命。红外诊断技术的构成红外诊断技术的构成 l构成红外诊断技术的技术要素有四个构成红外诊断技术的技术要素有四个：l1、检出信息：特征参量红外辐射信息的检出检出信息

24、：特征参量红外辐射信息的检出l2、信号处理信号处理l3、识别评价识别评价l4 4、预测技术、预测技术 简易和精密红外诊断技术简易和精密红外诊断技术l红外诊断技术包括简易红外诊断和精密红外诊红外诊断技术包括简易红外诊断和精密红外诊断二者的内容和作用是不同的，但它们又有着断二者的内容和作用是不同的，但它们又有着紧密的关系，可以说简易诊断是精密诊断的基紧密的关系，可以说简易诊断是精密诊断的基础。无论是从红外诊断技术的发展过程来看，础。无论是从红外诊断技术的发展过程来看，还是在实际应用当中，红外精密诊断都离不开还是在实际应用当中，红外精密诊断都离不开红外简易诊断；红外简易诊断工作是大量普及红外简易诊断

25、；红外简易诊断工作是大量普及的，它要应用于所有相关的设备，但它不可能的，它要应用于所有相关的设备，但它不可能解决难度大的故障诊断，而这正是红外精密诊解决难度大的故障诊断，而这正是红外精密诊断技术要完成的使命。断技术要完成的使命。B2C2泡沫塑料芯中的裂纹泡沫塑料芯中的裂纹各种材料探测到的裂纹各种材料探测到的裂纹飞机蒙皮铝板铸铝引擎箱体曲轴各种材料探测到的裂纹各种材料探测到的裂纹瓷杯摩擦焊接钢棒红外热波无损探伤测到的复合红外热波无损探伤测到的复合材料被撞后的损伤材料被撞后的损伤l红红外外图图像像显显示了冷示了冷热热两两边边的温度的温度对对比。已比。已经铺设经铺设完完毕毕的右的右边边路面路面温度是温度是113.3，正在，正在铺设铺设的左的左边边的路面温度是的路面温度是222.1。l温度低于温度低于170F的的沥沥青相青相对对更硬些，更耐更硬些，更耐滚压滚压，其密度低于，其密度低于热热的区的区域，所以将更容易域，所以将更容易过过早失效。我早失效。我们们可以可以发现发现，红红外外图图像中像中70.9C(159.6F)的的热热点与可点与可视图视图像中的路面破像中的路面破损处损处是相关是相关联联的。的。红外热像仪红外热像仪