近年来，工程师和研发专家热衷于将红外热像仪运用于广泛的应用领域中，包括工业研发、学术研究、无损检测(NDT)和材料检测，以及国防与航空航天等。但是，并非所有打造的红外热像仪均具有同等的品质功能，或者可用于一些专门的应用。譬如，如要获得精确的测量值，则需要配备高速定格动画功能的先进红外热像仪。

工业自动化应用红外热像仪堪称功能强大的独创性工具。借助一款此类红外热像仪，你可以在设计阶段及早发现问题，以便在发展成更为严重且维修代价高昂的故障之前，将其记录在案并予以纠正。

应用于工业自动化的红外热像仪

红外热像仪采用热辐射，不会被人眼所察觉，同时还可转化为描绘某个目标物或场景中热量变化的可见光图像。所有温度高于绝对零度的物体均会放射热能，热能中则含有部分电磁波谱，而且辐射量会随着温度的上升而增加。

制冷式和非制冷式红外热像仪

自动化应用的红外热像仪系统拥有大量选择。因此，我们经常听到这样的问题：“我应该使用制冷式还是非制冷式红外热像仪系统？

哪种系统更具有成本效益？”事实上，如今市场上售有两种类型的红外热像仪系统：制冷式和非制冷式系统。这两种类型的系统的组件成本大相径庭，因而决定选择哪种系统则变得极为重要。

制冷式红外热像仪

先进的制冷式红外热像仪配有集成低温制冷机的成像传感器。

这是一款可将传感器温度降低至制冷温度的设备。为了将热致噪声降至场景成像发出信号的噪声之下的水平，传感器温度的下降必不可少。制冷机配有活动部件，旨在最大程度弥补随着时间推移而磨损的机械公差，以及填补缓慢溢出气封的氦气。

制冷式红外热像仪是最敏感型红外热像仪，可探测物体间最细微的温差。它们会在光谱中波红外(MWIR)波段和长波红外(LWIR)波段成像中产生，其间，热对比度因黑体物理学作用变得较高。热对比度是指信号变化相对于目标温度变化。热对比度越高，借助其温度不可能与目标物差异太大的背景探测目标物则越容易。 

非制冷式红外热像仪

非制冷式红外红外热像仪是一款其中配备的成像传感器无需低温制冷的红外热像仪。常见的探测器设计基于红外探测器，这是一款拥有较大硅元素温度测量系数的小型氧化钒电阻器，测温表面积较大、热容量低，以及热绝缘效果佳。场景温度变化会导致红外探测器温度变化，从而将转化为电信号，并经过处理产生图像。非制冷式传感器用在长波红外(LWIR)波段中，在该波段中，地面温度目标放射出最多的红外能。相比制冷式传感器，非制冷式传感器的制造步骤更少，产率更高，真空包装成本更低，而且非制冷式红外热像仪无需极其高昂的低温制冷机设备。非制冷式红外热像仪配有较少的活动部件，在类似的工作条件下，其往往较制冷式红外热像仪具有更长的使用寿命。

用于研发应用的制冷式红外热像仪

非制冷式红外热像仪展现的优势带来了两难的问题：研发/科学应用最好什么时候使用制冷式红外热像仪？答案是：取决于应用需求。

图 1

制冷式红外热像仪拍摄的转动轮胎图像

  非制冷式红外热像仪拍摄的转动轮胎图像

如果你想要发现微小的温差变化，需要最优的图像质量，拍摄快速移动或发热目标；如果你需要看清热变化过程，或者测量极小目标的温度；如果你希望在非常明确的电磁波谱部位可见热对象；抑或你希望将红外热像仪与其他测温设备同步工作，制冷式红外热像仪则是你的首选仪器。

制冷式红外热像仪拍摄的电路板图像          非制冷式红外热像仪拍摄的电路板图像

速度

制冷式红外热像仪的成像速度快于非制冷式红外热像仪。高速热像成像的曝光时间可达到微秒，能够停止动态场景的表观运动，并可捕获每秒62,000帧以上的帧速率。其应用包括热分析和动态分析高速产线品质检测、汽车轮胎或点焊等。

制冷式红外热像仪具有极快的响应速度，并充分利用全域快门优势。这意味着它们能够同时读出所有的像素，而并非如非制冷式红外热像仪一样逐行读取，从而使制冷式红外热像仪能够捕获清晰的图像和对移动物体进行测温。

图1中的红外图像为轮胎在20mph转速下的捕获结果比较。上图采用制冷式红外热像仪拍摄。有人可能会认为轮胎不在转动，但是这确实是制冷式红外热像仪以极快捕捉速率拍摄的结果，这种速率让轮胎的运动瞬间停留。非制冷式红外热像仪的捕捉速率太慢，因而导致无法捕捉转动的轮胎，进而造成轮辐看起来是透明状且模糊不清（见下图）。此时，模糊不清的图像无法进行精确测温。

