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

Avio(NEC)紅外熱成像 建筑節(jié)能領(lǐng)域?qū)＜?/span>

一、紅外熱像儀
1、原理
紅外熱像儀是利用紅外探測(cè)器和光學(xué)成像物鏡接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖反映到紅外探測(cè)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(chǎng)相對(duì)應(yīng)。紅外熱成像系統(tǒng)可以探測(cè)物體各部分輻射能量的大小并將其用圖象表示出來(lái)，熱成像技術(shù)是通過(guò)物體表面溫度場(chǎng)的不同進(jìn)而評(píng)估其狀態(tài)的技術(shù)。
2、技術(shù)特點(diǎn)
建筑工程紅外熱像檢測(cè)用的紅外熱像儀，應(yīng)能檢測(cè)被測(cè)目標(biāo)物表面的溫度并生成熱圖像，應(yīng)能采集到所視區(qū)域內(nèi)的紅外信息進(jìn)而測(cè)量并及時(shí)顯示表面溫度分布圖像：
1）、建筑領(lǐng)域有其應(yīng)用的特殊性，產(chǎn)品的主要技術(shù)參數(shù)：①、工作波段：8.0-14.0um;②、測(cè)溫范圍：-20—100℃（嚴(yán)寒地區(qū)-40—100℃）；③、準(zhǔn)確度：±2%；④、溫度分辨率≤0.08℃；⑤、熱像儀像素：≥320×240像素；⑥、探測(cè)器:氧化釩晶體或非晶硅晶體材料；⑦、空間分辨率：配合適當(dāng)光學(xué)鏡頭，可滿足相關(guān)的檢測(cè)要求；⑧、溫度穩(wěn)定性：能連續(xù)工作100min以上；⑨、環(huán)境溫度影響:應(yīng)能保證測(cè)溫的準(zhǔn)確度；⑩、測(cè)溫一致性：測(cè)溫一致性性的值應(yīng)不超過(guò)±0.5℃ 。
2）、紅外熱像儀的核心部件是其探測(cè)器，探測(cè)器的類(lèi)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(chǎn)品普遍采用氧化釩晶體探測(cè)器，此探測(cè)器測(cè)溫視域?yàn)?，溫度測(cè)量**到1個(gè)像素點(diǎn)，可以更**的定位小的異常溫度點(diǎn)，而一些低端產(chǎn)品則采用的是法國(guó)的多晶硅體傳感器，測(cè)溫視域?yàn)?，即每點(diǎn)的溫度基于3×3個(gè)像素點(diǎn)；氧化釩探測(cè)器的長(zhǎng)時(shí)間工作測(cè)溫穩(wěn)定性高，溫度漂移很小，更加適用于較遠(yuǎn)距離測(cè)試，使用壽命長(zhǎng)，為傳統(tǒng)探測(cè)器壽命的兩倍；
3）、工作波長(zhǎng)對(duì)紅外熱像儀的使用效果影響顯著，大氣的消光作用與波長(zhǎng)相關(guān)，有明顯的選擇性。紅外在大氣中有三個(gè)波段區(qū)間能基本完全透過(guò)，我們稱(chēng)之為大氣窗口，分為近紅外（0.76～1.1um），中紅外（3～5um），遠(yuǎn)紅外（8～14um）。在相當(dāng)一部分紅外熱像儀的拍攝對(duì)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(qū)間內(nèi)，根據(jù)紅外基本定律（普朗克定律）可以推導(dǎo)出，對(duì)象發(fā)射的紅外輻射信號(hào)，在遠(yuǎn)紅外8～14um區(qū)間內(nèi)所占的百分比大，并且輻射對(duì)比度也大。因此，紅外熱成像儀器的工作波長(zhǎng)一般為8～ 14um。



