紅外線熱成像技術(shù)原理及在建筑工程中的應(yīng)用

許校武

新疆建筑科學(xué)研究院（有限責(zé)任公司） 新疆烏魯木齊 830054

在工業(yè)故障診斷領(lǐng)域中，紅外線熱成像技術(shù)作為一種主要的檢測(cè)診斷方式得到了廣泛應(yīng)用。這種方式有一個(gè)很大的好處即可以在工作狀態(tài)下進(jìn)行各種檢查，在正常的工作環(huán)境下獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，而運(yùn)行中的生產(chǎn)流程完全不受影響。最初紅外線熱成像技術(shù)在電力設(shè)備檢查領(lǐng)域得到應(yīng)用，逐步發(fā)展成一種比較成熟的技術(shù)手段運(yùn)用于許多生產(chǎn)領(lǐng)域。

1 紅外線熱像技術(shù)的原理

紅外線是在尋找新的光學(xué)介質(zhì)的時(shí)候被意外發(fā)現(xiàn)的，通常將其作為一種熱輻射形式簡(jiǎn)稱(chēng)為“紅外線”。熱像儀使用紅外光譜波段，可劃分為四個(gè)小波段，近紅外線波段0.75μm-3μm，近紅外線波段3μm-6μm，遠(yuǎn)紅外線波段6μm-15μm，超遠(yuǎn)紅外線波段15μm-100μm，人眼所能看到的光線為可見(jiàn)光波段在0.38μm-0.75μm之間。通過(guò)物理學(xué)原理可知，所有絕對(duì)零度以上的物質(zhì)，其內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)作用下都會(huì)輻射紅外線。紅外線熱像儀部件主要有光學(xué)成像物鏡和紅外探測(cè)器，紅外探測(cè)器探測(cè)到紅外線反映到光敏元上，再轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理后形成熱像圖。現(xiàn)代意義上的紅外線熱成像技術(shù)系統(tǒng)主要分為：主動(dòng)型變相管（發(fā)射搜尋光束）系統(tǒng)和被動(dòng)型光子探測(cè)器（不發(fā)射搜尋光束）系統(tǒng)[1]。

2 紅外線熱像技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用

（1）在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上粘貼一層不導(dǎo)熱材料，是墻體節(jié)能工程中重要的一項(xiàng)，主要起到保溫降低能耗的作用。根據(jù)JGJ/T132-2009《居住建筑節(jié)能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》和JGJ/T177-2009《公共建筑節(jié)能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，采用紅外線熱像儀對(duì)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱工缺陷檢測(cè)，為后續(xù)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱橋部位內(nèi)表面溫度，圍護(hù)結(jié)構(gòu)主體部位傳熱系數(shù)，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性能等檢測(cè)提供影像數(shù)據(jù)支持[1]。熱工缺陷檢測(cè)是對(duì)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面進(jìn)行普測(cè)，通過(guò)紅外熱成像圖“熱斑”發(fā)現(xiàn)異常部位劃分出具體區(qū)域后，再進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)分析，紅外線熱成像檢查是圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能檢測(cè)前期最主要的工作，起到整個(gè)檢測(cè)工作的引導(dǎo)作用。

（2）紅外熱成像特別適合于帶電設(shè)備診斷檢查，建筑工程電力系統(tǒng)安裝完畢后，進(jìn)入試運(yùn)行使用階段，當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題后需要停電測(cè)量線路，耗費(fèi)大量人力物力對(duì)連接點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行排查，很可能接觸電阻大的發(fā)熱點(diǎn)沒(méi)能檢查出來(lái)，而好的接點(diǎn)反而電阻增大，一時(shí)難找到問(wèn)題的根源所在，這時(shí)可以使用紅外熱像儀對(duì)變配電設(shè)備進(jìn)行非接觸式的快速檢查，通過(guò)對(duì)熱成像圖高溫點(diǎn)數(shù)據(jù)分析，明確部位的檢修點(diǎn)。通過(guò)使用紅外熱成像技術(shù)能提前預(yù)知設(shè)備故障、發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，及時(shí)采取有效措施制止故障發(fā)生提供了可行性條件，避免了故障的發(fā)生，保證了電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行[2]。

