陳穎杰（內(nèi)蒙古交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古赤峰，024005）

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紅外熱像檢測(cè)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用

陳穎杰
（內(nèi)蒙古交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古赤峰，024005）

摘 要：目前，對(duì)于已經(jīng)建成的高層建筑、水壩、混凝土橋梁、高架道路的安全評(píng)估，尋找隔熱不良區(qū)域和霉變區(qū)域，提高建筑質(zhì)量、快速檢測(cè)建筑物、查找滲漏點(diǎn)、路面下隱患潛伏等方面，紅外線成像儀的價(jià)格比較高昂，但減少了勞動(dòng)量和對(duì)建筑物、結(jié)構(gòu)進(jìn)行的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)的支付以及短期或者長(zhǎng)期的質(zhì)量檢測(cè)，帶來(lái)了長(zhǎng)久的經(jīng)濟(jì)效用。

關(guān)鍵詞：紅外熱像；土木工程檢測(cè)；建筑應(yīng)用

引言

紅外熱成像是一門獲取和分析來(lái)自非接觸熱成像裝置的熱信息的科學(xué)技術(shù)［1］。熱成像技術(shù)意味著“熱量寫入”，因此，熱成像技術(shù)生成的圖片被稱作“溫度記錄圖”或“熱圖”。紅外熱成像測(cè)量的優(yōu)勢(shì)：非接觸遙感監(jiān)測(cè)，紅外熱像儀不用接觸被測(cè)物，可以直觀的、安全的找到發(fā)熱點(diǎn)；可以比較同一區(qū)域的物體溫度和兩點(diǎn)間的溫差；實(shí)時(shí)快速掃描移動(dòng)或靜止目標(biāo)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸?shù)诫娔X進(jìn)行監(jiān)控分析。

1 紅外熱像儀原理與簡(jiǎn)介

紅外熱像儀是利用紅外探測(cè)器和光學(xué)成像物鏡接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測(cè)器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場(chǎng)相對(duì)應(yīng)。通俗地講紅外熱像儀就是將物體發(fā)出的不可見(jiàn)紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢?jiàn)的熱圖像。熱圖像上面的不同顏色代表被測(cè)物體的不同溫度。用亮表示溫度高，暗表示溫度低，或用暖色和冷色表示溫度高低。紅外熱像儀是以紅外熱輻射為原理研制的紅外檢測(cè)設(shè)備。

紅外熱像儀是可將不可見(jiàn)的紅外輻射轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)圖像，如圖1所示。物體的紅外輻射轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)的圖像。物體的紅外輻射經(jīng)過(guò)鏡頭聚焦到探測(cè)器上，探測(cè)器將產(chǎn)生電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大并數(shù)字化到熱像儀的電子處理部分，再轉(zhuǎn)換成我們能在顯示器上看到的紅外圖像。

圖1 紅外熱像儀轉(zhuǎn)換圖像原理示意圖

紅外熱像儀具有的優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）利用紅外線熱像儀所顯示出的圖像，非常直觀和快捷，讓檢測(cè)者在同一時(shí)間和同一環(huán)境下得到一塊組件上不同電池塊的溫度，容易找出問(wèn)題所在；

（2）紅外線熱像儀操作方便，不需要接觸被測(cè)量的物體或者設(shè)備，可以使設(shè)備本身的溫度場(chǎng)不受干擾；

（3）紅外線熱像儀成像的反應(yīng)速度非?？?，小于一秒，非常的快捷方便；

（4）用戶采用熱像儀FLIR畫中畫及熱疊加技術(shù)，除了可以拍攝到物體的紅外圖像，同時(shí)可以拍攝到一幅可見(jiàn)光照片，并將其融合在一起，能夠讓用戶在第一時(shí)間識(shí)別和定位故障。

2 紅外熱像儀檢測(cè)的應(yīng)用

裂縫。由于建筑結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、或者使用了不合格的水泥混凝土材料都可能引起的砌墻體裂縫，往往會(huì)造成結(jié)構(gòu)破壞，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致雨水滲入從而引起更大的麻煩，這些隱藏的缺陷很難通過(guò)常規(guī)的檢測(cè)方法成功的發(fā)現(xiàn)。通過(guò)紅外可以快速清楚的顯示。值得注意的是，由于人眼對(duì)于黑白色的分辨能力最高，有些時(shí)候采用黑白的模式，可以更好的效果［2］。

