红外检测方法红外线的划分1672年英国著名科学家牛顿首次用三棱镜将太阳光分解为红、橙、黄、绿、青、兰、紫七色，开始了可见光光谱学的研究.英国著名天文学家赫胥尔在研究太阳光谱中各单色光的热效应时，发现最大的热效应是出现在红色光谱以外，从而发现了红外线的存在。

英国著名物理学家马克斯威尔在研究电磁理论时，证实了可见光及看不见的红外线，紫外线等均属于电磁波段的一部分，从而把人们的认识统一到电磁波理论中。

从波长为数千米的无线电波，到波长为10-8A ～10-10A(1A=10-4 μm )的宇宙射线均属于电磁波的范围，而可见光谱的波长从0.4～0.76μm 仅占电磁波中极窄的一部波段。

红外光谱的波段为0.76～1000μm ，要比可见光波段宽得多。

为了研究和应用的方便。

根据红外辐射与物质作用时各波长的响应特性和在大气中传输吸收的特性，可把红外线按波长划分为四部分：①近红外线——波长为0.76～3 μm ；②中红外线——波长为3～6 μm ；③远红外线——波长为6～15 μm ；④超远红外线——波长为15～1000 μm目前，600 ℃以上的高温红外线仪表多利用近红外波段。

600℃以下的中、低温测温仪表面热成像系统多利用中、远红外线波段，而红外线加热装置则主要利用远红外线波段。

超远红外线的利用尚在开发研究中。

红外线辐射的基本定理①辐射能 Q ——辐射源以电磁波形式所辐射的能量(J)。

②辐射功率 P ——辐射源在单位时间内向整个半球空间所发射的能量 (w ／s)。

③辐射度M ——辐射源单位面积所发射的功率， ( W/m -2 )。

一般，源的表面积A 越大，发射的功率也越多。

因此辐射度M 是描述辐射功率P 沿源表面分布的特性。

辐射度在某些文献上又称为辐出度或辐射出射度等。

④光谱辐射度M λ——表示在波长λ处单位波长间隔内，辐射源单位面积所发射的功率。

即单位波长的辐射度， ( W/m 2·μm )，通常辐射源所发出的红外电磁波都是由多种波长成分所组成(全波辐射)。

前述的辐射度M 是描述全波辐射的，因此又称为全辐射度。

而光谱辐射度则是描述某一特定波长成分的辐射度。

而光谱辐射度则是描述某一特定波长成分的辐射度。

⑤黑体的概念——黑体是为了研究方便而引入的一种理想物体。

它定义为能在任何温度下将辐射到它表面上的任何波长的热辐射能全部吸收；并与其它任何物体相比，在相同温度和相同表面积的情况下其辐射功率为最大的一种物体。

黑体辐射可用黑体炉来模拟。

对 此，19世纪末叶的物理学家们曾做了大量实验工作，为非黑体辐射的研究奠定了基础。

⑥比辐射率 ——定义为在相同温度及相同的条件下，实际物体(非黑体)与黑体的辐射度的比值，即：黑体的辐射度实际物体的辐射度==b M M ε有的文献还定义了光谱比辐射率 黑体的光谱辐射度实际物体的光谱辐射度==b λλεM M Q P t ∂=∂P M A ∂=∂M M λλ∂=∂实验证明，比辐射率与光谱比辐射率是相等的，故工程上常将两者不加区分地均称为比辐射率。

比辐射率的引入在黑体辐射和非黑体辐射研究之间架起了一座桥粱．因此在红外技术的理论和应用是一个十分重要的数据，其值随材料、温度、表面状况及波长等因素而变化。

可由有关手册或文献中查到。

但在实用上多数情况下需要通过实测而得到。

A 普朗克(Planck)定律式中： M λb ——黑体的光谱辐射度C ——光速，c= 3×108 （m/s ）；h ——普朗克常数，h=6.63×10-34(W ·S 2)k ——波尔兹曼常数，k=1.38×10-23（J/K ）T ——热力学温度，（K ）λ——红外辐射波长，（ μm ）普朗克定律揭示了黑体单位面积辐射功率,沿波长分布和随温度变化的规律。

B 维恩(Wien)位移定理 由普朗克定律，令λλd d b M =0可求得辐射曲线峰值对应的波长m λ与温度T 的关系：m λT=2898(K ∙m μ)此式称为维恩位移定理。

它定量地说明了当温度升高时普朗克曲线峰值对应波长 m λ左移的幅度。

C 斯蒂藩-波尔茨曼定律(Stefan-Boltzmann)波尔茨曼定律描述了全辐射度M 与温度T 的关系，可由普朗克定律导出：经参数代换并积分后可得： 此式称为斯蒂藩-波尔茨曼定律。