二、使用現(xiàn)狀
NEC紅外熱成像儀相對(duì)于電力、石化、氣象和醫(yī)療紅外檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，土木建筑工程領(lǐng)域采用紅外熱像法起步較晚。但隨著紅外技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，紅外熱像技術(shù)在土木建筑無(wú)損檢測(cè)方面將具有廣闊的應(yīng)用前景，由于它所具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，能補(bǔ)充傳統(tǒng)檢測(cè)手段的不足，將有效地提升土木建筑工程質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)水平。目前紅外在建筑領(lǐng)域使用的規(guī)范主要是由上海市房地產(chǎn)科學(xué)研究院主編的《紅外熱像法檢測(cè)建筑外墻飾面層粘結(jié)缺陷技術(shù)規(guī)程CECS204：2006》、《建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》以及上海市建筑科學(xué)院主編的《建筑工程紅外熱像檢測(cè)方法》。
1、應(yīng)用
1）房屋質(zhì)量缺陷
在混凝土建筑物的施工及使用過(guò)程中，往往會(huì)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?qū)е碌幕炷两Y(jié)構(gòu)內(nèi)部空洞、不密實(shí)區(qū)、蜂窩及保護(hù)層不足、鋼筋外露等；因溫差、不均勻變形等產(chǎn)生的溫度裂縫、變形裂縫等；因腐蝕介質(zhì)或凍融作用產(chǎn)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(huì)嚴(yán)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(cè)建（構(gòu)）筑物的上述質(zhì)量缺陷。相對(duì)于建（構(gòu)）筑物某一構(gòu)件或某一區(qū)域，正常情況時(shí)，整個(gè)構(gòu)件表層發(fā)生的紅外熱輻射應(yīng)是均勻一致，反映在紅外熱成像上，相應(yīng)區(qū)域的顏色是單一均勻的，不存在明顯的顏色差異，也就是說(shuō)，不存在明顯的色彩異常區(qū)；當(dāng)非正常時(shí)，如構(gòu)件存在有空洞、不密實(shí)區(qū)、蜂窩等缺陷時(shí)，在這些部位，由于直接改變了構(gòu)件表面與內(nèi)部的熱導(dǎo)通性，因此會(huì)存在相對(duì)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(gòu)件表面對(duì)應(yīng)不同的顏色（色彩異常）。紅外處理熱能圖片上的顏色異常區(qū)，通過(guò)與可見(jiàn)光數(shù)碼照片的比較判斷，可以直觀明了地看到異常區(qū)在實(shí)際構(gòu)件的位置。
2）滲漏檢測(cè)
建（構(gòu)）筑物墻面、屋面及各種管道在使用過(guò)程中因各種因素導(dǎo)致的開(kāi)裂、斷裂而造成滲漏等缺陷均可用紅外熱像儀進(jìn)行檢測(cè)，而且方便、快速、可大面積檢測(cè)，而有時(shí)人工目測(cè)卻找不出問(wèn)題所在。如果建筑物表面深層相對(duì)于周?chē)牟牧媳憩F(xiàn)出熱或涼，則其表面的溫度也相應(yīng)地表現(xiàn)出熱或涼，借助紅外熱像儀可探測(cè)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(huì)產(chǎn)生熱點(diǎn)，用熱像儀可直接測(cè)得；管道熱水泄漏浸透周?chē)鷧^(qū)域，使區(qū)域?qū)嵝栽黾樱瑥亩怪車(chē)鷾囟缺葻o(wú)泄漏干燥區(qū)溫度高，據(jù)此可探測(cè)泄漏部位，可以避免不必要的開(kāi)挖過(guò)程，節(jié)省費(fèi)用。
3） 外墻飾面質(zhì)量檢測(cè)
飾面磚材料施工粘結(jié)質(zhì)量對(duì)人們的**有很大影響，傳統(tǒng)檢測(cè)手段不能明確、**地反映出飾面磚粘結(jié)工程的內(nèi)在質(zhì)量，且耗時(shí)耗力，而紅外熱成像檢測(cè)方法則不需要腳手架，其可通過(guò)檢查外墻飾面磚表面溫度分布，判別飾面磚粘貼質(zhì)量，即可避免危險(xiǎn)作業(yè)，又可以快速無(wú)接觸、大面積掃描建筑飾面磚，從而正確評(píng)定飾面磚是否空鼓及空鼓范圍，對(duì)于建筑物外墻檢測(cè)技術(shù)的研究和發(fā)展具有重要價(jià)值，對(duì)建筑物外墻的維護(hù)修繕，避免意外惡性事故的發(fā)生具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
墻體結(jié)構(gòu)有很大的熱容量，如混凝土或磚砌體結(jié)構(gòu)的主體，在正常情況下，外表面的溫度比結(jié)構(gòu)材料的溫度高時(shí)，熱量會(huì)由外墻飾面?zhèn)鬟f給結(jié)構(gòu)墻體材料。當(dāng)外墻飾面板（磚）的溫度比結(jié)構(gòu)材料的溫度低時(shí)，則熱量會(huì)反向傳遞。當(dāng)外墻飾面板（磚）產(chǎn)生空鼓時(shí)，在其空鼓的位置就會(huì)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(fā)生變化時(shí)，空鼓部位的溫度就會(huì)比正常墻體的溫度變化大。一般說(shuō)來(lái)，日照時(shí)外墻板（磚）表面溫度會(huì)升高，空鼓部位溫度比正常部位的溫度要高；當(dāng)外表面日照減少或氣溫降低時(shí)，與上述情況正好相反。因此，若外墻存在脫落、空鼓等粘結(jié)缺陷部位，在紅外熱像圖上將表現(xiàn)為“熱斑”或“冷斑”，其檢測(cè)結(jié)果直觀、可靠，分析外墻的紅外熱像特征圖譜，并對(duì)其進(jìn)行理論計(jì)算，即可確定外墻的粘結(jié)質(zhì)量。
此外，利用NEC紅外熱成像儀技術(shù)亦可對(duì)建筑節(jié)能系統(tǒng)的缺陷進(jìn)行檢測(cè)，如建筑玻璃幕墻、門(mén)窗保溫隔熱性的檢測(cè)等，國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《采暖居住建筑節(jié)能檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ132-2001）已明確規(guī)定建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工缺陷宜采用紅外攝像法進(jìn)行定性普查檢測(cè)，并作出了具體檢測(cè)規(guī)定。