粘貼飾面。貼飾面由于粘貼不良，容易造成滲水甚至剝落。粘貼飾面掉下來(lái)砸中汽車或者行人的時(shí)間偶有發(fā)生，往往造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)危害。如何解決粘貼飾面剝落問(wèn)題已經(jīng)成為許多檢測(cè)單位和管理機(jī)構(gòu)的難題。因?yàn)檫@種問(wèn)題在事故發(fā)生之前，往往沒(méi)有什么征兆。然而這些缺陷往往逃不過(guò)紅外熱像儀的“眼睛”。

熱橋。熱橋是建筑結(jié)構(gòu)中由于傳熱系數(shù)較大而引起的熱傳導(dǎo)路徑，如墻內(nèi)的金屬、混凝土或鋼筋混凝土的梁、柱、板和肋，預(yù)制保溫中的肋條，外保溫墻體中為固定保溫板加設(shè)的金屬錨固件、內(nèi)保溫層中設(shè)置的龍骨、門窗框等等。

對(duì)流熱損失。密封連接不良會(huì)造成泄漏，氣密內(nèi)襯層安裝不當(dāng)或損壞往往會(huì)出現(xiàn)規(guī)律性缺陷。泄漏路徑比較復(fù)雜，沒(méi)有紅外成像儀很難發(fā)現(xiàn)。

受潮。受潮恐怕是影響建筑整體性最為嚴(yán)重的因素之一。氣態(tài)時(shí)是空氣和建筑材料中必要且有用的組成部分，然而一旦形成液體或者固態(tài)，將產(chǎn)生不少麻煩。磚和混凝土中未粘合好的區(qū)域往往會(huì)造成磚墻體中的積水和氣體泄漏。使用不合格的混凝土也會(huì)造成雨水的滲入。

3 紅外熱像儀的應(yīng)用實(shí)例［3，4］

（1）大型建筑物全景分析

使用紅外熱像儀對(duì)大型建筑物進(jìn)行拍攝時(shí)，由于拍攝空間的限制，只能局部進(jìn)行拍攝。紅外熱像儀全新的圖像拼接功能，使用全景拼接助手可將幾幅圖片拼接為一幅全景熱圖，且不影響任意圖片的清晰度及拍攝數(shù)據(jù)。可對(duì)整個(gè)建筑物進(jìn)行全景分析，易于發(fā)現(xiàn)熱缺陷。

（2）建筑氣密性檢測(cè)

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，如果建筑門窗沒(méi)有正確安裝，在冬天則會(huì)導(dǎo)致冷風(fēng)倒灌，暖氣泄漏的情況發(fā)生，由此則會(huì)產(chǎn)生采暖系統(tǒng)負(fù)荷升高，運(yùn)行成本增加，這種問(wèn)題稱之為“建筑氣密性”缺陷。紅外熱成像的功能則是為了迅速查找氣密缺陷部位，通過(guò)加壓實(shí)驗(yàn)，對(duì)門窗，管道等關(guān)鍵部位進(jìn)行排查，迅速找到滲漏點(diǎn)，提供有效的定性分析依據(jù)，查找定位問(wèn)題區(qū)域，簡(jiǎn)單明了。

（3）濕氣滲漏檢測(cè)

在建筑中，不是僅有水管破裂才會(huì)導(dǎo)致墻體潮濕，由于大氣的侵蝕會(huì)傷害到建筑的結(jié)構(gòu)，這些有缺陷的結(jié)構(gòu)極易產(chǎn)生雨水滲漏問(wèn)題。熱成像儀可清晰成像建筑表面濕度的分布，查找高濕危險(xiǎn)區(qū)域，并進(jìn)行原因排查，避免更大面積的損傷。

（4）檢查和測(cè)量太陽(yáng)能系統(tǒng)運(yùn)行狀況

檢查和測(cè)量太陽(yáng)能系統(tǒng)運(yùn)行狀況的目的是確保系統(tǒng)安全有效的運(yùn)行。熱成像儀被用于太陽(yáng)能系統(tǒng)檢測(cè)，用于及早發(fā)現(xiàn)潛在的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)及影響系統(tǒng)運(yùn)行的故障隱患，極大程度上保護(hù)系統(tǒng)安全運(yùn)行，并確保人員安全。

（5）檢測(cè)采暖系統(tǒng)的安裝與運(yùn)行狀況

紅外熱像儀可提供直觀而快捷的操作，可快速安全的檢測(cè)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的安裝及運(yùn)行狀態(tài)，提供最簡(jiǎn)單的方法用于檢測(cè)散熱器是否存在淤積及堵塞情況。

