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红外热像仪在建筑搂宇的多种应用

2008-04-08 10:56
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    红外热像仪

    红外热像仪是光机电为一体的高科技产品,其技术已成为全世界普遍关注的热门产业技术,由于作为红外热像仪关键性技术的红外探测器及技术(图1a)取得长足进展,特别是非制冷红外焦平面阵列技术取得突破,实现了非制冷红外焦平面阵列热像仪成为小型化低成本应用的主流。
    由于红外焦平面阵列技术的日趋成熟和全球范围的激烈竞争,如今国内外非制冷焦平面探测器的热成像仪的种类与规格的产生如雨后春笋,这些热成像仪无论是热参数、光学/红外、控制、操作、电气与价格等性能指标及功能各有特点,值此以FlUKE Ti30热像仪为例在建筑行业诊断应用上作介绍, FlUKE Ti30热像仪(图1b)的主要参数指标如下:
    探测器类型是120X160非制冷焦平面;温度显示分辨率为0.1(oF 或℃);温度范围-10至250℃(14至482oF);精度±2%或±2℃(在-10~0℃时的精度±3℃);重复性±1%或±1℃(±2oF); 操作环境温度 -10至50℃;光学分辨率90:1;图像帧频20Hz ;储存能力100张图像;热分析软件InsideIR(内含)。

    非制冷焦平面热像仪基本工作框图示于图1(c)。
    在图1(c)所示的桥式电路中,Rl为内置探测器,R2为工作探测器,R3、R4是桥式平衡电路的标准电阻,E是取样电压信号。R1和R2两个探测器的位置摆放很近,R1被屏蔽不露,而作为工作探测器的R2必须暴露在外以接收红外辐射。当工作探测器没有外来辐射照射时,电桥电路保持平衡,则没有电压信号输出,此时E=0;而当红外辐射照射到工作探测器时将使R2的温度变化,从而引起该探测器的电阻阻值随温度变化,把桥式电路的平衡打破,使信号输出电路的两端产生电压差的两端产生电压差,则有电压信号输出。
    当然, 非制冷焦平面热像仪也应与红外图像处理系统联机使用,这样可增加热像仪的测温精度和分析显示功能。
    红外诊断技术是设备诊断技术的一种,它是利用红外技术了介和掌握设备或设施在使用过程中的状态,确定其整体和局部是正常或异常,以早期发现故障或缺陷及其原因,并能预测故障或缺陷发展趋势的技术。从图2 红外诊断技术构成框图,可以看出红外诊断技术的构成有四个技术要素:检出信息(特征参量红外幅射信息的检出)、信号处理、识别评估和预测技式。据此,可以认为具有红外诊断技术特征的热像仪是最佳预防性和诊断解决方案的理想选择。

    于是红外诊断技术在工厂可对于各种设备进行温度分布的检查,如马达轴承、管道的热渗和耐火材料的热绝缘性等;在电厂、电网和供电公司可以检测到发电机、变电站、电网传输、配电等各种设备或部件的发热状况;在研发场合可用于检查电子元件和各种部件的温度,如各种集成IC和汽车各个部件的热评估测试等。
    下面就红外热成像技术在建筑搂宇的多种应用作重点分析介绍。

    红外热像仪在建筑楼宇行业中的应用

    红外热像仪通过测量建筑结构的表面温度,即可通过这种非接触的方式来检测外墙的剥离、空鼓状况或评估热绝缘性能。其内置的可见照相机可以方便的查出存在问题的区域和位置。
    如今,建筑师和建筑公司正面临着各种新型材料和越来越短的完工时间等问题。针对气密性和隔热等进行的有效规划、检测以及报告的要求越来越严格,并应该尽量避免因霉菌滋长或过于潮湿而引起的有损健康的生活环境。红外热像仪可以提供重要的信息,从而避免冗长且成本高昂的维修工作。
    此外当房屋所有者与保险公司涉及房屋财产理赔时,清晰可见的红外图像可以作为有效证朋,并有助于对需要修复的区域作合理方案。

    查找渗漏点

    红外热像仪是可用于快速寻找和检查管道泄漏的检测工具,也可以用来检测铺设在地板或石膏板下面的水管。红外热像仪可以容易地探测到通过表面进行辐射的管道热量的真实情况。
    一个典型的实例是寻找地板加热系统发生渗漏的位置。在红外热像仪的帮助下,加热系统的渗漏点可以被检修人员发现并及时维修。精确确定渗漏点位置可以避免不必要的开挖过程,节省开支。图3(a)为地板下的加热系统, 图3 (b)为地板下的加热系统的渗漏点。

    检测楼宇结构

    红外热像仪是寻找楼字缺陷最快捷的有效检测工具。它可以用来检测建筑结构的合格情况,并能够将热量损失、潮湿和空气泄露等各种问题快速转化为可见的彩色热图像(见图4(a)(b)(c)),其4a为没有密封的窗户,图4b为隔热不良的窗帘,图4c为室内密封不严的区域。

    房屋干燥

    为了加快楼字的干燥过程,通常需要使用干燥设备。干燥设备生成的热量能够蒸发墙壁和其他区域的水份。仍然潮湿的区域可以被红外热像仪方便地加以检测,并在红外图像中以“冷点”形式出现。