4）地下結(jié)構(gòu)和道橋工程中的應(yīng)用

在公路隧道、地鐵隧道、地下室、地下車(chē)庫(kù)、地下商場(chǎng)等各類(lèi)地下工程中，由于設(shè)計(jì)、施工、選材、地質(zhì)條件以及人為或自然災(zāi)害等因素，導(dǎo)致已運(yùn)營(yíng)的地下工程常常發(fā)生滲漏現(xiàn)象，若不進(jìn)行及時(shí)治理，必將影響工程使用功能、影響結(jié)構(gòu)耐久性甚至?xí)绊懙降叵陆Y(jié)構(gòu)的**。我國(guó)及地方也先后出臺(tái)了多部規(guī)范如《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》(GDJl08－87)、《地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB5015－92)、《公路隧道設(shè)計(jì)范》及《盾構(gòu)法隧道防水技術(shù)規(guī)程》（DBJ08-50-96）等均對(duì)地下工程的防水要求作了各自不同程度的規(guī)定。對(duì)于運(yùn)營(yíng)的地下工程，應(yīng)定期檢測(cè)其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)墻、底板和頂板等有關(guān)滲漏水、漏泥、裂縫、結(jié)構(gòu)局部破壞及鋼筋銹蝕等狀況，為地下工程的修繕提供依據(jù)，同時(shí)為地下工程更加科學(xué)合理的設(shè)計(jì)、施工、選材等提供基礎(chǔ)資料。
在道橋工程中，因路面厚度設(shè)計(jì)、基層、路面窨井及管線、混凝土質(zhì)量、橫向縮縫、溫差及交通荷載等各方面的影響，導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生的各種缺陷如龜裂、塊裂、縱裂、橫裂、坑槽、沉陷、車(chē)轍、波浪擁包、修補(bǔ)**等，水泥路面產(chǎn)生的破碎、裂縫、板角斷裂、錯(cuò)臺(tái)、唧泥、邊角剝落、接縫料損壞、坑洞、修補(bǔ)損壞、拱起和層狀剝落等缺陷，以及橋梁開(kāi)裂、破損和路面積水等均可利用紅外熱像技術(shù)進(jìn)行普查，為道橋養(yǎng)護(hù)、維修與加固提供可靠依據(jù)。同時(shí)，檢測(cè)結(jié)果易于長(zhǎng)久儲(chǔ)存，反復(fù)調(diào)用，便于建立檢測(cè)檔案資料。
5） 紅外熱像儀檢測(cè)影響因素探討
一般而言，NEC紅外熱成像儀紅外熱像檢測(cè)技術(shù)會(huì)受熱源、缺陷狀況、環(huán)境、成像角度等因素影響。
（1）日照越強(qiáng)，即單位時(shí)間內(nèi)目標(biāo)物表面接受熱量越多，則目標(biāo)物表面溫度上升，同時(shí)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(qiáng)烈，如日照較強(qiáng)時(shí)，有利于缺陷的分辨，而日照不強(qiáng)或陰天時(shí)，較難準(zhǔn)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(duì)紅外熱像結(jié)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(dǎo)率越小，缺陷處表面溫度越高，導(dǎo)致溫差增大，在熱成像圖上越易識(shí)別；空鼓埋置越淺越易測(cè)得；充填物為水時(shí)，導(dǎo)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(xiàn)“冷斑”等。
（3）周?chē)h(huán)境對(duì)成像結(jié)果影響較大。若墻體邊緣附近有高溫物體存在時(shí)，會(huì)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(shí)應(yīng)盡量避開(kāi)周邊建筑物的反射、天空的反射、陽(yáng)光的反射、樹(shù)木遮擋等不利影響。


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