Avio(NEC) 紅外熱成像儀 建筑節能領域專家
Avio(NEC)紅外熱成像 建筑節能領域專家
一、紅外熱像儀
1、原理
紅外熱像儀是利用紅外探測器和光學成像物鏡接受被測目標的紅外輻射能量分布圖反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的溫度場相對應。紅外熱成像系統可以探測物體各部分輻射能量的大小并將其用圖象表示出來，熱成像技術是通過物體表面溫度場的不同進而評估其狀態的技術。
2、技術特點
建筑工程紅外熱像檢測用的紅外熱像儀，應能檢測被測目標物表面的溫度并生成熱圖像，應能采集到所視區域內的紅外信息進而測量并及時顯示表面溫度分布圖像：
1）、建筑領域有其應用的特殊性，產品的主要技術參數：①、工作波段：8.0-14.0um;②、測溫范圍：-20—100℃（嚴寒地區-40—100℃）；③、準確度：±2%；④、溫度分辨率≤0.08℃；⑤、熱像儀像素：≥320×240像素；⑥、探測器:氧化釩晶體或非晶硅晶體材料；⑦、空間分辨率：配合適當光學鏡頭，可滿足相關的檢測要求；⑧、溫度穩定性：能連續工作100min以上；⑨、環境溫度影響:應能保證測溫的準確度；⑩、測溫一致性：測溫一致性性的值應不超過±0.5℃ 。
2）、紅外熱像儀的核心部件是其探測器，探測器的類型直接決定了紅外熱像儀的使用效果和壽命，目前世界上**的產品普遍采用氧化釩晶體探測器，此探測器測溫視域為1，溫度測量**到1個像素點，可以更**的定位小的異常溫度點，而一些低端產品則采用的是法國的多晶硅體傳感器，測溫視域為9，即每點的溫度基于3×3個像素點；氧化釩探測器的長時間工作測溫穩定性高，溫度漂移很小，更加適用于較遠距離測試，使用壽命長，為傳統探測器壽命的兩倍；
3）、工作波長對紅外熱像儀的使用效果影響顯著，大氣的消光作用與波長相關，有明顯的選擇性。紅外在大氣中有三個波段區間能基本完全透過，我們稱之為大氣窗口，分為近紅外（0.76～1.1um），中紅外（3～5um），遠紅外（8～14um）。在相當一部分紅外熱像儀的拍攝對象中，大部分的溫度較低，集中在300K～600K(27℃～327℃)左右，在這一溫度區間內，根據紅外基本定律（普朗克定律）可以推導出，對象發射的紅外輻射信號，在遠紅外8～14um區間內所占的百分比大，并且輻射對比度也大。因此，紅外熱成像儀器的工作波長一般為8～ 14um。
二、使用現狀
NEC紅外熱成像儀相對于電力、石化、氣象和醫療紅外檢測技術的應用，土木建筑工程領域采用紅外熱像法起步較晚。但隨著紅外技術及計算機技術的發展，紅外熱像技術在土木建筑無損檢測方面將具有廣闊的應用前景，由于它所具有的獨特優點，能補充傳統檢測手段的不足，將有效地提升土木建筑工程質量檢測技術水平。目前紅外在建筑領域使用的規范主要是由上海市房地產科學研究院主編的《紅外熱像法檢測建筑外墻飾面層粘結缺陷技術規程CECS204：2006》、《建筑圍護結構節能現場檢測技術規程》以及上海市建筑科學院主編的《建筑工程紅外熱像檢測方法》。
1、應用
1）房屋質量缺陷
在混凝土建筑物的施工及使用過程中，往往會形成一些缺陷和損傷，造成這些缺陷和損傷的原因是多種多樣的，如：因施工原因導致的混凝土結構內部空洞、不密實區、蜂窩及保護層不足、鋼筋外露等；因溫差、不均勻變形等產生的溫度裂縫、變形裂縫等；因腐蝕介質或凍融作用產生的由表及里的層狀疏松以及一些受力裂縫等。這些缺陷和損傷往往會嚴重影響建筑物的承載能力和耐久性。紅外熱像儀可以方便地檢測建（構）筑物的上述質量缺陷。相對于建（構）筑物某一構件或某一區域，正常情況時，整個構件表層發生的紅外熱輻射應是均勻一致，反映在紅外熱成像上，相應區域的顏色是單一均勻的，不存在明顯的顏色差異，也就是說，不存在明顯的色彩異常區；當非正常時，如構件存在有空洞、不密實區、蜂窩等缺陷時，在這些部位，由于直接改變了構件表面與內部的熱導通性，因此會存在相對于正常部位的紅外輻射異常。在這種情況下，紅外熱能圖片上反映的顏色非單一均勻，不同熱輻射條件的構件表面對應不同的顏色（色彩異常）。紅外處理熱能圖片上的顏色異常區，通過與可見光數碼照片的比較判斷，可以直觀明了地看到異常區在實際構件的位置。
2）滲漏檢測
建（構）筑物墻面、屋面及各種管道在使用過程中因各種因素導致的開裂、斷裂而造成滲漏等缺陷均可用紅外熱像儀進行檢測，而且方便、快速、可大面積檢測，而有時人工目測卻找不出問題所在。如果建筑物表面深層相對于周圍的材料表現出熱或涼，則其表面的溫度也相應地表現出熱或涼，借助紅外熱像儀可探測出這一深層熱或涼的位置。如地下管道隔熱層斷裂，那么，在表面將會產生熱點，用熱像儀可直接測得；管道熱水泄漏浸透周圍區域，使區域導熱性增加，從而使周圍溫度比無泄漏干燥區溫度高，據此可探測泄漏部位，可以避免不必要的開挖過程，節省費用。
