Avio(NEC) infrared thermal imager expert in the field of building energy efficiency

Avio(NEC)红外热成像 建筑节能领域专家

一、红外热像仪
1、原理
红外热像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的温度场相对应。红外热成像系统可以探测物体各部分辐射能量的大小并将其用图象表示出来，热成像技术是通过物体表面温度场的不同进而评估其状态的技术。
2、技术特点
建筑工程红外热像检测用的红外热像仪，应能检测被测目标物表面的温度并生成热图像，应能采集到所视区域内的红外信息进而测量并及时显示表面温度分布图像：
1）、建筑领域有其应用的特殊性，产品的主要技术参数：①、工作波段：8.0-14.0um;②、测温范围：-20—100℃（严寒地区-40—100℃）；③、准确度：±2%；④、温度分辨率≤0.08℃；⑤、热像仪像素：≥320×240像素；⑥、探测器:氧化钒晶体或非晶硅晶体材料；⑦、空间分辨率：配合适当光学镜头，可满足相关的检测要求；⑧、温度稳定性：能连续工作100min以上；⑨、环境温度影响:应能保证测温的准确度；⑩、测温一致性：测温一致性性的值应不超过±0.5℃ 。
2）、红外热像仪的核心部件是其探测器，探测器的类型直接决定了红外热像仪的使用效果和寿命，目前世界上**的产品普遍采用氧化钒晶体探测器，此探测器测温视域为1，温度测量**到1个像素点，可以更**的定位小的异常温度点，而一些低端产品则采用的是法国的多晶硅体传感器，测温视域为9，即每点的温度基于3×3个像素点；氧化钒探测器的长时间工作测温稳定性高，温度漂移很小，更加适用于较远距离测试，使用寿命长，为传统探测器寿命的两倍；
3）、工作波长对红外热像仪的使用效果影响显著，大气的消光作用与波长相关，有明显的选择性。红外在大气中有三个波段区间能基本完全透过，我们称之为大气窗口，分为近红外（0.76～1.1um），中红外（3～5um），远红外（8～14um）。在相当一部分红外热像仪的拍摄对象中，大部分的温度较低，集中在300K～600K(27℃～327℃)左右，在这一温度区间内，根据红外基本定律（普朗克定律）可以推导出，对象发射的红外辐射信号，在远红外8～14um区间内所占的百分比大，并且辐射对比度也大。因此，红外热成像仪器的工作波长一般为8～ 14um。



二、使用现状
NEC红外热成像仪相对于电力、石化、气象和医疗红外检测技术的应用，土木建筑工程领域采用红外热像法起步较晚。但随着红外技术及计算机技术的发展，红外热像技术在土木建筑无损检测方面将具有广阔的应用前景，由于它所具有的独特优点，能补充传统检测手段的不足，将有效地提升土木建筑工程质量检测技术水平。目前红外在建筑领域使用的规范主要是由上海市房地产科学研究院主编的《红外热像法检测建筑外墙饰面层粘结缺陷技术规程CECS204：2006》、《建筑围护结构节能现场检测技术规程》以及上海市建筑科学院主编的《建筑工程红外热像检测方法》。
1、应用
1）房屋质量缺陷
在混凝土建筑物的施工及使用过程中，往往会形成一些缺陷和损伤，造成这些缺陷和损伤的原因是多种多样的，如：因施工原因导致的混凝土结构内部空洞、不密实区、蜂窝及保护层不足、钢筋外露等；因温差、不均匀变形等产生的温度裂缝、变形裂缝等；因腐蚀介质或冻融作用产生的由表及里的层状疏松以及一些受力裂缝等。这些缺陷和损伤往往会严重影响建筑物的承载能力和耐久性。红外热像仪可以方便地检测建（构）筑物的上述质量缺陷。相对于建（构）筑物某一构件或某一区域，正常情况时，整个构件表层发生的红外热辐射应是均匀一致，反映在红外热成像上，相应区域的颜色是单一均匀的，不存在明显的颜色差异，也就是说，不存在明显的色彩异常区；当非正常时，如构件存在有空洞、不密实区、蜂窝等缺陷时，在这些部位，由于直接改变了构件表面与内部的热导通性，因此会存在相对于正常部位的红外辐射异常。在这种情况下，红外热能图片上反映的颜色非单一均匀，不同热辐射条件的构件表面对应不同的颜色（色彩异常）。红外处理热能图片上的颜色异常区，通过与可见光数码照片的比较判断，可以直观明了地看到异常区在实际构件的位置。
2）渗漏检测
建（构）筑物墙面、屋面及各种管道在使用过程中因各种因素导致的开裂、断裂而造成渗漏等缺陷均可用红外热像仪进行检测，而且方便、快速、可大面积检测，而有时人工目测却找不出问题所在。如果建筑物表面深层相对于周围的材料表现出热或凉，则其表面的温度也相应地表现出热或凉，借助红外热像仪可探测出这一深层热或凉的位置。如地下管道隔热层断裂，那么，在表面将会产生热点，用热像仪可直接测得；管道热水泄漏浸透周围区域，使区域导热性增加，从而使周围温度比无泄漏干燥区温度高，据此可探测泄漏部位，可以避免不必要的开挖过程，节省费用。
3） 外墙饰面质量检测
饰面砖材料施工粘结质量对人们的**有很大影响，传统检测手段不能明确、**地反映出饰面砖粘结工程的内在质量，且耗时耗力，而红外热成像检测方法则不需要脚手架，其可通过检查外墙饰面砖表面温度分布，判别饰面砖粘贴质量，即可避免危险作业，又可以快速无接触、大面积扫描建筑饰面砖，从而正确评定饰面砖是否空鼓及空鼓范围，对于建筑物外墙检测技术的研究和发展具有重要价值，对建筑物外墙的维护修缮，避免意外恶性事故的发生具有重要的实际应用价值和良好的社会效益和经济效益。
墙体结构有很大的热容量，如混凝土或砖砌体结构的主体，在正常情况下，外表面的温度比结构材料的温度高时，热量会由外墙饰面传递给结构墙体材料。当外墙饰面板（砖）的温度比结构材料的温度低时，则热量会反向传递。当外墙饰面板（砖）产生空鼓时，在其空鼓的位置就会形成很薄的空气层，由于空气层具有很好的隔热性能，因此，有空鼓的外墙板（砖）在日照或外气温发生变化时，空鼓部位的温度就会比正常墙体的温度变化大。一般说来，日照时外墙板（砖）表面温度会升高，空鼓部位温度比正常部位的温度要高；当外表面日照减少或气温降低时，与上述情况正好相反。因此，若外墙存在脱落、空鼓等粘结缺陷部位，在红外热像图上将表现为“热斑”或“冷斑”，其检测结果直观、可靠，分析外墙的红外热像特征图谱，并对其进行理论计算，即可确定外墙的粘结质量。
此外，利用NEC红外热成像仪技术亦可对建筑节能系统的缺陷进行检测，如建筑玻璃幕墙、门窗保温隔热性的检测等，国家行业标准《采暖居住建筑节能检验标准》（JGJ132-2001）已明确规定建筑物围护结构热工缺陷宜采用红外摄像法进行定性普查检测，并作出了具体检测规定。

