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揭秘:红外热成像仪为什么不能用来探测温度?

发布时间:2018-08-28 14:55 文章来源:网络(转载请注明)

  红外线热影像仪(Thermal Image Camera,TIC)的动作原理是利用特殊镜头抓取分子释放的红外线能量。只要任何物体高于绝对零度(-273℃)就会释放红外线能量。

  光谱原理

  要懂TIC的运作,就要先来谈谈什么是红外线?这也就要从光谱波长谈起。光是一种电磁波,按照波长的大小有不同的光线,波长越短,对人体的伤害越大,最常听到的就是X光(0.001纳米-10纳米)、紫外线(10纳米-380纳米),波长很短,对人体会有影响;然后是波长380纳米-780纳米的可见光范围;然后就是780纳米-1毫米波长的红外线区块。

  在火场有很多碳粒子,一般的可见光无法穿透,所以烟会挡住内部视线。而红外线的特性就是因为他的波长较长,所以不会被碳粒子挡住视线,而且可以看见烟流、气流,这是关键。

  红外线先容与应用

  红外线依波长大小又分“近红外线”(780纳米-1.5微米)、“中红外线”(1.5微米-5微米)和“远红外线”(5微米-1毫米),波长愈长,代表被可见光影响越少。

  红外线的应用有很多,概略有:

  近红外线夜光镜:可用来为夜晚增加视线,它的设定值约是在900纳米-2微米,属于近红外线,接近可见光,所以侦测时需要一些光源才能成像,若完全没光源就几乎无法成像。

  中红外线摄影机:设定值约在2微米-7微米间,红外线的信号会较近红外线强一些,容易被可见光源干扰,但比近红外线好一些。

  热成像仪(TIC):NFPA1801的定义是在8微米-14微米间,这个范围的显像不会被可见光干扰,可以完全让红外线能量成像,非常适合消防人员使用。

  红外线能量发射体定义

  简单先容一下发射体的种类:

  被动发射体(Passive Emitter):不会主动发射能量,但容易被加热而反射出能量的物体。如门、窗、楼板等。

  主动发射体(Active Emitter):会主动发射热能量的物体,但容易被物质遮盖住。如人、电线,但这些能量只要一个衣服就可以盖住了。

  直接发射体热源(Direct Emitter):火焰。

  为何要谈发射体?简单来说,没有发射对比能量的环境,热成像仪很难看得出影像。例如在空无一人的办公室,当你拿着热成像仪进去后,因为都是被动发射体,也没有能量差异,影像就很难看清楚;但是只要旁边点个火焰,热源对于被动发射体加热产生能量,进行对比后,就可以看得清楚成像了。

  对比

  谈到“对比”,就是热成像仪的精随所在。以热成像仪的初始设定(Basic mode)来看,相对高温是白色、相对低温是黑色,但它只是“相对的温度”,并不代表是“真的高温”,比如说一个人站在冷冻库中,他显像就是白色,但当他站到浴室的烤箱时,他的成像就是黑色。

  在热成像仪训练的课程中,就是要教你如何通过颜色的对比、差异及形状,来判断室内目前的状况!

  热成像仪使用限制

  没有办法穿透水:所以在水域搜索时,只能看见水面上的物体;在水雾射水时容易干扰热成像仪的成像。

  镜射反应:在光滑面的物质会反射热源影像,如玻璃、镜子、窗户、不锈钢面等,容易误判环境,应小心注意(可挥挥手确认是否为反射影样)。

  1米内无法对焦:因为太近无法对焦,狭小空间有操作限制。

  冷凝水的产生:使用时若发现荧幕全白,很有可能是荧幕、面罩或是前方镜头冷凝结水雾,这时可以以手指擦拭镜头处理。

  热影像仪使用大禁忌——温度量测

  最近流行“用热成像仪600℃温度量测作为判断爆燃或是铁皮屋是否能够进入”的说法,没想到在美国,这是一个相当危险的作法。Bob说,在美国休斯敦有四个消防员救灾时殉职,在NIOSH网站内有详细的分析各种原因,但其中一个原因就是“使用TIC的温度量测当作火场情势判断的依据!”

  热成像仪的温度量测,是量测表面温度,不是量测“烟层温度”,而且距离不同、物质介质不同、量测角度不同,即使同一个点去量测都会有很大的误差。举个例来说,一个火灾现场,很有可能在量测温度时,这台热成像仪量测500度、另一台量测为250度、另一台量测300度,到底是属于危险?或是不危险?会不会闪燃?真的不会坍塌吗?有没有被天花板或装潢挡住热源导致误判?太多影响温度量测准确度的因素存在。记住,消防用热成像仪的设计理念是“作出对比成像”,而不是用来“量测温度”。

  判断火场情势,应是从建筑结构、通风结构、火载量、居室空间等既有火场特性的基础上来判断,而不是利用热成像仪的温度来作决断。利用温度来作判断,将会害死消防员。

  Bob说,他们非常强烈地希翼,在下一版本的NFPA中将温度量测的功能取消,避免发生危险。他也语重心长地告诉大家,千万不要把温度量测值拿来当作火场判断的依据!

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