1．紅外線基礎(chǔ)
1672年，人們發(fā)現(xiàn)太陽光（白光）是由各種顏色的光復(fù)合而成，同時(shí)，牛頓做出了單色光在性質(zhì)上比白色光更簡單的有名結(jié)論。使用分光棱鏡就把太陽光（白光）分解為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等各色單色光。1800年，英國物理學(xué)家F. W. 赫胥爾從熱的觀點(diǎn)來研究各種色光時(shí)，發(fā)現(xiàn)了紅外線。他在研究各種色光的熱量時(shí)，有意地把暗室的**的窗戶用暗板堵住，并在板上開了一個(gè)矩形孔，孔內(nèi)裝一個(gè)分光棱鏡。當(dāng)太陽光通過棱鏡時(shí)，便被分解為彩色光帶，并用溫度計(jì)去測量光帶中不同顏色所含的熱量。為了與環(huán)境溫度進(jìn)行比較，赫胥爾用在彩色光帶附近放幾支作為比較用的溫度計(jì)來測定周圍環(huán)境溫度。試驗(yàn)中，他偶然發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇怪的現(xiàn)象：放在光帶紅光外的一支溫度計(jì)，比室內(nèi)其他溫度的批示數(shù)值高。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，這個(gè)所謂熱量*多的高溫區(qū)，總是位于光帶*邊緣處紅光的外面。于是他宣布太陽發(fā)出的輻射中除可見光線外，還有一種人眼看不見的“專線”，這種看不見的“專線”位于紅色光外側(cè)，叫做紅外線。紅外線是一種電磁波，具有與無線電波及可見光一樣的本質(zhì)，紅外線的發(fā)現(xiàn)是人類對(duì)自然認(rèn)識(shí)的一次飛躍，對(duì)研究、利用和發(fā)展紅外技術(shù)領(lǐng)域開辟了一條全新的廣闊道路。
紅外線的波長在0.76~100μm之間，按波長的范圍可分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外、極遠(yuǎn)紅外四類，它在電磁波連續(xù)頻譜中的位置是處于無線電波與可見光之間的區(qū)域。
紅外線輻射是自然界存在的一種*為廣泛的電磁波輻射，它是基于任何物體在常規(guī)環(huán)境下都會(huì)產(chǎn)生自身的分子和原子無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，并不停地輻射出熱紅外能量，分子和原子的運(yùn)動(dòng)愈劇烈，輻射的能量愈大，反之，輻射的能量愈小。
溫度在**零度以上的物體，都會(huì)因自身的分子運(yùn)動(dòng)而輻射出紅外線。通過紅外探測器將物體輻射的功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，成像裝置的輸出信號(hào)就可以完全一一對(duì)應(yīng)地模擬掃描物體表面溫度的空間分布，經(jīng)電子系統(tǒng)處理，傳至顯示屏上，得到與物體表面熱分布相應(yīng)的熱像圖。運(yùn)用這一方法，便能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)距離熱狀態(tài)圖像成像和測溫并進(jìn)行分析判斷。
2．熱像儀原理
紅外熱像儀是利用紅外探測器、光學(xué)成像物鏡和光機(jī)掃描系統(tǒng)（目前先進(jìn)的焦平面技術(shù)則省去了光機(jī)掃描系統(tǒng)）接受被測目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元上，在光學(xué)系統(tǒng)和紅外探測器之間，有一個(gè)光機(jī)掃描機(jī)構(gòu)（焦平面熱像儀無此機(jī)構(gòu)）對(duì)被測物體的紅外熱像進(jìn)行掃描，并聚焦在單元或分光探測器上，由探測器將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大處理、轉(zhuǎn)換或標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)通過電視屏或監(jiān)測器顯示紅外熱像圖。
