红外线热成像技术原理及在建筑工程中的应用

许校武

新疆建筑科学研究院（有限责任公司） 新疆乌鲁木齐 830054

在工业故障诊断领域中，红外线热成像技术作为一种主要的检测诊断方式得到了广泛应用。这种方式有一个很大的好处即可以在工作状态下进行各种检查，在正常的工作环境下获得准确数据，而运行中的生产流程完全不受影响。最初红外线热成像技术在电力设备检查领域得到应用，逐步发展成一种比较成熟的技术手段运用于许多生产领域。

1 红外线热像技术的原理

红外线是在寻找新的光学介质的时候被意外发现的，通常将其作为一种热辐射形式简称为“红外线”。热像仪使用红外光谱波段，可划分为四个小波段，近红外线波段0.75μm-3μm，近红外线波段3μm-6μm，远红外线波段6μm-15μm，超远红外线波段15μm-100μm，人眼所能看到的光线为可见光波段在0.38μm-0.75μm之间。通过物理学原理可知，所有绝对零度以上的物质，其内部分子运动作用下都会辐射红外线。红外线热像仪部件主要有光学成像物镜和红外探测器，红外探测器探测到红外线反映到光敏元上，再转换成电子信号，经过处理后形成热像图。现代意义上的红外线热成像技术系统主要分为：主动型变相管（发射搜寻光束）系统和被动型光子探测器（不发射搜寻光束）系统[1]。

2 红外线热像技术在建筑工程中的应用

（1）在建筑外围护结构上粘贴一层不导热材料，是墙体节能工程中重要的一项，主要起到保温降低能耗的作用。根据JGJ/T132-2009《居住建筑节能检测标准》和JGJ/T177-2009《公共建筑节能检测标准》规定，采用红外线热像仪对外围护结构进行热工缺陷检测，为后续外围护结构热桥部位内表面温度，围护结构主体部位传热系数，外围护结构隔热性能等检测提供影像数据支持[1]。热工缺陷检测是对外围护结构内外表面进行普测，通过红外热成像图“热斑”发现异常部位划分出具体区域后，再进行详细检测分析，红外线热成像检查是围护结构节能检测前期最主要的工作，起到整个检测工作的引导作用。

（2）红外热成像特别适合于带电设备诊断检查，建筑工程电力系统安装完毕后，进入试运行使用阶段，当出现问题后需要停电测量线路，耗费大量人力物力对连接点设备进行排查，很可能接触电阻大的发热点没能检查出来，而好的接点反而电阻增大，一时难找到问题的根源所在，这时可以使用红外热像仪对变配电设备进行非接触式的快速检查，通过对热成像图高温点数据分析，明确部位的检修点。通过使用红外热成像技术能提前预知设备故障、发现设备缺陷，及时采取有效措施制止故障发生提供了可行性条件，避免了故障的发生，保证了电力系统的正常运行[2]。

（3）红外热成像对建筑外墙饰面砖粘结空鼓缺陷的检查。很多建筑在外墙装饰时都贴了饰面砖，饰面砖从墙面脱落从高空中坠落，造成人员伤亡财物损失的问题也随之出现。用红外热成像检查建筑外墙饰面砖粘结空鼓缺陷适合满粘法施工的工程，选择合适的时间对饰面砖墙面进行检查是关键，通常，当暴露在太阳光或升温的空气中时，外墙表面的温度升高，空鼓部位的温度比正常部位的温度高；相反，当阳光减弱或气温降低，外墙表面温度下降时，剥落部位的温度比正常部位的温度低，因此当热流从表面进人建筑物饰面层时，即会在空鼓即等缺陷部位受到空气阻挡发生热堆积，使该处的红外热像呈“热斑”等特征。由红外热像“热斑”出现的部位、持续时间等特征推知存在饰面砖粘结质量问题的区域范围。发现缺陷后，可采用锤击法和拉拔试验验证检测结果。

（4）红外线热成像技术在建筑门窗气密性检查中的应用。建筑物外门窗气密性能已成为降低采暖建筑冬季能耗的关键因素之一，主要表现在门窗洞口与门窗本体外框各部件结合处。在现场气密性试验中，门窗的正负压单位渗透量达不到要求，一部分原因是门窗洞口尺寸未按设计要求施工，或缺陷未能及时修补好，施工人员强行将门窗装入，造成了门窗的变形，使门窗密封不严导致透气漏风。有些时候细微的变化我们肉眼很难判断，这时我们采用红外热成像技术，对热斑温差进行数据分析，就能很快找出渗透变形区域[3]。红外热像图能科学公正的、直观的分析出缺陷部位，准确找到原因所在，对隐蔽缺陷问题进行及时有效地处理。

3 影响红外线热像技术测试的原因

（1）发射率。确定被测物体发射率，消除发射率设置造成的检测误差，可以从规范标准或设备使用说明书中查找，如没有也可以现场实际测定发射率。现场测定发射率主要采用涂料法和接触温度法。

（2）环境和温度。现场检测室内外环境应选择在晴朗、风速低、没有雾、粉尘、烟雾、水蒸气的环境下进行。被测物体内外温差在10℃左右适宜，这样拍摄出来的红外热像图冷热点缺陷明显清晰[4]。

（3）拍摄角度和距离。从不同的角度和距离拍摄出来的热像图可能存在效果差异，所以在拍摄热像图时应保持水平拍摄，控制仰角≤45°拍摄，有助于对所拍摄褥到的图像进行分析和处理.确保图像分析处理的实际性和准确性。

4 结语

综上所述红外线热成像技术在建筑工程中应用起到举足轻重的作用，将大量繁琐的检测步骤简化，减少重复工作量，降低工作成本，提高检测精度和准确度。红外线热成像技术在建筑工程中只是起步阶段，是在工程摸索实践中前行，但从长远角度看，红外热成像技术检测是科学技术发展的必然趋势。