紅外光，或紅外輻射，總是在我們身邊。我們只是看不到它。事實(shí)上，所有絕對(duì)0（-273攝氏度或-460華氏度）以上的物體都會(huì)發(fā)出紅外光。因此，不僅熱的物體和溫暖的物體會(huì)發(fā)出紅外光，而且像一桶冰塊這樣的冷物體也會(huì)發(fā)出紅外光。物體發(fā)出的紅外光量與該物體的溫度成正比。例如，篝火發(fā)出的紅外光比燈籠多，紅外光比一桶冰多得多。

電磁波譜

電磁波譜是科學(xué)家用來(lái)描述整個(gè)光范圍的術(shù)語(yǔ)。下圖以圖形方式表示電磁波譜，并顯示了各種形式的光，從無(wú)線電波到微波，從X射線到伽馬射線。有趣的是，大多數(shù)電磁波譜對(duì)我們來(lái)說(shuō)是不可見的，包括紅外光。從圖表中，我們看到宇宙中只有一小塊光對(duì)我們可見。

電磁頻譜

此外，從電磁波譜圖中，我們看到紅外光的波長(zhǎng)大于可見光。由于紅外光的大小不同，因此其行為與可見光相似。例如，紅外光可以像可見光一樣被吸收，通過(guò)和反射。

雖然我們的人眼沒(méi)有被調(diào)諧為看到紅外光，但有一些半導(dǎo)體材料可以感知它。通過(guò)將這些材料組織成行和列的矩陣，并將它們與微電子技術(shù)相結(jié)合，工程師們開發(fā)了焦平面陣列（FPA）紅外探測(cè)器。

紅外探測(cè)器

紅外探測(cè)器由非晶硅，氧化釩，銻化銦，砷化鎵和碲化鎘汞等材料制成。它們具有各種像素尺寸，像素?cái)?shù)和紅外傳感波段。例如，有短波紅外 （SWIR）、中波紅外 （MWIR） 和長(zhǎng)波紅外 （LWIR） 探測(cè)器，它們可以在這些紅外區(qū)域中“看到”紅外光。紅外 FPA 探測(cè)器的像素分辨率范圍從 60 x 80（4，800 像素）到 1280 x 1024（130 萬(wàn)像素）。

當(dāng)集成到帶有紅外鏡頭的相機(jī)中時(shí)，IR FPA探測(cè)器捕獲聚焦的紅外光，該紅外光被轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)并顯示為灰度或彩色圖像。紅外圖像的每個(gè)像素代表一個(gè)數(shù)字化的紅外光水平。您可以使用相應(yīng)的灰度或色階調(diào)色板直觀地識(shí)別圖像的冷區(qū)、暖區(qū)和熱區(qū)。人們可以在下面的摩托車紅外圖像中輕松挑選出白熱的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸和排氣口。

感興趣的地區(qū)

如果紅外熱像儀經(jīng)過(guò)溫度測(cè)量校準(zhǔn)，則可以將稱為感興趣區(qū)域（ROI）的工具應(yīng)用于實(shí)時(shí)或記錄的圖像。圖像顯示平均值、最小值和最高溫度值。投資回報(bào)率通常包括點(diǎn)、線和區(qū)域。由于熱圖像由數(shù)千個(gè)光斑測(cè)量組成，因此可以從任何一個(gè)圖像像素顯示溫度值。

什么是熱成像？

熱成像是使用紅外熱像儀查看和/或測(cè)量物體或過(guò)程的熱特性，以評(píng)估其與溫度相關(guān)的狀況的做法。

例如，在最近的電暈病毒大流行期間，對(duì)人們進(jìn)行了熱成像以檢測(cè)體溫升高。熱成像被用作預(yù)篩查工具，以識(shí)別可能發(fā)燒的個(gè)體，這是感染的潛在指標(biāo)。

紅外熱成像的另一個(gè)例子包括檢查變電站中的連接，以確保電力自由流動(dòng)。通常，隨著對(duì)電流的阻力增加，熱量也會(huì)相應(yīng)增加。增加的電阻可能是由連接松動(dòng)、腐蝕或組件故障引起的。無(wú)論原因如何，電阻的增加都會(huì)產(chǎn)生熱量上升，可以用紅外熱像儀看到和測(cè)量。