這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對(duì)應(yīng)；實(shí)質(zhì)上是被測目標(biāo)物體各部分紅外輻射的熱像分布圖由于信號(hào)非常弱，與可見光圖像相比，缺少層次和立體感，因此，在實(shí)際動(dòng)作過程中為更有效地判斷被測目標(biāo)的紅外熱分布場，常采用一些輔助措施來增加儀器的實(shí)用功能，如圖像亮度、對(duì)比度的控制，實(shí)標(biāo)校正，偽色彩描繪等高線和直方進(jìn)行數(shù)**算、打印等。
3．熱像儀參數(shù)
(1) 工作波段 工作波段是指紅外熱像儀中所選擇的紅外探測器的響應(yīng)波長區(qū)域，一般是3~5μm或8~12μm。
(2) 探測器類型 探測器類型是指使用的一種紅外器件。如采用單元或多元（元數(shù)8、10、16、23、48、55、60、120、180等），采用硫化鉛（PbS）、硒化鉛（PnSe）、碲化銦（InSb）、碲鎘汞（HgCdTe）、碲錫鉛（PbSnTe）、鍺摻雜（Ge：X）和硅摻雜（Si：X）等。
(3) 掃描制式 一般為我國標(biāo)準(zhǔn)電視制式，PAL制式。
(4) 顯示方式 指屏幕顯示是黑白顯示還是偽彩顯示。
(5) 溫度測定范圍 指測定溫度的*低限與*高限的溫度值的范圍。
(6) 測溫準(zhǔn)確度 指紅外熱像儀測溫的*大誤差與儀器量程之比的百分?jǐn)?shù)。
(7) *大工作時(shí)間 紅外熱像儀允許連續(xù)的工作時(shí)間。
4．熱像儀分類
紅外熱像儀一般分光機(jī)掃描成像系統(tǒng)和非掃描成像系統(tǒng)。
光機(jī)掃描成像系統(tǒng)采用單元或多元（元數(shù)有8、10、16、23、48、55、60、120、180甚至更多）光電導(dǎo)或光伏紅外探測器，用單元探測器時(shí)速度慢，主要是幀幅響應(yīng)的時(shí)間不夠快，多元陣列探測器可做成高速實(shí)時(shí)熱像儀。
非掃描成像的熱像儀，分紅外熱電視和焦平面紅外熱像儀。 紅外熱電視是通過熱釋電攝像管（PEV）接受被測目標(biāo)物體的表面紅外輻射，并把目標(biāo)內(nèi)熱輻射分布的不可見熱圖像轉(zhuǎn)變成視頻信號(hào)，因此，熱釋點(diǎn)攝像管是紅外熱電視的光鍵器件，它是一種實(shí)時(shí)成像，寬譜成像（對(duì)3~5μm及8~14μm有較好的頻率響應(yīng)）具有中等分辨率的熱成像器件，主要由透鏡、靶面和電子槍三部分組成。其技術(shù)功能是將被測目標(biāo)的紅外輻射線通過透鏡聚焦成像到熱釋電攝像管，采用常溫?zé)犭娨曁綔y器和電子束掃描及靶面成像技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。 如近幾年推出的陣列式凝視成像的焦平面熱像儀，屬新一代的熱成像裝置，在性能上大大優(yōu)于光機(jī)掃描式熱像儀，逐步取代光機(jī)掃描式熱像儀的趨勢。其關(guān)鍵技術(shù)是探測器由單片集成電路組成，被測目標(biāo)的整個(gè)視野都聚焦在上面，并且圖像更加清晰，使用更加方便，儀器非常小巧輕便，同時(shí)具有自動(dòng)調(diào)焦圖像凍結(jié)，連續(xù)放大，點(diǎn)溫、線溫、等溫和語音注釋圖像等功能，儀器采用PC卡，存儲(chǔ)容量可高達(dá)500幅圖像。
5．熱像儀的發(fā)展