（3）紅外熱成像對(duì)建筑外墻飾面磚粘結(jié)空鼓缺陷的檢查。很多建筑在外墻裝飾時(shí)都貼了飾面磚，飾面磚從墻面脫落從高空中墜落，造成人員傷亡財(cái)物損失的問(wèn)題也隨之出現(xiàn)。用紅外熱成像檢查建筑外墻飾面磚粘結(jié)空鼓缺陷適合滿粘法施工的工程，選擇合適的時(shí)間對(duì)飾面磚墻面進(jìn)行檢查是關(guān)鍵，通常，當(dāng)暴露在太陽(yáng)光或升溫的空氣中時(shí)，外墻表面的溫度升高，空鼓部位的溫度比正常部位的溫度高；相反，當(dāng)陽(yáng)光減弱或氣溫降低，外墻表面溫度下降時(shí)，剝落部位的溫度比正常部位的溫度低，因此當(dāng)熱流從表面進(jìn)人建筑物飾面層時(shí)，即會(huì)在空鼓即等缺陷部位受到空氣阻擋發(fā)生熱堆積，使該處的紅外熱像呈“熱斑”等特征。由紅外熱像“熱斑”出現(xiàn)的部位、持續(xù)時(shí)間等特征推知存在飾面磚粘結(jié)質(zhì)量問(wèn)題的區(qū)域范圍。發(fā)現(xiàn)缺陷后，可采用錘擊法和拉拔試驗(yàn)驗(yàn)證檢測(cè)結(jié)果。

（4）紅外線熱成像技術(shù)在建筑門(mén)窗氣密性檢查中的應(yīng)用。建筑物外門(mén)窗氣密性能已成為降低采暖建筑冬季能耗的關(guān)鍵因素之一，主要表現(xiàn)在門(mén)窗洞口與門(mén)窗本體外框各部件結(jié)合處。在現(xiàn)場(chǎng)氣密性試驗(yàn)中，門(mén)窗的正負(fù)壓?jiǎn)挝粷B透量達(dá)不到要求，一部分原因是門(mén)窗洞口尺寸未按設(shè)計(jì)要求施工，或缺陷未能及時(shí)修補(bǔ)好，施工人員強(qiáng)行將門(mén)窗裝入，造成了門(mén)窗的變形，使門(mén)窗密封不嚴(yán)導(dǎo)致透氣漏風(fēng)。有些時(shí)候細(xì)微的變化我們?nèi)庋酆茈y判斷，這時(shí)我們采用紅外熱成像技術(shù)，對(duì)熱斑溫差進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，就能很快找出滲透變形區(qū)域[3]。紅外熱像圖能科學(xué)公正的、直觀的分析出缺陷部位，準(zhǔn)確找到原因所在，對(duì)隱蔽缺陷問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)有效地處理。

3 影響紅外線熱像技術(shù)測(cè)試的原因

（1）發(fā)射率。確定被測(cè)物體發(fā)射率，消除發(fā)射率設(shè)置造成的檢測(cè)誤差，可以從規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)備使用說(shuō)明書(shū)中查找，如沒(méi)有也可以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)定發(fā)射率。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定發(fā)射率主要采用涂料法和接觸溫度法。

（2）環(huán)境和溫度。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)室內(nèi)外環(huán)境應(yīng)選擇在晴朗、風(fēng)速低、沒(méi)有霧、粉塵、煙霧、水蒸氣的環(huán)境下進(jìn)行。被測(cè)物體內(nèi)外溫差在10℃左右適宜，這樣拍攝出來(lái)的紅外熱像圖冷熱點(diǎn)缺陷明顯清晰[4]。

（3）拍攝角度和距離。從不同的角度和距離拍攝出來(lái)的熱像圖可能存在效果差異，所以在拍攝熱像圖時(shí)應(yīng)保持水平拍攝，控制仰角≤45°拍攝，有助于對(duì)所拍攝褥到的圖像進(jìn)行分析和處理.確保圖像分析處理的實(shí)際性和準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述紅外線熱成像技術(shù)在建筑工程中應(yīng)用起到舉足輕重的作用，將大量繁瑣的檢測(cè)步驟簡(jiǎn)化，減少重復(fù)工作量，降低工作成本，提高檢測(cè)精度和準(zhǔn)確度。紅外線熱成像技術(shù)在建筑工程中只是起步階段，是在工程摸索實(shí)踐中前行，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，紅外熱成像技術(shù)檢測(cè)是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。