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红外热像在建筑工程检测中的应用
发布时间：12-10-15
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红外热像在建筑工程检测中的应用标签：红外热成像 建筑工程 故障检修质量控制一、前言&红外热像仪是集先进的光电子技术、红外探测器技术和红外图像处理技术于一身的高科技产品，最早是因为军事目的而得以开发，近年来迅速向民用工业领域扩展。由于红外热成像技术具有非接触、远距离、实时、快速、全场测量等优点，其能够进行高分辨率的温度扫描测量，并且能够生成高质量的图像，可提供测量目标的众多信息，这是其他无损检测方法无法比拟的，同时也弥补了人类肉眼的不足，因此已广泛地应用于预防性维护、故障检修、质量控制、科学研究等领域。近年来，红外热像仪已开始引起土木建筑工程界相关人员重视并得到应用。&二、红外热像仪工作原理&红外线和可见光及无线电波一样，是一种电磁波，但红外线的波长比可见光长，比无线电波短，为0.78～1000&m，可分为近红外、中红外和远红外。在自然界中，所有绝对零度( -273℃) 以上的物体都会连续不断地辐射红外能，其数量与该物体的温度密切相关，换句话说，红外辐射数量的增加或减少随温度而变化。红外热像检测就是测量红外辐射，并以可见的热图像显示以对物体或材料表层进行检测和测量的一种专门技术，受热的物体是较好的红外辐射源。&热辐射定律和热传导微分方程是红外热像检测的基本理论基础。根据斯蒂芬一波尔兹曼热辐射定律，一个物体的红外辐射能可表达如下： 4 = W T & & . . W &&红外辐射强度（W&m-2）； &&&斯蒂芬-波尔兹曼成数： б=5.673&10-12 W&m-2&K-4 &&&物体辐射率，0 1 & & & ，由材料的质量和表面状况决定； T &&物体表面绝对温度(K)。热传导微分方程可表达如下： T & ， c & & &= 式中&&时间，s； t &&&导温系数（或热扩散率），m2&s-1； &&&导热系数，W&m-1&K-1； &&&密度，kg&m-3； c&&比热容，J&kg-1 &k-1。&材料的, ,c & & 不同，使物体的表面温度和辐射率不同，从而影响红外辐射的数量，并形成各种不同特征的红外热图像。波长一定时，测出辐射能量，就能算出温度，这就是红外热像仪的基本工作原理。温度和辐射率不同，可形成红外辐射的不同分布，通过红外探测器将物体辐射的功率信号转换成电信号后，成像装置的输出信号就可以完全一一对应地模拟扫描物体表面温度的空间分布，经电子系统处理，传至显示屏上，得到与物体表面热分布相应的二维彩色热像图。运用这一方法，便能实现对目标进行远距离热状态成像和测温，并对被测物体的状态进行分析判断。&如果使待测目标中形成热流传播过程， 由于目标中缺陷部分和没有缺陷部分的热传导率不同，根据热传导方程理论，这种差异将造成目标中有缺陷部分和没有缺陷部分各自对应的表面温度不同，亦即对应的红外辐射强度不同。如果将物体每一点的温度记录下来，形成场分布图像，就可以明显看出其内部的缺陷部位。&红外热像仪摄取的红外图像的每一点都对应一定的温度，且可根据颜色的深浅来判断温度的高低，相同颜色表示温度相同。在光照和热流注入是均匀的时候，对无缺陷的物体，在热传导过程中，正面和背面的温度分布始终是均匀的。在光照和热流注入是均匀的时候，对有缺陷的物体(隔热性缺陷) ，经热传导一定时间后，正面和背面的温度分布是不均匀的，因在缺陷处热量堆积，使得从正面测得有缺陷处的表面温度较高，形成&热点&；从背面测得缺陷处温度较低，形成&冷点&。在光照和热流注入是均匀的时候，对有缺陷的物体(导热性缺陷) ，经热传导一定时间后，正面和背面的温度分布是不均匀的，因在缺陷处传热较快，使得从正面测得有缺陷处的表面温度较低，形成&冷点&；从背面测得缺陷处温度较高，形成&热点&。&三、SAT-G90红外热成像仪性能特点及先进性介绍&SAT-G90红外热像仪是公司根据多年红外产品的开发经验，集中力量，大胆采用法国先进技术开发出来的最新红外热成像产品。SAT-G90非致冷焦平面热像仪是中法合作研制生产的具有当前世界最先进水平的红外热成像产品。它结合了先进的红外热成像技术、人体工程技术、计算机技术以及图像处理技术，具有世界领先水平。在工业检测、设备维护、防止灾难事故发生等方面将发挥重大的作用。SAT-G90主要具有热成像探测器技术先进、人机工程方面设计具有世界领先水平、热像仪操作系统功能强大、附件系统设计完备、符合各种应用的配置齐全等几大技术特点。&（1）热成像探测器技术先进&a. 非致冷焦平面探测器技术SAT-G90热像仪采用了目前世界上最先进的第三代非制冷焦平面探测技术，像素数为320&240；温度灵敏度高，可达0.08℃；仪器启动时间短，使用寿命长。&b. 清晰的图像SAT-G90热像仪的工作波段为8~14&m，提供优异的长波图像性能。无论是在室内，还是在户外使用，该仪器都不受阳光、气候和其他高温物体的影响。