1800年，英國物理學(xué)家F. W. 赫胥爾發(fā)現(xiàn)了紅外線，從此開辟了人類應(yīng)用紅外技術(shù)的廣闊道路。在**次世界大戰(zhàn)中，德國人用紅外變像管作為光電轉(zhuǎn)換器件，研制出了主動(dòng)式夜視儀和紅外通信設(shè)備，為紅外技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
二次世界大戰(zhàn)后，首先由美國經(jīng)過近一年的探索，開發(fā)研制的**代用于**領(lǐng)域的紅外成像裝置，稱之為紅外尋視系統(tǒng)（FLIR），它是利用光學(xué)機(jī)械系統(tǒng)對(duì)被測目標(biāo)的紅外輻射掃描。由光子探測器接收兩維紅外輻射跡象，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換及一系列儀器處理，形成視頻圖像信號(hào)。這種系統(tǒng)、原始的形式是一種非實(shí)時(shí)的自動(dòng)溫度分布記錄儀，后來隨著五十年代銻化銦和鍺摻汞光子探測器的發(fā)展，才開始出現(xiàn)高速掃描及實(shí)時(shí)顯示目標(biāo)熱圖像的系統(tǒng)。
六十年代早期，瑞典研制成功**代紅外成像裝置，它是在紅外尋視系統(tǒng)的基礎(chǔ)上以增加了測溫的功能，稱之為紅外熱像儀。
開始由于保密的原因，在發(fā)達(dá)的國家中也**于**，投入應(yīng)用的熱成像裝置可的黑夜或濃厚幕云霧中探測對(duì)方的目標(biāo)，探測偽裝的目標(biāo)和高速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)。由于有國家經(jīng)費(fèi)的支撐，投入的研制開發(fā)費(fèi)用很大，儀器的成本也很高。以后考慮到在工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中的實(shí)用性，結(jié)合工業(yè)紅外探測的特點(diǎn)，采取壓縮儀器造價(jià)。降低生產(chǎn)成本并根據(jù)民用的要求，通過減小掃描速度來提高圖像分辨率等措施逐漸發(fā)展到民用領(lǐng)域。
六十年代中期，瑞典研制出**套工業(yè)用的實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)（THV），該系統(tǒng)由液氮致冷，110V電源電壓供電，重約35公斤，因此使用中便攜性很差，經(jīng)過對(duì)儀器的幾代改進(jìn)，1986年研制的紅外熱像儀已無需液氮或高壓氣，而以熱電方式致冷，可用電池供電；1988年推出的全功能熱像儀，將溫度的測量、修改、分析、圖像采集、存儲(chǔ)合于一體，重量小于7公斤，儀器的功能、精度和可靠性都得到了顯著的提高。
九十年代中期，美國首先研制成功由**技術(shù)（FPA）轉(zhuǎn)民用并商品化的新一紅外熱像儀（CCD）屬焦平面陣列式結(jié)構(gòu)的一種凝成像裝置，技術(shù)功能更加先進(jìn)，現(xiàn)場測溫時(shí)只需對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)攝取圖像，并將上述信息存儲(chǔ)到機(jī)內(nèi)的PC卡上，即完成全部操作，各種參數(shù)的設(shè)定可回到室內(nèi)用軟件進(jìn)行修改和分析數(shù)據(jù)，*后直接得出檢測報(bào)告，由于技術(shù)的改進(jìn)和結(jié)構(gòu)的改變，取代了復(fù)雜的機(jī)械掃描，儀器重量已小于二公斤，使用中如同手持?jǐn)z像機(jī)一樣，單手即可方便地操作。
6．紅外熱像儀的應(yīng)用
熱像儀作為一種紅外成像儀器，不但在**應(yīng)用中占有很重要的地位，在民用方面也具有很強(qiáng)的生命力。它除具有紅外測溫儀的優(yōu)點(diǎn)（如非接觸、快速、能對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和微小目標(biāo)測溫等）外，還具有下列優(yōu)點(diǎn)：
