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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)，紅外線與紅外成像技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。紅外線及紅外成像技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r：國(guó)外研究較早，擁有許多不外傳的關(guān)鍵性技術(shù);國(guó)內(nèi)雖起步較晚，但隨著熱像儀在我國(guó)各行業(yè)的普及，對(duì)紅外成像技術(shù)各方面的研究也呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)，紅外產(chǎn)品與應(yīng)用市場(chǎng)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(duì)其發(fā)展和應(yīng)用提出了新展望。經(jīng)過(guò)分析，目前紅外熱像技術(shù)還存在不能檢測(cè)儀器內(nèi)部缺陷問(wèn)題，本文也提出了針對(duì)問(wèn)題解決的方案。預(yù)測(cè)未來(lái)紅外成像技術(shù)將會(huì)朝著高檢測(cè)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(wú)線電波和可見(jiàn)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(jiàn)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(cè)、建筑熱漏搜索、海上救援、火源搜索、礦石斷裂鑒定、導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)檢查、公安偵察、各種材料和產(chǎn)品的無(wú)損檢測(cè)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(guó)內(nèi)外研究發(fā)展情況

1.1國(guó)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(guó)內(nèi)紅外線與紅外成像技術(shù)的歷史發(fā)展情況

我國(guó)的紅外技術(shù)研究工作是在新中國(guó)成立后開(kāi)展的。改革開(kāi)放以來(lái)，紅外技術(shù)得到了迅速發(fā)展，探測(cè)器的研究工作從單元、線陣到紅外膠接面都在進(jìn)行。上世紀(jì)90年代初，我國(guó)研制出第一臺(tái)熱像儀。其技術(shù)性能與國(guó)外相當(dāng)，對(duì)我國(guó)紅外技術(shù)的升級(jí)起著重要作用。我國(guó)對(duì)電力設(shè)備紅外檢測(cè)診斷技術(shù)始于70年代，主要檢查運(yùn)行中電氣設(shè)備的外露過(guò)熱接頭。1990年，有人在國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議上指出，該技術(shù)在電力設(shè)備狀態(tài)預(yù)測(cè)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(duì)電氣設(shè)備各部分的校準(zhǔn)、操作、檢測(cè)和診斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行明確規(guī)范，進(jìn)一步推動(dòng)了紅外熱像儀在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1.1.2國(guó)內(nèi)紅外線與紅外成像技術(shù)的當(dāng)前發(fā)展情況

隨著熱像儀在我國(guó)各行業(yè)的普及，對(duì)紅外成像技術(shù)各方面的研究也呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)。針對(duì)影響紅外成像系統(tǒng)性能的各種因素，國(guó)內(nèi)多位研究學(xué)者進(jìn)行了深入的研究。電子科技大學(xué)的李雪瑩采用紅外編解碼技術(shù)，針對(duì)空調(diào)紅外通信數(shù)據(jù)的復(fù)雜性，提出了一種新穎的空調(diào)紅外數(shù)字通信驗(yàn)證算法，設(shè)計(jì)了具體數(shù)據(jù)集的格式、編解碼算法和通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了可靠的數(shù)據(jù)傳輸。[1]北京體育大學(xué)的張屹碩利用紅外線成像技術(shù)觀察不同康復(fù)手段對(duì)青少年網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員腰部疲勞程度影響[2]，準(zhǔn)確記錄運(yùn)動(dòng)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(fù)醫(yī)師和治療師提供圖像。

我國(guó)在紅外技術(shù)研究方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。成立了專(zhuān)業(yè)研究機(jī)構(gòu)、紅外物理實(shí)驗(yàn)室和多個(gè)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(yíng)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(guó)紅外產(chǎn)品的使用市場(chǎng)越來(lái)越成熟，也越來(lái)越普及。

1.2國(guó)外紅外線與紅外成像技術(shù)研究發(fā)展情況

1.2.1國(guó)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(guó)芝加哥大學(xué)率先研制成功第一臺(tái)前視紅外熱像儀，六十年代，許多美國(guó)公司又相繼研制出多種機(jī)載前視紅外系統(tǒng)，并用于越南戰(zhàn)場(chǎng)。20世紀(jì)60年代，瑞典國(guó)家電力局首次使用熱像儀檢測(cè)電力設(shè)備故障，該技術(shù)對(duì)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(guó)在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期首先研制出主動(dòng)式紅外夜視儀，但未能實(shí)際使用。幾乎同時(shí)，美國(guó)也在研制紅外夜視儀。雖然該實(shí)驗(yàn)的成功時(shí)間比德國(guó)晚，但首次投入實(shí)際應(yīng)用。1945年夏天的沖繩戰(zhàn)役中，日軍利用復(fù)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(guó)外紅外線與紅外成像技術(shù)的當(dāng)前研究發(fā)展情況

國(guó)外紅外線與紅外成像技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)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(cè)器）的研制生產(chǎn)方面，中國(guó)與世界先進(jìn)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(wèn)題及擬解決的方案

2.1目前存在的問(wèn)題

紅外熱像技術(shù)在石化領(lǐng)域發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用。在現(xiàn)代石化工業(yè)中，設(shè)備龐大而復(fù)雜，需要連續(xù)、長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，因此對(duì)設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和診斷是非常重要的。1981年上海石油化工總廠引進(jìn)紅外熱像儀主要對(duì)裂解爐爐管彎頭、列管式換熱器內(nèi)漏和球形儲(chǔ)罐液位高進(jìn)行了檢測(cè)[3]在檢修時(shí)，對(duì)襯里損傷部位進(jìn)行仔細(xì)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(cè)時(shí)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(duì)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(lái)，許多學(xué)者通過(guò)設(shè)備表面溫度分布對(duì)內(nèi)部缺陷方位、尺寸、及不規(guī)則邊界的識(shí)別算法進(jìn)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(cè)器，并提高抗干擾能力就可以直接觀測(cè)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(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光與紅外雙成像內(nèi)窺鏡。

3 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

目前我國(guó)研制的熱成像儀，可以滿足軍隊(duì)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(cè)溫儀等，也逐漸發(fā)展成熟。預(yù)測(cè)未來(lái)紅外成像技術(shù)將會(huì)朝著高檢測(cè)力、智能化的方向繼續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，紅外線及紅外成像技術(shù)在紅外探測(cè)、紅外無(wú)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(yuǎn)的將來(lái)，紅外成像技術(shù)將與我們的生活緊密相連。

參考文獻(xiàn)

[1]李雪瑩.基于單片機(jī)的空調(diào)紅外線編解碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2014.

[2]張屹碩.紅外線熱成像技術(shù)觀察不同康復(fù)手段對(duì)青少年網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員腰部疲勞程度影響[D].北京體育大學(xué)，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(cè)中的應(yīng)用[J].煉油設(shè)備設(shè)計(jì)，1984（5）：57-61.

[4]姜?jiǎng)P，仲齊生紅外熱像在石化設(shè)備檢測(cè)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(cè)溫的內(nèi)部缺陷尺寸、方位的計(jì)算方法研究[D].熱科學(xué)與技術(shù)，2005（1）：82-86.

作者簡(jiǎn)介

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

李莞林（2000—），男，湖北襄陽(yáng)，本科，研究方向：測(cè)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(jì)。

王斟鑫（1999—），男，四川宜賓，本科，研究方向：人力資源管理。