空间分辨率

制冷式红外热像仪通常拥有比非制冷式红外热像仪大得多的放大率，因为它们检测较短的红外波长。由于制冷式红外热像仪具有较高的灵敏特征，配备较多光学元件或较厚光学元件的镜头可供使用，且不会降低信噪比，从而实现更佳的放大性能。

灵敏度

通常，我们很难完全体会制冷式红外热像仪改进的灵敏度产生的价值。相比20mK热灵敏度的制冷式红外热像仪，你如何感觉到50mK热灵敏度的非制冷式红外热像仪的好处？为了有助于说明这一点，我们进行了一次快速灵敏度实验（见图3）。比较中，我们将手放在墙上几秒，以产生热手印。

图 3

  制冷式红外热像仪拍摄的手印在墙上的初始图像 

非制冷式红外热像仪拍摄的手印在墙上的初始图像

制冷式红外热像仪拍摄的手印在墙上2分钟后的图像

非制冷式红外热像仪拍摄的手印在墙上2分钟后的图像

图 4

不带火焰光谱滤波器的制冷式红外热像仪拍摄的图像

带火焰光谱滤波器的制冷式红外热像仪拍摄的图像

图 5

两次抛扔相同硬币时，同时触发红外热像仪，你每次都会看到物体处于相同的位置。

前两张图为手移开后立即显示的情况。第二行的两张图像显示了2分钟后的手印热痕迹。制冷式红外热像仪依旧能够看清大部分的手印热痕迹，而非制冷式红外热像仪只显示部分保留的手印。相较于非制冷式红外热像仪，制冷式红外热像仪可清晰探测更小的温差和保持物体痕迹更长的时间。这意味着制冷式红外热像仪提供更佳的目标细节，帮助你探测甚至最微小的热异常。

光谱滤波

制冷式红外热像仪最大的优势之一是能够轻松进行光谱滤波，以便侦测细节和测温，而这两点采用非制冷式红外热像仪则难以做到。

在图4所示的第一个示例中，我们使用了光谱滤波器，将其置于镜头后的滤波器支架内或者内置在杜瓦探测器组件内，以便让火焰完整成像。过去，终端用户希望测量和表征火焰内的煤颗粒的燃烧现象。借助“看穿火焰”的光谱红外滤波器，我们对制冷式红外热像仪进行了光谱波段滤波处理，在该波段中火焰为穿透式，因而我们能够对煤颗粒进行成像。第一张图为不带火焰滤波器拍摄的图像，我们看到的都是火焰本身。第二张图为带火焰滤波器拍摄的图像，我们能够清晰地看清煤颗粒燃烧情况。

同步

精确的红外热像仪同步和触发功能使红外热像仪成为高速、高热灵敏度应用的理想之选。通过快照模式工作，FLIR A6650能够同步捕捉热活动中的所有像素。这对于监测快速移动物体时尤其重要，在这种时候，标准的非制冷式红外红外热像仪会使图像变得模糊。

图5中的图像即是良好的示例。在该例中，我们扔下一枚硬币，并通过传感器触发红外热像仪拍摄图像。两次抛扔相同硬币时，同时触发红外热像仪，你每次都会看到物体处于相同的位置。借助非制冷式红外探测器红外热像仪，你根本无法捕获硬币，因为其无法触发此类型探测器。如果不走运的话，图像可能模糊不清。

本文由FLIR公司赞助提供,Flir公司是行业领先的红外热像仪制造商:

FLIR红外热像仪可用于实时捕获和记录热分布和热变化，有助于工程师和研究人员看清并精确测量设备、产品和工艺过程中的发热方式、热耗散、热泄漏以及其他温度因素。其中部分红外热像仪可区分细微至0.02℃的温度变化。它们均搭载了先进的探测技术和高级数学算法，以实现高性能，以及在-80℃至+3000℃之间精确测温。研发用红外热像仪系列整合了极高的成像性能和精确的测温功能，并配备强大的分析报告工具和软件，从而造就其成为范围广泛的研究、热试验和产品验证应用的理想之选。

高性能A6650制冷式红外热像仪在红外中波波段中具有超快速、超灵敏性能，红外热像仪在富有挑战性的环境中提供卓越的测温能力，可实现快速运动和热事件、较广的测温范围、较小的振幅现象、多光谱分析或对极小物体的评估。

配备制冷式探测器的红外热像仪可在快速移动活动中产生清晰的热图像。

FLIR A6650是一款配备制冷锑化铟 (InSb) 探测器的紧凑型红外热像仪，价格极为经济实惠。

FLIR还提供各种非制冷式红外热像仪，包括入门级台架试验套件和像FLIR A615一样的高端系统。专用镜头和软件将让您的红外热像仪解决方案满足特定的应用。

FLIR A615 非制冷式研发用红外热像仪具有较高的分辨率，产生的图像中的小光斑尺寸可获得精确结果和可靠的测温精确度。