4）地下结构和道桥工程中的应用

在公路隧道、地铁隧道、地下室、地下车库、地下商场等各类地下工程中，由于设计、施工、选材、地质条件以及人为或自然灾害等因素，导致已运营的地下工程常常发生渗漏现象，若不进行及时治理，必将影响工程使用功能、影响结构耐久性甚至会影响到地下结构的**。我国及地方也先后出台了多部规范如《地下工程防水技术规范》(GDJl08－87)、《地下铁道设计规范》(GB5015－92)、《公路隧道设计范》及《盾构法隧道防水技术规程》（DBJ08-50-96）等均对地下工程的防水要求作了各自不同程度的规定。对于运营的地下工程，应定期检测其围护结构的内墙、底板和顶板等有关渗漏水、漏泥、裂缝、结构局部破坏及钢筋锈蚀等状况，为地下工程的修缮提供依据，同时为地下工程更加科学合理的设计、施工、选材等提供基础资料。
在道桥工程中，因路面厚度设计、基层、路面窨井及管线、混凝土质量、横向缩缝、温差及交通荷载等各方面的影响，导致沥青路面产生的各种缺陷如龟裂、块裂、纵裂、横裂、坑槽、沉陷、车辙、波浪拥包、修补**等，水泥路面产生的破碎、裂缝、板角断裂、错台、唧泥、边角剥落、接缝料损坏、坑洞、修补损坏、拱起和层状剥落等缺陷，以及桥梁开裂、破损和路面积水等均可利用红外热像技术进行普查，为道桥养护、维修与加固提供可靠依据。同时，检测结果易于长久储存，反复调用，便于建立检测档案资料。
5） 红外热像仪检测影响因素探讨
一般而言，NEC红外热成像仪红外热像检测技术会受热源、缺陷状况、环境、成像角度等因素影响。
（1）日照越强，即单位时间内目标物表面接受热量越多，则目标物表面温度上升，同时温差也增大，缺陷越容易辨别。因此，要明显易辨红外热像中的缺陷分布，需要外部热源比较强烈，如日照较强时，有利于缺陷的分辨，而日照不强或阴天时，较难准确辨别缺陷。
（2）缺陷状况如缺陷大小、缺陷厚度、缺陷埋深、充填物等对红外热像结果均有不同程度影响。一般而言，缺陷大的地方容易从热成像图上看出，且温度明显较高；缺陷越厚，使得热传导率越小，缺陷处表面温度越高，导致温差增大，在热成像图上越易识别；空鼓埋置越浅越易测得；充填物为水时，导致热容量增幅较大，温度降低，将比完好部分温度低，在热成像图上将呈现“冷斑”等。
（3）周围环境对成像结果影响较大。若墙体边缘附近有高温物体存在时，会影响靠近高温物体的建筑物表面的温度，一般显得温度较高。因此拍摄时应尽量避开周边建筑物的反射、天空的反射、阳光的反射、树木遮挡等不利影响。


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