由于温度分辨率高，可以清晰地观察到只有微小温差的目标。&（2）人机工程方面设计具有世界领先水平a. SAT-G90热像仪的外型与您的手掌舒适地吻合、体积小、重量轻，重量仅为1.7公斤（包括电池），为目前世界上最轻小320&240型的热像仪。产品外型美观且双屏幕显示，侧屏可与主机分离，实现分体操作。无论用户是在工厂，还是在测狭小的空间或是人体无法进入的角落进行检测，行动都不受限制，大大提高了仪器的使用效率。&b. 结构坚固、高度可靠主机壳体材料，机械强度高，抗冲击、温度性能好，抗电磁干扰性能好，可以在各种恶劣、苛刻的条件下正常使用。&c. 全密封设计，符合IP54封装标准、可以在各种恶劣的环境中使用。&（3）热像仪操作系统方面功能强大&a．全中文菜单，主机和显示器可实现分离式操作。仪器的操作界面为三维立体Windows风格式中文菜单结构，易学易用。该仪器顶置的可分离遥控手柄，能实现主机、显示器分离操作，是目前国内仅有的具有此功能的工业检测型热像仪。b. 强大的分析处理功能仪器本身可以对热像进行各种分析，如多十点温分析、直线分析、五个区域分析、温度异常报警、自动捕捉高低温点、多种等温显示、温差功能、四画面功能等，在仪器使用现场就可以得到准确的分析结果。&c. 数字化影像、测试话音注释的记录使用数字影像存储技术，可迅速搜索，准确地记录图像中每一温度细节，并且可以迅速地回放。仅仅只有红外图像是不够的，您可能还需要把故障点周围的现场环境、语音描述、文字描述记录下来。现在，SAT-G90已经能够自动完成这些工作，SAT-G90能自动地把可见光图像、语音注释、文字注视和红外图像关联起来，以方便您做后期的分析工作。&d. 红外图像/数码可见光图像同时显示，并带有目标激光指示。机器同时带有高像彩色CCD镜头，可以随时切换拍摄或同时显示两种图像，具有画中画功能。&e. 显示功能I 具有图像增强与降噪功能，因此其图像质量好、显示细腻，背景噪声小。II具有全屏256级伪彩显示功能，可以在各种环境下清晰显示目标。III 具有多种伪彩快速预览与切换功能。Ⅳ 内置可变角度彩色寻像器和3.5寸外置彩色液晶屏（可拆卸手柄）两种显示方式。&f. 可见光照明灯可通过主机来控制专门配备的可见光照明灯，提高现场工作的方便性。&g. 自动对焦功能能实现智能自动调整焦距，并清晰成像。&h. USB传输USB2.0高速实时数字图像传输&i. 独特电子变焦与四画面处理技术应用该技术可以清晰地观察到目标的细节，并同时处理分析多个目标的温度分布，大大提高工作效率&（4）附件系统设计完备a．智能化的电池系统，采用标准充电电池，可以大幅降低客户的使用费用为了提供稳定、不间断的电源，SAT-G90使用NP750全密封长寿命的锂电池。每节电池最长可连续工作2.5小时，且智能化的电池系统可以随时指示电池的工作状态。由于是采用标准产品，客户可以随时自行购买到相应的配件，提高了使用灵活性，降低了维护费用。&b. 功能强大的图像分析处理软件动态红外分析软件的功能非常强大，您可以对红外图像进行捕捉、回放和进行动态分析。你可以使用传统的点、线、区域分析进行单体的分析，或者应用动态时间趋势图和曲线分析进行动态的趋势分析。另外，每份动态分析软件都附带有SATReport标准版的分析软件，所有在动态分析软件中截取的红外图像都可以输出到SATReport分析软件中，以方便您进行汇报工作。&（5）符合各种应用的配置齐全通过改换镜头、加装滤波器等方法，SAT-G90热像仪可以更加符合您的需要。&a、8种观测镜头SAT-G90热像仪可以方便的更换各种红外光学镜头，充分应付不同测量环境的要求。SAT-G90热像仪可以自动识别选配的各种镜头，不必人工输入各种参数。&b、高温选件用于高温目标的评估，如石化冶炼、钢厂和其他工业设施。测温范围可以达到2000℃&c、高容量的PC卡256M PC存储卡，可以保存1250幅热图及其注释话音。&四、红外热像仪在建筑工程的应用探讨，红外热像在建筑工程检测中的应用&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是较晚的。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，最终有效地提升土木建筑工程质量检测技术水平。&&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，因此是事故处理、施工验收、陈旧建筑物安全性鉴定、进行维修和补强设计时必须检测的项目。&&利用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。&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。&若屋面防水层失效和墙面微裂，造成雨水渗漏，由于室内热扩数，阳光被吸收和传导均可使暴露渗漏部位与周边温度分布的差异，因而可采用红外热像技术加以检测、分析判断水分渗入隐匿部位、走水路线等。