它描述了黑体全辐射度与绝对温度间的关系。

红外线辐射在大气中的传输地球大气是由多种气体分子和悬浮微粒组成的混合体。

其中有些多原子的气体组成分子对红外线某些特定的波长有选择性地具有强烈的吸收作用。

例如二氧化碳对红外线在2.7 区、4.3m μ区及11.4～20m μ区间出现强吸收带。

水蒸气在1.87m μ区、2.70 m μ 区和6.70 m μ区出现强吸收带。

一氧化碳在4.6m μ区有强吸收带。

此外，甲烷、臭氧等也具有特定的吸收带。

这些气体在空间组成了吸收屏障而使红外辐射衰减。

空气中的悬浮微粒，特别是在污染的城市大气中则是通过散射作用而使红外辐射衰减。

任何红外仪器都是在大气中工作的，因此大气对红外辐射的影响是必须加以考虑的实际问题。

由图可见，大气有三个窗口。

即1～2.5m μ 、3～5 m μ和8～13 m μ 波段对红外线透射较好。

这三个窗口分别位于近、中和远红外区内。

它们对红外技术应用中显得特别重要，各种红外仪器的工作波段，原则上都应选在这三个波段的窗口之内。

红外检测技术的原理及其优势红外检测属于无损检测的范畴.无损检测是一门新兴的综合性科学技术，无损检测是以不破坏被检目标的使用性能为前提，应用被人类已知的物理和化学知识，对各种工程材料、()2b 5hc/kT 2hc M e 1λλπλ=-()2b 5hc/kT 002hc M M e 1d d λλπλλλ∞∞==-⎰⎰42M T (W /m )b σ=零部件、成品、半成品及运行中的设备进行有效的检测和测试，借以评价它们的有关性能。

红外检测就是利用红外辐射原理对设备或材料及其他物体的表面进行检测和测量的专门技术，也是采集物体表面温度信息的一种手段。

发展到现在，红外检测技术早已不再局限于无损检测的最初意义，而成为红外诊断技术的组成部分，红外检测是红外诊断技术的基础。

构成红外诊断技术的主要内容包括以下四个方面：(1)检出信息；(2)信号处理； (3)识别评价； (4)预测技术。

红外检测的原理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，还是由于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．热流在物体内部扩散和传递的路径中，将会由于材料或设备的热物理性质不同，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”和“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．红外检测的优势和其他的无损检测方法相比较，红外检测具有以下优势：１、非接触性：红外检测的实施是不需要接触被检目标的，被检目标可静可动，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。

2、安全性极强：检测过程对人员和设备材料不会构成任何伤害并且即使被检标是有害于人类健康的物体，这种危险也是可以目避免的。

3、检测准确：红外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，检测结果准确度很高。

例如，他能检测出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。

４、检测效率高：红外探测系统的响应时间都以s 或ms计，扫描一个物体只需数秒或数分钟即可完成，所以其检测速度很高。

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就已完成红外检测，对其他方面很少有影响，检测结果的处理保存也相当简便。

当然，任何一种先进的技术方法都不可能是完美无暇的，红外检测也不例外。

目前，红外检测存在如下主要问题：１、温度值确定存在困难：红外检测技术可以检测到设备或结构热状态的微小差异及变化，但很难精确确定被测对象上某一点确切的温度值。

所以当需要对设备温度状态作热力学温度测量时，必须认真解决温度测量结果的标定问题。

２、物体内部状况难以确定：红外检测直接测量的是被测物体表面的红外辐射，主要反映的也是表面的状况，对内部状况不能直接测量，需要经过一定的分析判断过程。

对于一些大型复杂的热能动力设备和设备内部某些故障的诊断，目前尚存在若干困难，甚至还难以完成运行状态的在线检测，需要配合其它常规方法作出综合诊断。

３、价格昂贵：虽然由于技术的发展，红外检测仪器（如红外热成像仪）应用越来越广泛，但与其它仪器和常规检测设备相比，价格还是很昂贵。

红外探测器的类型及工作原理红外探测器是把入射红外辐射能量转变为其他形式能量(一般为电能)的一种转换器或传感器。

按其工作原理可分为热敏探测器和光电探测器两类.热敏探测器热敏探测器是根据入射的热效应引起探测材料某一物理性能变化而工作的。

常用的有热敏电阻探测器和热释电型探测器。

热敏电阻是由锰、镍、钴等的氧化物混合烧结而成，一般制成薄片状。

当热敏电阻吸收红外辐射时，温度升高、电阻值下降。

根据电阻变化的大小，即可得知红外入射辐射强度的大小，从而判断产生红外辐射的温度。

由于热敏电阻的稳定性较好，坚固耐用，可在室温下工作，目此广泛用于红外测温仪表中。

热释电型探测器是一些热电晶体或铁电体材料，如钽酸锂，铌酸锶钡，硫酸三甘酞等制成的探测器，可产生极化现象。

即在其上加电压后一个表面带正电荷，相反的表面带负电荷。

当电压除去后仍能保持极化状态。

其极化的强度(单位面积上的电荷量)与温度有关。

当探测器吸收红外辐射而温度升高时，极化强度将会降低使表而电荷减少。

这相当于释放了一部分电荷，故称为热释电。

将加载电阻与探测器相连，释放的电荷会通过负载电阻而输出一个电信导。

当红外辐射不断变化时，将会引起探测器温度不断变化，因此输出的电信号将与辐射的变化成正比例。

根据热释电型探测器工作原理可知，热释电型探测器的特点是对恒定的红外辐射不会产生影响。

是因为恒定的温度不会使探测器在释放新的电荷。

故使用热释电型探测器时必须先对红外辐射进行调制，将恒定辐射用调制器变为脉动变化的辐射，并通过选择适当的调制频率提高探测灵敏度。

热释电型探测器比热敏电阻探测器响应速度快，探测灵敏度高。

单元型热释电探测器多用于红外测温，红外激光探测，及气体和光谱分析中，多元型列阵热式释电型探测器热释电红外摄像管（红外电视）中。

热敏探测器除以上两种外，传统的还有利用两种金属温差电势现象制成的热电偶探测器及利用气体温度升高，体积增大的特点制成的气动型（高莱管）等。

由于其性能参数较差，应用范围已日益减小。