3） 外墻飾面質量檢測
飾面磚材料施工粘結質量對人們的**有很大影響，傳統檢測手段不能明確、**地反映出飾面磚粘結工程的內在質量，且耗時耗力，而紅外熱成像檢測方法則不需要腳手架，其可通過檢查外墻飾面磚表面溫度分布，判別飾面磚粘貼質量，即可避免危險作業，又可以快速無接觸、大面積掃描建筑飾面磚，從而正確評定飾面磚是否空鼓及空鼓范圍，對于建筑物外墻檢測技術的研究和發展具有重要價值，對建筑物外墻的維護修繕，避免意外惡性事故的發生具有重要的實際應用價值和良好的社會效益和經濟效益。
墻體結構有很大的熱容量，如混凝土或磚砌體結構的主體，在正常情況下，外表面的溫度比結構材料的溫度高時，熱量會由外墻飾面傳遞給結構墻體材料。當外墻飾面板（磚）的溫度比結構材料的溫度低時，則熱量會反向傳遞。當外墻飾面板（磚）產生空鼓時，在其空鼓的位置就會形成很薄的空氣層，由于空氣層具有很好的隔熱性能，因此，有空鼓的外墻板（磚）在日照或外氣溫發生變化時，空鼓部位的溫度就會比正常墻體的溫度變化大。一般說來，日照時外墻板（磚）表面溫度會升高，空鼓部位溫度比正常部位的溫度要高；當外表面日照減少或氣溫降低時，與上述情況正好相反。因此，若外墻存在脫落、空鼓等粘結缺陷部位，在紅外熱像圖上將表現為“熱斑”或“冷斑”，其檢測結果直觀、可靠，分析外墻的紅外熱像特征圖譜，并對其進行理論計算，即可確定外墻的粘結質量。
此外，利用NEC紅外熱成像儀技術亦可對建筑節能系統的缺陷進行檢測，如建筑玻璃幕墻、門窗保溫隔熱性的檢測等，國家行業標準《采暖居住建筑節能檢驗標準》（JGJ132-2001）已明確規定建筑物圍護結構熱工缺陷宜采用紅外攝像法進行定性普查檢測，并作出了具體檢測規定。
4）地下結構和道橋工程中的應用
在公路隧道、地鐵隧道、地下室、地下車庫、地下商場等各類地下工程中，由于設計、施工、選材、地質條件以及人為或自然災害等因素，導致已運營的地下工程常常發生滲漏現象，若不進行及時治理，必將影響工程使用功能、影響結構耐久性甚至會影響到地下結構的**。我國及地方也先后出臺了多部規范如《地下工程防水技術規范》(GDJl08－87)、《地下鐵道設計規范》(GB5015－92)、《公路隧道設計范》及《盾構法隧道防水技術規程》（DBJ08-50-96）等均對地下工程的防水要求作了各自不同程度的規定。對于運營的地下工程，應定期檢測其圍護結構的內墻、底板和頂板等有關滲漏水、漏泥、裂縫、結構局部破壞及鋼筋銹蝕等狀況，為地下工程的修繕提供依據，同時為地下工程更加科學合理的設計、施工、選材等提供基礎資料。
在道橋工程中，因路面厚度設計、基層、路面窨井及管線、混凝土質量、橫向縮縫、溫差及交通荷載等各方面的影響，導致瀝青路面產生的各種缺陷如龜裂、塊裂、縱裂、橫裂、坑槽、沉陷、車轍、波浪擁包、修補**等，水泥路面產生的破碎、裂縫、板角斷裂、錯臺、唧泥、邊角剝落、接縫料損壞、坑洞、修補損壞、拱起和層狀剝落等缺陷，以及橋梁開裂、破損和路面積水等均可利用紅外熱像技術進行普查，為道橋養護、維修與加固提供可靠依據。同時，檢測結果易于長久儲存，反復調用，便于建立檢測檔案資料。
5） 紅外熱像儀檢測影響因素探討
一般而言，NEC紅外熱成像儀紅外熱像檢測技術會受熱源、缺陷狀況、環境、成像角度等因素影響。
（1）日照越強，即單位時間內目標物表面接受熱量越多，則目標物表面溫度上升，同時溫差也增大，缺陷越容易辨別。因此，要明顯易辨紅外熱像中的缺陷分布，需要外部熱源比較強烈，如日照較強時，有利于缺陷的分辨，而日照不強或陰天時，較難準確辨別缺陷。
（2）缺陷狀況如缺陷大小、缺陷厚度、缺陷埋深、充填物等對紅外熱像結果均有不同程度影響。一般而言，缺陷大的地方容易從熱成像圖上看出，且溫度明顯較高；缺陷越厚，使得熱傳導率越小，缺陷處表面溫度越高，導致溫差增大，在熱成像圖上越易識別；空鼓埋置越淺越易測得；充填物為水時，導致熱容量增幅較大，溫度降低，將比完好部分溫度低，在熱成像圖上將呈現“冷斑”等。
（3）周圍環境對成像結果影響較大。若墻體邊緣附近有高溫物體存在時，會影響靠近高溫物體的建筑物表面的溫度，一般顯得溫度較高。因此拍攝時應盡量避開周邊建筑物的反射、天空的反射、陽光的反射、樹木遮擋等不利影響。
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