&&外墙饰面质量检测&&& 红外热像在建筑工程检测中的应用&选择饰面砖材料美化环境已成为装饰房屋主要手段之一，但是由于现有的施工粘结质量的检测手段不能明确、全面地反映出饰面砖粘结工程的内在质量，致使一些工程存在着不安全的隐患。据有关文献报道，因饰面砖严重脱落导致伤人毁物的事故时有发生，如：福州市某商厦饰面砖脱落，造成上百万元的经济损失；郑州某大楼饰面砖脱落砸死一人，伤一人；北京西单某大楼饰面砖脱落，砸坏一领事馆参赞的汽车；北京中国工商银行金融中心大楼在使用三年后，花岗岩饰面砖脱落给行人造成严重威胁，曾对是否由于空臌造成脱落和空臌面有多大数次请有关专家诊断等等。诸如此类的质量事故，不仅造成财产损失、危及人身安全，而且使相关企业的形象受到影响，甚至带来法律纠纷。为此，建设部根据建筑工程质量的要求，制定了强制性行业标准《建筑工程饰面砖粘结强度检验标准》并将其纳入强制性行业标准，《外墙饰面砖工程施工及验收规程》，强调外墙验收应有外墙饰面砖的粘结强度检验报告，这些规范的发布无疑对饰面砖施工质量的控制起到很大的作用。但规范中规定的检验方法属于局部破损方法，实验时抽样数量和范围受到诸多的限制，而且需要脚手架的配合，这对于新建大面积饰面工程和已使用若干年的建筑外墙饰面质量有无变化等情况的检查来说，耗资巨大，困难很多，且有时简直是天方夜谭。即便是抽查，抽样的数量也很少且缺乏代表性。而采用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的学术价值，同时，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，利用红外热像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。&另外，利用红外热像技术亦可对建筑物的火灾后质量进行检测和评估，利用红外热像技术对混凝土火灾损伤进行了检测并建立了混凝土火灾损伤评估模型，值得借鉴。&五、 红外热像仪在地下结构和道桥工程中的应用探讨&&& 红外热像在建筑工程检测中的应用&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安全。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、修补不良等，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，检测结果易于永久储存，反复调用，便于建立检测档案资料。&六、红外热像仪检测影响因素探讨&& 红外热像在建筑工程检测中的应用&&一般而言，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。&七、结论&应用红外热成像技术对房屋建筑工程、地下结构及道桥工程进行检测，并用计算机技术对其进行科学分析，是一种行之有效的方法，它可以缩小检测范围，准确地突出有潜在问题的区域，具有其他检测手段无法比拟的优点，应用前景非常广阔。但由于红外热像仪检测结果影响因素众多，建议在红外热像仪进行普查的基础上，对某些重点可疑区域可采用小锤敲击法、超声波法或其他无损检测方法等进行复核，以保证检测结果的可靠性。&&红外测温仪
手持式红外测温仪是每个技师的必备工具
-60至+625&（-76至+1157&F）的红外测温范围
-64至+1400&C（-83至+1999&F）的接触式温度测量范围
距离面积比为16:1；允许获取远距离的精确温度读数
用户可选择0.1和1.0之间的辐射率；允许测量大多数表面温度。
带有温度变化显示的彩屏
提供温度探头TMDT 2-30（最大 900℃/ 1652&F）；适合许多直接接触应用
可用于任何SKF温度探头
用户可选择多个温度测量模式，包括： 最高值、最低值、平均值、差值及探头/红外双显示、扫描功能
用户可选择带报警音的高报和水平报警
自动关闭功能优化电池使用寿命
提供一个坚固的仪器箱
手持式红外测温仪
使用红外的温度测量范围
-60至+625 &C（-76至1157 &F）
工作0至50&C（32 至 122 &F）
10至95%的相对湿度
存储-20至+65&C（-4 至 +149&F） 10至95%的相对湿度
全范围精度
(Tamb=23 &3 &C)
Tobj = 0至625&C&读数的2%或 2 &C (4 &F) 取较大值
Tobj = &60至0 &C
&（2 &C +0,05/度）
响应时间（90%）
&1 000毫秒
显示分辨率
0.1&C/F从&9.9至199.9，否则为1&C/F
距离面积比
用户可选择背光显示
不可以，始终开
用户可选激光指示
不可以，始终开
635&650 nm
最大激光功率
195 x 70 x 48 mm (7.7 x 2.7 x 1.9 in.)
230 g（0.5 lbs）
两节AAA碱性IEC LR03
电池使用寿命
扳机释放15秒无操作自动关闭
EN -2:2006
21CFR, Ch 1-J
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