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【开讲】巨哥电子沈憧棐详谈红外热成像原理与应用

来源:爱集微

#集微开讲#

2020-06-13

集微网消息(文/Oliver),新冠肺炎疫情爆发以来,红外热像仪在全国各地的防疫工作中起到了重要作用。究竟这款抗疫神器的工作原理是什么?疫情结束后这类产品又将被应用在哪些场景呢?

为了探索红外热成像原理与其他广泛应用,6月12日,集微网邀请到了上海巨哥电子科技有限公司创始人沈憧棐做客第十二期“开讲”,带来了以《红外热成像抗疫神器原理及其工业和消费级应用》为主题的精彩演讲。

点这里观看回放

工作原理

在疫情期间,全国各地的机场、火车站、医院、写字楼都可以看到红外热像仪对人们的体温进行快速筛查,其原理就是通过探测物体自身发出来的热辐射来成像。沈憧棐表示,温度在绝对零度(零下273摄氏度)以上的所有物体,无时无刻不在发出热辐射。

从物理上来看,有一个非常著名的“黑体辐射曲线”,它是指所有的物体发射热辐射的功率和它的波长存在一定关系,下图有很多条曲线,每一条线对应一个温度值,300K一般接近于常温,0K就是零下273摄氏度。横坐标是波长,纵坐标是辐射功率。

沈憧棐表示,温度越高,热辐射能量就会越大,而热辐射的功率跟绝对温度的4次方成正比。有了这个关系,热成像仪探测到物体发射的就不仅仅是功率了,还能够计算出它的温度值。

值得一提的是,黑体辐射曲线还包含一项重要指标——发射率。每种物体的发射率是不一样的。有的物体发射率是高的,例如黑体的发射率是1,其他的物体的发射率则低一些。如果不知道物体的发射率,那么计算温度时就会出现偏差,所以现在有很多软件会进行修正。

红外热成像的成像原理和可见光成像有一定的相似之处,两者的光路图是一样的。但两者还存在着几点区别,例如红外热成像所探测到的是物体本身发出的红外线,可见光成像看到的是物体反射的可见光;红外热成像用到的镜头是锗镜头,可见光成像所使用的一般玻璃不能够穿透红外线;红外热成像使用的是焦平面红外图像传感器,使用的是MEMS工艺,技术难度很大,而且这个探测器需要在真空中工作,封装工艺也需要使用真空封装。

特点和应用场景

红外热成像仪有三大特点,第一个特点就是能够实时显示物体各点温度,温度越高的物体,热辐射的能量就越大,温度越低的物体热辐射能量就越小,热成像仪通常用不同的颜色来代表温度的高低,同时能够测量几万点的温度信息。

第二个特点是能够夜视,无需任何照明。由于红外热像仪是根据热辐射来呈现,成像不依赖于任何的光线,所以在军方经常被用做夜视仪,还有在一些安防监控的行业用来做夜视的监控。

第三个特点是能够穿透烟雾,可用于消防救援。沈憧棐指出,由于热辐射通常是指8~14微米波长的红外光,它的波长比较长,穿透能力比较强,在有烟雾的时候它有很强的穿透能力。

根据红外热像仪的特点,可以将其分为两种,一种是成像性,主要是用于夜视和视觉增强;另一种是测温型,主要用于测量温度。

沈憧棐表示,成像型的应用主要包括安防监控、车载/船载夜视,消防救援等。测温型则在电力行业应用非常广泛,主要用来检测电力设备的运行状态,例如一些电力设备如果出现过载或接头老化等状况,都会引起温度异常,红外热成像仪可以很好的监控和定位这些状况。另外,测温型还能应用在石油化工、动车接触网、汽车玻璃、太阳能电站、电路板检测等领域。

另外,在生物医疗领域,测温型红外热像仪也得到了充分地应用。例如乳腺癌等疾病的病变检测和放疗评估、新冠肺炎等体温监测,还有农业养殖业中的猪瘟检测和农业研究等。

无黑体测温

成像型热像仪是定性比较,它只需要比较高低温区域的热辐射大小即可获得图像,无需计算温度值。而测温型热像仪在成像基础上还需获得准确温度值,技术难度较大,因为还要考虑环境温度变化、探测器相应变化、探测器芯片自身温度变化、光学透过率变化、热像仪各组件温度变化、与环境热交换变化、温湿度和大气透过率变化等干扰因素。

由于测温型红外热成像仪很难实现,市面上很多厂商开始采用“成像型+黑体”的方式来进行测温,也就是在较小的温度范围内,热像仪响应按线性近似处理,并用黑体提供实时温度参照。

但这种方法存在许多缺点,例如安装复杂、布置和收纳困难、两个设备联动可靠性差、使用温度范围窄、测温响应受环境影响大等。

而巨哥电子智能人体测温方案无需黑体也能实现精准测温,即插即用、安装简单。据沈憧棐介绍,巨哥电子的红外热像仪测温精度优于±0.5摄氏度,稳定环境下优于±0.3摄氏度。

疫情期间,巨哥电子的产品部署在虹桥机场、虹桥高铁站、上海火车站、上海地铁200多个站点、楼宇商场、医院、政府学校等等,所有这些产品在没有黑体的情况下都能够做到精准测温。

巨哥电子的产品在其他行业的应用也很好的描绘出了红外热像仪除抗疫之外的市场,例如高铁接触网,电力机器人;电力无人机;工业自动化(电池检测、机房监控、酿酒自动化、冶金);手机热像仪;AR眼镜等。另外,巨哥电子还能够提供整体的红外云系统方案,包括前端采集监控子系统、云平台和监控分析报警子系统。

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(校对/小山)

责编: 刘燚

Oliver

作者

微信:Oliver24-

邮箱:wanglf@lunion.com.cn

作者简介

集微咨询分析师,关注半导体制造、芯片设计、物联网等领域。微信:Oliverygood

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