紅外熱像儀在航空器維修工作中的應用

李建剛

（四川航空股份有限公司，四川 成都 610200）

電器、機械裝置等設備在發生故障前通常會產生發熱現象。利用紅外熱成像技術能夠捕捉異常發熱現象，快速、準確、安全地發現故障，避免因此造成航班延誤、返航、備降、火災甚至災難性事故。

1 紅外熱成像檢測技術原理

自然界任何物體只要溫度高于絕對零度（-273.15℃）就會以電磁輻射的形式向外輻射紅外能量。紅外熱像檢測技術是使用紅外熱像儀來檢測和測量輻射，將物體輻射的功率信號轉換成電信號，是一種非接觸、直觀、準確、高靈敏度、快速、安全、應用范圍廣的測定物體表面溫度場分布的方法。紅外熱像儀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，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熱分布場相對應。通過查看生成的熱像圖和具體點位的溫度，研究目標的發熱情況，從而進行下一步工作的研判。紅外熱像儀適用場景展示如圖1 所示。

圖1 紅外熱像儀適用場景展示

2 紅外熱像儀的優點

紅外熱像儀的優點如下：適用范圍廣，可實現對金屬及非金屬材料的溫度探測；檢測面積廣，可對大型物體進行整體觀測；檢測速度快，可實時顯示檢測結果；攜帶方便，適用于現場檢測；非接觸測量，檢測距離遠，可以保證設備本身的溫度場不受干擾；結果直觀顯示，以圖像的形式顯示在屏幕上；采用畫中畫及熱疊加技術，在拍攝物體紅外圖像的同時可以拍攝可見光照片，并將其融合在一起，讓用戶在第一時間識別和定位故障。

3 紅外熱像儀在機務維修工作中的應用范圍

3.1 滲漏探測

3.1.1 引氣滲漏探測

在發動機、APU 引氣系統、空調系統發生滲漏的情況下，高溫氣體噴出，與滲漏點接近的蓋板相對其他部位溫度升高，在熱像儀上呈現高溫區。如果熱像儀直接拍攝到滲漏點，則會出現動態、區別于周圍環境的顏色帶，通過顏色的差異便可準確定位滲漏點。氣體出口熱成像如圖2 所示。

圖2 氣體出口熱成像圖

3.1.2 液體泄漏

液壓油、燃油、滑油泄漏，無論是熱油液還是冷油液，由于與周圍物體的比熱容不同，泄漏出的油液在熱像儀上形成點狀或者片狀的顏色帶。如果液體呈現噴射狀，則在熱像儀上呈現類似于氣體滲漏的動態顏色帶。管路泄漏熱成像如圖3 所示。

圖3 管路泄漏熱成像圖

3.2 電氣系統工作狀態

3.2.1 用電器

機載電腦、電控閥門、電控電驅的作動筒等用電器在工作過程中產生熱量，通過分析其熱成像圖像，識別出過載、過熱等隱患。

3.2.2 繼電器、跳開關

繼電器、跳開關在接通的狀態下會發熱，可以通過熱成像圖像判斷其是否處于正常工作狀態。

3.2.3 電氣線路

工作中的電氣線路由于內阻的存在會發熱，如果過載或者短路則溫度升高明顯，如果斷路則與周圍環境溫度接近。用熱像儀拍攝，通過呈現的熱成像圖即可判斷線路斷路、短路、過載等狀況，亦可判斷插頭連接狀況和線路壓接、接線質量。飛機電子艙繼電器熱成像如圖4 所示。

圖4 飛機電子艙繼電器熱成像圖

3.3 無損探傷

紅外熱成像無損探傷技術以熱傳導理論和紅外熱成像理論為基礎，通過主動或者被動式檢測，實現對機身金屬、非金屬及復合材料缺陷的探測和識別。對于無缺陷的物體，熱流均勻擴散，物體表面的溫度場分布均勻； 如果內部存在隔熱性缺陷，熱流會在缺陷處受阻，造成熱量堆積，物體表面出現局部熱區；如果內部存在導熱性缺陷，物體表面就會出現局部冷區。由此可見，在檢測過程中，當物體內部存在缺陷時，就會在缺陷對應的表面產生異于無缺陷區表面的溫度區，兩區之間產生溫度差。該溫差除了取決于物體材料的熱物理性質外，還與缺陷的尺寸、距表面的距離及它的熱理性質有關。局部溫差的存在導致紅外輻射強度不同，利用紅外熱像儀即可以圖像的形式顯示出溫度的變化狀況，進而判斷出缺陷的狀況。熱成像無損探傷原理如圖5 所示。金屬裂紋熱成像如圖6 所示。

圖5 熱成像無損探傷原理圖

圖6 金屬裂紋熱成像圖

3.4 維修教學

利用熱像儀的圖像和視頻拍攝功能記錄飛機、部件等的各種工作狀態，讓學員發現肉眼不可見的現象，將書本和手冊里的抽象描述具象化，有利于讓學員加深理解，更加直觀地掌握系統知識。飛機滑出時發動機狀態熱成像如圖7 所示。

圖7 飛機滑出時發動機狀態熱成像圖

4 結語

本文主要介紹紅外熱像儀的原理、優點、作用以及在機務維修工作中的作用。紅外熱像儀的作用不僅僅限于以上幾點，在航空公司還可應用于消防、安防監控、物業管理等方面。隨著科技和生產力的進步，民用紅外熱像儀逐漸成熟，價格也逐漸降低，航空公司和維修企業可采購手持式或者USB 接口便攜式的紅外熱像儀以實現輕便快捷的排故診斷。