热成像仪器的原理是什么？

热成像仪器的原理是什么？

热成像技术是一种非接触式热量检测技术，它不需要接触被测体，通过红外辐射能够探测被测物体的热信号，从而实现对物体表面温度分布的直观观测。它不仅应用于工业生产，也广泛用于医学、环保、建筑、航空、冶金等多个领域。热成像技术的正规名称为红外热像技术，也被称为热视图技术。

热成像仪器是基于热成像技术的测量工具。它通过利用红外（IR）热辐射的特点，测量目标物体的表面辐射能量进行成像和分析。热成像具有快速、高精度、远距离、非破坏性等优点，因此在许多行业中得到了广泛应用。在此部分中，通过介绍该技术的基本原理来了解热成像仪器的工作原理。

1. 红外辐射的特性

热成像技术的基础是红外辐射。红外线是电磁辐射的一种类型，其波长介于可见光和微波之间（0.78~1000微米）。红外线是由物体把热能转化为辐射而产生的。这些辐射包括热辐射和热对流。

热辐射是物体因温度而向外辐射的能量，其强度随着温度升高而增加。根据普朗克辐射定律，任何热体都会辐射出一定波长范围内的能量，而且该范围的波长分布与热体的温度密切相关。温度越高，波长越短，辐射强度也越高。因此，用特制热成像仪器可探测到红外波长范围内的热辐射，进而分析热辐射的分布变化，获取被测物体表面的温度分布情况。

2. 热成像仪器的结构和工作原理

热成像仪器由多个模块组成，包括光学系统、红外探测器、信号处理系统和图像处理软件。下面着重讲解热成像仪器的重点部分——红外探测器。

红外探测器是热成像仪器的核心部分，主要用于检测物体表面的热辐射，并将其转换成电信号。常用的红外探测器有热电偶、铟锑变阻器、MCT（汞镉镉化物）等。这里以铟锑变阻器为例，介绍热成像仪器的工作原理。

铟锑变阻器是一种半导体敏感元件，其基本原理是根据物理学中的“赖特-碳德转换”电效应，即当辐射作用于半导体导体和半导体P型基底界面时，导体发生热扰动，使电阻值发生改变。该效应可用于红外探测器中，将被测物体的红外辐射转变为电信号，进而被进一步处理和成像。

当被测物体的表面温度发生变化时，其发出的热辐射也会相应变化。红外探测器通过测量物体表面辐射的能量，将其转换为电信号。这些信号由信号处理器进行二次加工，通过软件处理成为可视化的热成像图像。热成像图像中每一个像素代表一个红外探测器所测得的温度值。因此，整个热成像图像对应了被测物体表面温度分布的整体情况。

3. 热成像技术的应用

热成像技术可用于通讯、环境、建筑、基础设施、电气、制造业和医学等领域。下面分别介绍几个应用领域。

（1）医学应用

热成像技术可用于早期乳腺癌检查。乳腺癌细胞的病理生理过程会导致诸如温度不对称、升高或降低等变化。通过红外热成像技术，可将这些表面体征清晰地呈现出来。热成像技术不仅有足够的灵敏度，还能够和其他诊断技术相结合，提高早期发现率和诊断准确性。

（2）环保应用

热成像技术可用于测量大气污染物、水体和土地的温度。通过热成像技术，可实时监测空气温度，从而预测空气质量指数。热成像技术还可以用于IoT网络，实时监测家庭室内外光照、温度和湿度等。它还可以用于监测热污染，为城市规划提供基本数据。

（3）制造业应用

热成像技术对于生产线测试和故障诊断有很大的用途。热成像技术可用于监测大型电机、光学设备、加热和冷却系统和机器故障。因为热成像技术可执行非接触式检测，因此不会损坏设备，可以在线检测，大幅提高生产线效率和准确性。

结论

热成像仪器是一种基于热成像技术的非接触式测量仪器。它主要由光学系统、红外探测器、信号处理系统和图像处理软件等多个模块构成。红外探测器是热成像仪器的核心部分之一，主要负责将被测物体的表面温度变化转化为电信号。热成像技术可用于医学、环保、制造业等多个领域，可以用于监测大气污染物、水体和土地温度，为城市规划提供基本数据和在线生产设备检测。