    能量损失的可视化改善楼宇的隔热性

    热梯度不仅能够显示房屋内能量损失的位置,还可以导致周围空气中水份的冷凝或沉积,因此,在这些区域将滋生霉菌,从而影响居住者的身体健康。红外热像仪能够快速找到这些问题(见图5(a)(b))。

    二次规划和质量保证

    红外技术不仅适用于二次规划,也同样可用于楼房的质量保证和日常检测。从施工干燥的热图像中,我们可以看到干燥过程的进展,从而采取必要的措施来加速干燥过程。如果通过红外热像仪来加快干燥过程,并且通过红外图像加以验证,表明房屋已经完全干燥,这意味着能够更快地向业主交房,同时,也意味着建筑商能够获得更大利益。

    检测空气泄露点

    用于检测空气泄露点的常用方法是通过检测空气交换率并采用一种被称为“风门”的检测过程。在该过程中,房屋内会产生负压。此时,室外的压力大于室内的压力,因此,空气将会从密封不严的区域进入。红外热像仪能够快速检测到流动的气流,密封不严的区域就可以很方便地被加以识别,并且在完成下一步工序之前解决问题,从而避免由潜在的施工问题变成花费昂贵的棘手问题(见图6(a)(b))。

    寻找屋顶渗漏点
  
    对屋顶渗漏系统进行评估也是红外热像仪常见的应用之一。水蓄热的时间比正常屋顶材料蓄热的时间长,当屋顶在夜间冷却下来后,有水的区域由于其温度比其他区域高,因此,可以轻松被红外热像仪检测出来:仅仅修理屋顶的渗漏区域而不用更换整个屋顶大大节省了成本.图7(a)为渗漏在屋顶的水, 图7(b) 为潮湿天花板表明屋顶发生渗漏。

    建筑翻新

    红外热像仪还可以对楼字和古建筑的翻新工程提供非常有价值的信息。被灰泥掩盖的建筑框架在红外图像中变得清晰可见。它还可以用来判断裸露的框架是否有用。红外热像仪可以对早期墙壁灰泥脱落的具体位置进行检测,及时有效地采取保护的措施。图8(a)为处于灰泥下的建筑框架, 图8(b) 为墙壁内部结构。

    防火就是保护生命

    在红外热像仪的帮助下可以很容易地发现烟囱和排气系统中产生的裂缝、泄漏接缝以及石材松动等情况。过热的位置有可能引起烟囱内部火焰,并可以立即通过红外图像进行肉眼识别。因楼房过于靠近高温加热区域和排气区而引起火灾的危险也可以立即加以识别,图9为有裂缝品烟囱图。

    加热、通风和空调

    室内温度对我们的健康以及工作效率的发挥具有相当大的影响。办公室内的疾病多数是由于房间温度过低或温度不当引起的。红外热像仪可以对空调、散热器或通风系统的功能提供重要的信息。工作环境可以通过红外信息加以优化,从而避免不良的工作环境。

    避免霉菌侵袭

    霉菌会损坏建筑物结构,如果在生活或办公区域内存在霉菌,还将带来健康危害和过敏症状。在外界空气的水分能够形成露滴的潮湿区域是最适宜真菌生长和快速聚殖的先决条件,墙壁、墙纸和油漆中的矿物质是霉菌的最佳滋生地。带有特殊的露点用可视化功能软件的红外热像仪作自动进行检测,并对问题区域进行颜色报警、在检测现场便可早期识别潜在问题。
  
    结语

    应该说红外热像仪是—款轻便小巧、操作简便的预防性和诊断红外高性能热像仪。只须简单地扣动扳机,便可以得到高质量的热像。
    作为用红外诊断技术的热像仪还应在以下几方面的功能上进一步提高:
    ·扩展的预维护程序,即可使工厂热分析专业人士管理一个更庞大的红外预维护程序,并将检测计划的职责分配到相关设备的人员,如负责检测电气设备和机械设备的人员。
    ·易学易用,即具有简洁的单层菜单设置,无需进入复杂的多层菜单;在自动模式下仪器自动调整增益和热级值,也可将其转为手动模式以适应不同的测量需要;扣动扳机后,图像定格,然后选择存储或是不存储图像;可随意更改诸如激光瞄准、温度单位、陶色板、液晶屏背帚光和测量模式等设置。
    ·强大而灵活热分析软件
    能使维护人员够快速简单地拍摄高质量的红外热图。热像仪收集的应在19200个像素点以上,每一个像素点采用的是12位的分辨率。这使得现场人员能够准确的定位、聚焦和拍摄。一幅拍摄合理,调焦良好的热图可以使在办公室里通过软件进行后期的分析。
    在热像仪扫描中或是在软件中可以调整:调色板设置、发射率、反射背景温度值与增益和热级。
    ·为设备维护人员提供通用的解决方案:高性能适合于专业人士,简单易用适合于初学者;可以在现场调整关键参数(发射率、RTC、温度热级或增益),也可以事后在办公室里通过软件调整;大尺寸的液晶屏LCD显示,使得图像无论是在室内还是室外部很清晰。

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