⑴ 直觀地顯示物體表面的溫度場。紅外測溫儀只能顯示物體表面某一小區(qū)域或某一點(diǎn)的溫度值，而熱像儀則可以同時(shí)測量物體表面各點(diǎn)溫度的高低，并以圖像形式顯示出來。
⑵ 溫度分辨率高。紅外測溫儀由于各種因素的影響，很難分辨0.1以下的溫差，而熱像儀由于可以同時(shí)顯示出兩點(diǎn)的溫度值，因而能準(zhǔn)確區(qū)分很小的溫差，甚至可達(dá)0.01；
⑶ 可采用多種顯示方式。熱像儀輸出的視頻信號(hào)包含目標(biāo)的大量信息，可用多種方式顯示出來。例如，對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行假彩色處理，便可由不同顏色顯示不同溫度的熱圖像；若反視頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，即可用數(shù)字顯示物體各點(diǎn)的溫度值；
⑷ 可進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算機(jī)處理。熱像儀輸出的視頻信號(hào)，可用數(shù)字存儲(chǔ)器存儲(chǔ)，或用錄像帶記錄，這樣既可長期保持又可用計(jì)算機(jī)作運(yùn)算處理。
熱像儀在**和民用方面都有廣泛的應(yīng)用。隨著熱成像技術(shù)的成熟，各種低成本適于民用的熱像儀的問世，它在國民經(jīng)濟(jì)各部門發(fā)揮著越來越大的作用。在工業(yè)生產(chǎn)中，許多設(shè)備常處于高溫、高壓和高速運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)用紅外熱像儀對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行檢測和監(jiān)控，既能保證設(shè)備的**運(yùn)轉(zhuǎn)，又能發(fā)現(xiàn)異常情況以便及時(shí)排除隱患。同時(shí)，利用熱像儀還可進(jìn)行工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制和管理。例如，在鋼鐵工業(yè)中的高爐和轉(zhuǎn)爐所用耐火材料的燒蝕磨損情況，可用熱像儀進(jìn)行觀測，及時(shí)采取措施檢修，防止事故發(fā)生。又如，在石化工業(yè)中，熱像儀可監(jiān)視生產(chǎn)設(shè)備和管道的運(yùn)行情況，隨時(shí)提供有關(guān)沉淀形成、流動(dòng)阻塞、漏熱溫度隔熱材料變質(zhì)等數(shù)據(jù)。再如，在電力工業(yè)中，發(fā)電機(jī)組、高壓輸電和配電線路可用熱像儀沿線掃查，找出故障隱患，及時(shí)排除，杜絕事故的發(fā)生。在電子工業(yè)中，也可用熱像儀檢查半導(dǎo)體器件、集成電路和印刷電路板等的質(zhì)量情況，發(fā)現(xiàn)其他方法難以找到的故障。
此外，紅外熱像儀在醫(yī)療、治安、消防、考古、交通、農(nóng)業(yè)和地質(zhì)等許多領(lǐng)域均有重要的應(yīng)用。如建筑物漏熱查尋、森林探火、火源尋找、海上救護(hù)、礦石斷裂判別、導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)檢查、公安偵察以及各種材料及制品質(zhì)無損檢查等。
電力帶電設(shè)備內(nèi)外部故障的紅外診斷
帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)是研究和應(yīng)用紅外檢測技術(shù)獲取帶電設(shè)備的致熱效應(yīng)從設(shè)備表面發(fā)出的紅外輻射信息，進(jìn)而判斷設(shè)備缺陷性質(zhì)的一門綜合技術(shù)。
