相信很多菲粉們都知道，使用熱電偶或點溫儀測得的熱量并不能完全反映設(shè)備的熱屬性。傳統(tǒng)的測量方法無法提供能全面描繪高速熱應(yīng)用的分辨率與速度。但是，紅外熱像儀能捕獲數(shù)千個高速熱測量值，精確顯示熱源與擴散趨勢。選擇合適的紅外熱像儀，您可以搜集到可靠的測量值、生成具有說服力的報告，為研究工作提供可靠的數(shù)據(jù)。

1、紅外熱像儀的類型

目前，紅外熱像儀大體可分為兩類：一類是高性能制冷型光子計數(shù)紅外熱像儀，另一類是經(jīng)濟實惠的非制冷型微測熱輻射計紅外熱像儀。

現(xiàn)今市面上的大多數(shù)制冷型熱像儀采用銻化銦(InSb)探測器。制冷型紅外熱像儀通過對特定波段（通常為介于3-5μm的中波紅外波段）內(nèi)能量的光子計數(shù)進行工作。光子撞擊像素，轉(zhuǎn)化成電子并儲存在積分電容器中。像素點以電子的方式，通過斷開或短路積分電容器來控制快門。根據(jù)不同的熱像儀型號，FLIR銻化銦熱像儀掃描-20至350?C物體的積分時間為6ms-50μs。這些極短的積分時間為定格畫面、精確測量每個快速變化的瞬間提供了可能性。

FLIR制冷型銻化銦熱像儀捕獲的“黃蜂”戰(zhàn)斗機的定格圖像，一個傳統(tǒng)熱電偶的熱圖像

與制冷型熱像儀相比，非制冷型熱像儀成本更低、質(zhì)量更輕、功耗更小。非制冷熱像儀像素點采用特定材料制成，其電阻可隨溫度的變化發(fā)生明顯變化。常見材料為：氧化釩或非晶硅。當熱能聚焦于像素點時，像素點會隨之升溫或冷卻。因像素點的電阻隨著溫度的變化而變化，其大小可測量，能通過校準操作映射回目標溫度。由于像素點有限定質(zhì)量，因此它們有相應(yīng)的熱時間常數(shù)?，F(xiàn)今基于微測輻射熱計熱像儀，其時間常數(shù)一般為8-12ms。但這并不意味著像素點能在8-12ms內(nèi)立即響應(yīng)，并提供精確結(jié)果！一般經(jīng)驗是：處理躍階輸入信號的一階系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)的所需的時間是時間常數(shù)的5倍。

2、時間常數(shù)和思維實驗

為了探討微測輻射熱計探測器的響應(yīng)時間，我們來打一個有趣的比方，假想有兩桶水：一桶是裝滿已攪拌均勻的0℃冰水，另一桶是100?C快速沸騰的沸水。讓微測輻射熱計探測器先對準冰水，然后瞬間切換到沸水(100?C的躍階輸入)，記錄這一過程的測溫結(jié)果。如果我們將10ms的熱時間常數(shù)轉(zhuǎn)換成一半時間以便于計算，我們得到的值大約為7ms。

從0°C過渡到100°C的系統(tǒng)響應(yīng)，tau=10ms，一半時間=7ms

我們來看微測輻射熱計探測器紅的報告結(jié)果，在7ms(即一個減半時間)時溫度為50?C，2個減半時間時溫度為75?C，3減個半時間時溫度為87.5?C等。如果我們嘗試以100幀/秒或在10ms時讀出溫度，結(jié)果會怎樣？熱像儀的讀數(shù)為63?C，產(chǎn)生了37?C的誤差。熱像儀會精確報告像素點的溫度，但是像素點尚未達到正檢測的場景的溫度。一般說來，如果將非制冷型微測熱輻射計的幀頻設(shè)置為30幀/秒以上時，結(jié)果毫無意義！

3、真實數(shù)據(jù)

案例一：

我們來討論一下打印過程，此過程需要將打印紙加熱至60?C。打印紙繞著顯影輥輸出的速率為127厘米/秒，且在橫向、縱向溫度必須均勻。

打印紙離開加熱輥的熱圖像

使用制冷型光子計數(shù)熱像儀與非制冷型微測熱輻射計熱像儀捕捉每邊的數(shù)據(jù)。

銻化銦探測器與非制冷型微測輻射熱計探測器在測量熱瞬時事件中的性能對比