熱和電阻之間的關(guān)系也適用于微電子學(xué)，例如在印刷電路板上尋找可能縮短筆記本電腦壽命的短路。熱成像的其他例子包括：

尋找建筑物中的冷點(diǎn)，以識(shí)別缺少隔熱層的區(qū)域。

尋找旋轉(zhuǎn)設(shè)備中由可能的軸承故障引起的摩擦引起的溫度升高。

觀察熱量如何流過(guò)飛機(jī)的機(jī)翼，以揭示水的存在。

什么是被動(dòng)熱成像？

被動(dòng)熱成像依賴于物體或過(guò)程發(fā)出的自然產(chǎn)生的熱光進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估。使用被動(dòng)熱成像，只有當(dāng)目標(biāo)的溫度與環(huán)境溫度或周圍物體不同時(shí)，才能使用紅外熱像儀觀察到熱對(duì)比度。如果沒(méi)有熱對(duì)比度，則生成的熱圖像在顏色或灰度方面幾乎沒(méi)有變化。

評(píng)估物體或場(chǎng)景的任何溫度分布時(shí)，不會(huì)對(duì)物體施加外部能量。觀測(cè)到的溫度模式完全是由于固有的溫差。

無(wú)源熱成像的示例包括變電站和前面討論的微電子檢查。其他示例包括檢查電機(jī)以確保其正確冷卻或檢查電氣繼電器以確保它們正常工作。這些檢測(cè)示例中的每一個(gè)都依賴于由于過(guò)程的正常運(yùn)行而導(dǎo)致的溫度變化或發(fā)射的紅外光的變化。

什么是主動(dòng)熱成像？

主動(dòng)熱成像是將外部能量源應(yīng)用于物體或過(guò)程，以誘導(dǎo)溫度變化，以便使用紅外熱像儀進(jìn)行分析。有源熱成像可以是一種可行的無(wú)損測(cè)試方法，適用于沒(méi)有自然發(fā)生的熱變化的物體或場(chǎng)景。換句話說(shuō)，物體或場(chǎng)景中不存在自然發(fā)生的溫差。

被動(dòng)熱成像：使用手持式熱像儀檢查飛機(jī)的機(jī)翼。

假設(shè)我們要評(píng)估飛機(jī)機(jī)翼是否存在缺陷。如果用紅外熱像儀在穩(wěn)定狀態(tài)下觀察機(jī)翼，我們可能會(huì)在生成的紅外圖像中看到很少甚至沒(méi)有熱對(duì)比度。但是，如果我們將外部能量施加到機(jī)翼上，就像鹵素?zé)舻臒崃恳粯樱覀兛梢杂^察到來(lái)自燈的熱波如何隨時(shí)間穿過(guò)機(jī)翼。

有源熱成像：使用外部激發(fā)源檢測(cè)目標(biāo)物體中的缺陷。

如果機(jī)翼內(nèi)部存在缺陷，則會(huì)中斷鹵素?zé)舻臒崃?，?dǎo)致物體表面的溫度分布發(fā)生變化。這種變化可以通過(guò)紅外熱像儀看到。

使用熱像儀和激發(fā)源（鹵素?zé)簦z測(cè)物體的缺陷。

有源熱成像的一個(gè)例子是使用鹵素?zé)粼跈C(jī)翼上誘導(dǎo)熱波。用于有源熱成像的其他激勵(lì)源包括：

氙氣閃光燈，用于產(chǎn)生短而高強(qiáng)度的熱浪。

超聲波振動(dòng)喇叭在裂縫和脫粘處引起機(jī)械摩擦，從而產(chǎn)生熱量。

感應(yīng)線圈，用于產(chǎn)生渦流，在被缺陷阻擋時(shí)產(chǎn)生局部熱量。

可編程電源，用于將電流引入半導(dǎo)體和電子設(shè)備，這些電流在短路或受到阻時(shí)會(huì)發(fā)熱。

激光器用于將精確定位的熱量施加到微電子學(xué)等小目標(biāo)上。

用于主動(dòng)熱成像的檢測(cè)系統(tǒng)通常使用計(jì)算機(jī)來(lái)記錄物體的表面溫度作為時(shí)間的函數(shù)。這些紅外視頻使用旨在“梳理”無(wú)源熱成像未被注意到的缺陷和異常的軟件進(jìn)行處理。