（6）查找定位屋頂泄漏位置

查找屋頂泄漏是紅外熱像儀在建筑檢測(cè)中的一個(gè)典型應(yīng)用。紅外熱像儀以優(yōu)異的熱靈敏度，可清晰顯示細(xì)微溫差，查找并定位泄露點(diǎn)，確保建筑質(zhì)量。

（7）建筑熱工缺陷檢測(cè)，保證建筑物質(zhì)量

使用熱像儀檢測(cè)分析建筑結(jié)構(gòu)缺陷是一個(gè)快速有效的方法，一張清晰的熱圖，可以提供給您詳細(xì)的建筑物熱信息，而這些信息都是通過(guò)紅外熱像儀－無(wú)損檢測(cè)方法而提供的。

（8）建筑能耗審計(jì)評(píng)估

在建筑檢測(cè)中，紅外檢測(cè)方法是理想快速進(jìn)行建筑能耗評(píng)估的測(cè)量方法。紅外熱像儀可提供高清晰的熱圖，是一款用于建筑外墻檢測(cè)及維護(hù)的理想工具。

（9）霉變隱患檢測(cè)

建筑冷橋會(huì)導(dǎo)致能量的損耗，在這些部位，紅外熱像儀提供建筑表面濕度成像功能，清晰顯示高溫區(qū)域，簡(jiǎn)單快速的發(fā)現(xiàn)是否存在霉變隱患。

（10）管道檢測(cè)，是否存在泄漏及裂痕

通常排查管道是否出現(xiàn)故障的方法是將整面墻或地面揭開漫無(wú)目標(biāo)的進(jìn)行全面檢查，這是一個(gè)破壞驚人且極費(fèi)成本的方法。紅外熱橡儀能提供一種無(wú)損檢測(cè)，有的放矢的檢測(cè)手段，使破壞最小化，成本最節(jié)約化。勿需損壞無(wú)故障部位，使維修更有效率和針對(duì)性，從而節(jié)約維修成本和時(shí)間。

4 結(jié)束語(yǔ)

在土木工程領(lǐng)域中，紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)在建筑工程里各個(gè)方面都得到很好的應(yīng)用。因?yàn)榻ㄖ囟茸兓膹?fù)雜性，建筑物表面的溫度受到各種各樣因素的影響，從而影響對(duì)建筑物的檢測(cè)結(jié)果。由此可見(jiàn)，如果所測(cè)物體的溫差不大，圖像的溫度比較低時(shí)，分辨細(xì)節(jié)的能力變差；另外成像儀透過(guò)透明的障礙物看不清目標(biāo)，當(dāng)紅外成像儀透過(guò)玻璃時(shí)，就容易檢測(cè)不到玻璃后面物體的溫度差。

參考文獻(xiàn)

［1］ 謝春霞.紅外熱像檢測(cè)技術(shù)在土木工程領(lǐng)域中的應(yīng)用近況［J］.四川建筑，2011，31（3）：144-146.

［2］ 薛春領(lǐng).既有建筑加固修復(fù)后性能檢測(cè)技術(shù)綜合法研究［D］.東南大學(xué)，2013.

［3］ 王智勇，劉穎韜，王小虎等.紅外熱像檢測(cè)技術(shù)在吸波涂層缺陷研究中的應(yīng)用［J］.航空材料學(xué)報(bào)，2012，32（3）：91-95.

［4］ 謝靜，楊曉燕，徐長(zhǎng)航等.基于形態(tài)學(xué)方法的工件表面缺陷紅外熱像檢測(cè)技術(shù)［J］.中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，36（3）：146-150.

Application of Infrared Thermal Image Detection Technology in Civil Engineering

Yingjie Chen
（Inner Mongolia Transportation Vocational Technical College， Chifeng， 024005， China）

Abstract：At present， for the high-rise buildings， dams， concrete bridges， viaducts safety assessment， look bad insulation region and mildew area， improving building quality， rapid detection of the buildings， find the leakage point and thehazards lurking under the road， etc.infrared imager prices relatively high， it is amazing that the Infrared effects ，which reducing the amount of labor and building dynamic or static structure of payments and short-term or long-term quality testing.

Key words：Infrared Thermography； Civil Engineering Detect； Construction Applications

中圖分類號(hào)：TU 755.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-8412 （2016） 02-272-04

DOI：工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http//www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.02.040

作者簡(jiǎn)介：

陳穎杰（1980-），女，本科，講師，土木工程專業(yè)。

E-mail： 1542891774@qq.com