以下內(nèi)容是在大量的紅外熱圖測試結(jié)果中總結(jié)而出的一些經(jīng)驗(yàn)。由于作者是非電力系統(tǒng)的專業(yè)人士，難免會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，希望各專家多原諒，并加以指正。
1．變壓器的紅外熱像圖：
Ÿ 高、中、低壓套管
引起變壓器套管在運(yùn)行過程中發(fā)生故障通常是因?yàn)椋壕植糠烹?、缺油、?dǎo)電桿連接**、套管表面積污嚴(yán)重、套管瓷質(zhì)**和介質(zhì)損耗增大等原因引起。
對(duì)于高壓套管，不少故障是因?yàn)榧儆臀辉斐芍鹘^緣**產(chǎn)生放電的。對(duì)于假油位，熱圖會(huì)有一明顯的油位層，如已發(fā)生放電，則有明顯的發(fā)熱區(qū)。
Ÿ 變壓器箱體
變壓器本體在運(yùn)行中通常會(huì)出箱體局部過熱、渦流、冷卻裝置及油路等故障。
Ÿ 變壓器油枕
用紅外熱像儀對(duì)油枕運(yùn)行檢測，可以看到油位的高低，油分界面清晰可見。
2．電抗器紅外熱像圖：
電抗器的故障可以分為：渦流、非渦流引起的箱體局部發(fā)熱和冷卻裝置及油路等缺陷。
Ÿ 平波電抗器
渦流引起內(nèi)環(huán)發(fā)熱。
Ÿ 電抗器套管接頭
導(dǎo)管出口導(dǎo)體連接**，漏磁引起的箱體渦流和冷卻裝置故障等。
3．避雷器的紅外熱像圖
避雷器的種類大概分為：閥型避雷器和氧化鋅避雷器。避雷器事故的原因是多種多樣的，有產(chǎn)品質(zhì)量問題，有長期運(yùn)行內(nèi)部元件老化問題等等，但*常見的還是避雷器內(nèi)部進(jìn)水受潮造成其閃絡(luò)。其中閥型避雷器的故障多為內(nèi)部受潮或并聯(lián)電阻斷裂，而氧化鋅避雷器的故障通常表現(xiàn)為內(nèi)部受潮（密封**）和老化。
設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，金屬氧化物避雷器和閥型避雷器*大的區(qū)別是：金屬氧化物避雷器的功率損耗較大，并且該功率損耗產(chǎn)生的溫度直接影響其預(yù)期運(yùn)行壽命。內(nèi)部受潮和內(nèi)部元件老化是導(dǎo)致這類氧化物避雷器的主要原因。
4．電容器的紅外熱圖
電容器出現(xiàn)缺陷的原因：介質(zhì)損耗增大、內(nèi)部放電和缺油等。
5．?dāng)嗦菲鞯募t外熱圖
斷路器分為少油斷路器和多油斷路器，它們出現(xiàn)缺陷的原因比較多。少油斷路器出現(xiàn)的故障大概為：外部接觸**引起的導(dǎo)流過熱故障、絕緣瓷套內(nèi)部受潮、動(dòng)靜觸頭接觸**、缺油、中間觸頭接**和靜觸頭基座接觸**。而多油斷路器出現(xiàn)的故障為：外部接觸**、內(nèi)部觸頭接觸**和內(nèi)部受潮等。
6．絕緣子串的紅外熱圖
瓷質(zhì)**、污積、低值和零值是造成絕緣子出現(xiàn)故障的主要原因。
7．互感器的紅外熱圖
互感器分為：電流互感器和電壓互感器。它們一般出現(xiàn)如下故障：絕緣故障、線圈和鐵芯故障、內(nèi)連接故障和缺油。
8．發(fā)電機(jī)的紅外熱圖
發(fā)電機(jī)一般出現(xiàn)的故障為：定子鐵芯絕緣缺陷、定子線棒接頭和電刷和集電環(huán)接觸**。
9．電力電纜和導(dǎo)線的紅外熱圖
Ÿ 電力電纜的故障分類
電纜頭三相出線接頭**引起的導(dǎo)流過熱故障、內(nèi)部接頭接觸**引起的導(dǎo)流過熱故障、電纜頭局部絕緣故障、電纜出線套管的故障等等。
Ÿ 導(dǎo)線故障
導(dǎo)線質(zhì)量**、絕緣故障。
10．隔離開關(guān)的紅外熱圖
隔離開關(guān)的故障分類：瓷柱表面污積、瓷柱裂縫、絕緣劣化和隔離接觸**。
11．高壓輸電導(dǎo)線和壓接管的紅外熱圖
高壓導(dǎo)線和壓接管出現(xiàn)故障一般原因是：接頭接觸**。