紅外熱像檢測技術在土木工程中的應用

陳穎杰（內蒙古交通職業技術學院，內蒙古赤峰，024005）

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紅外熱像檢測技術在土木工程中的應用

陳穎杰
（內蒙古交通職業技術學院，內蒙古赤峰，024005）

摘 要：目前，對于已經建成的高層建筑、水壩、混凝土橋梁、高架道路的安全評估，尋找隔熱不良區域和霉變區域，提高建筑質量、快速檢測建筑物、查找滲漏點、路面下隱患潛伏等方面，紅外線成像儀的價格比較高昂，但減少了勞動量和對建筑物、結構進行的動態或靜態的支付以及短期或者長期的質量檢測，帶來了長久的經濟效用。

關鍵詞：紅外熱像；土木工程檢測；建筑應用

引言

紅外熱成像是一門獲取和分析來自非接觸熱成像裝置的熱信息的科學技術［1］。熱成像技術意味著“熱量寫入”，因此，熱成像技術生成的圖片被稱作“溫度記錄圖”或“熱圖”。紅外熱成像測量的優勢：非接觸遙感監測，紅外熱像儀不用接觸被測物，可以直觀的、安全的找到發熱點；可以比較同一區域的物體溫度和兩點間的溫差；實時快速掃描移動或靜止目標，可以實現實時傳輸到電腦進行監控分析。

1 紅外熱像儀原理與簡介

紅外熱像儀是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圖形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。通俗地講紅外熱像儀就是將物體發出的不可見紅外能量轉變為可見的熱圖像。熱圖像上面的不同顏色代表被測物體的不同溫度。用亮表示溫度高，暗表示溫度低，或用暖色和冷色表示溫度高低。紅外熱像儀是以紅外熱輻射為原理研制的紅外檢測設備。

紅外熱像儀是可將不可見的紅外輻射轉換成可見圖像，如圖1所示。物體的紅外輻射轉換成可見的圖像。物體的紅外輻射經過鏡頭聚焦到探測器上，探測器將產生電信號，電信號經過放大并數字化到熱像儀的電子處理部分，再轉換成我們能在顯示器上看到的紅外圖像。

圖1 紅外熱像儀轉換圖像原理示意圖

紅外熱像儀具有的優點如下：

（1）利用紅外線熱像儀所顯示出的圖像，非常直觀和快捷，讓檢測者在同一時間和同一環境下得到一塊組件上不同電池塊的溫度，容易找出問題所在；

（2）紅外線熱像儀操作方便，不需要接觸被測量的物體或者設備，可以使設備本身的溫度場不受干擾；

（3）紅外線熱像儀成像的反應速度非常快，小于一秒，非常的快捷方便；

（4）用戶采用熱像儀FLIR畫中畫及熱疊加技術，除了可以拍攝到物體的紅外圖像，同時可以拍攝到一幅可見光照片，并將其融合在一起，能夠讓用戶在第一時間識別和定位故障。

2 紅外熱像儀檢測的應用

裂縫。由于建筑結構運動、或者使用了不合格的水泥混凝土材料都可能引起的砌墻體裂縫，往往會造成結構破壞，有時會導致雨水滲入從而引起更大的麻煩，這些隱藏的缺陷很難通過常規的檢測方法成功的發現。通過紅外可以快速清楚的顯示。值得注意的是，由于人眼對于黑白色的分辨能力最高，有些時候采用黑白的模式，可以更好的效果［2］。

粘貼飾面。貼飾面由于粘貼不良，容易造成滲水甚至剝落。粘貼飾面掉下來砸中汽車或者行人的時間偶有發生，往往造成嚴重的經濟和社會危害。如何解決粘貼飾面剝落問題已經成為許多檢測單位和管理機構的難題。因為這種問題在事故發生之前，往往沒有什么征兆。然而這些缺陷往往逃不過紅外熱像儀的“眼睛”。

熱橋。熱橋是建筑結構中由于傳熱系數較大而引起的熱傳導路徑，如墻內的金屬、混凝土或鋼筋混凝土的梁、柱、板和肋，預制保溫中的肋條，外保溫墻體中為固定保溫板加設的金屬錨固件、內保溫層中設置的龍骨、門窗框等等。

對流熱損失。密封連接不良會造成泄漏，氣密內襯層安裝不當或損壞往往會出現規律性缺陷。泄漏路徑比較復雜，沒有紅外成像儀很難發現。

受潮。受潮恐怕是影響建筑整體性最為嚴重的因素之一。氣態時是空氣和建筑材料中必要且有用的組成部分，然而一旦形成液體或者固態，將產生不少麻煩。磚和混凝土中未粘合好的區域往往會造成磚墻體中的積水和氣體泄漏。使用不合格的混凝土也會造成雨水的滲入。

3 紅外熱像儀的應用實例［3，4］

（1）大型建筑物全景分析

使用紅外熱像儀對大型建筑物進行拍攝時，由于拍攝空間的限制，只能局部進行拍攝。紅外熱像儀全新的圖像拼接功能，使用全景拼接助手可將幾幅圖片拼接為一幅全景熱圖，且不影響任意圖片的清晰度及拍攝數據。可對整個建筑物進行全景分析，易于發現熱缺陷。

（2）建筑氣密性檢測

簡單來說，如果建筑門窗沒有正確安裝，在冬天則會導致冷風倒灌，暖氣泄漏的情況發生，由此則會產生采暖系統負荷升高，運行成本增加，這種問題稱之為“建筑氣密性”缺陷。紅外熱成像的功能則是為了迅速查找氣密缺陷部位，通過加壓實驗，對門窗，管道等關鍵部位進行排查，迅速找到滲漏點，提供有效的定性分析依據，查找定位問題區域，簡單明了。

（3）濕氣滲漏檢測

在建筑中，不是僅有水管破裂才會導致墻體潮濕，由于大氣的侵蝕會傷害到建筑的結構，這些有缺陷的結構極易產生雨水滲漏問題。熱成像儀可清晰成像建筑表面濕度的分布，查找高濕危險區域，并進行原因排查，避免更大面積的損傷。

（4）檢查和測量太陽能系統運行狀況

檢查和測量太陽能系統運行狀況的目的是確保系統安全有效的運行。熱成像儀被用于太陽能系統檢測，用于及早發現潛在的火災風險及影響系統運行的故障隱患，極大程度上保護系統安全運行，并確保人員安全。

（5）檢測采暖系統的安裝與運行狀況

紅外熱像儀可提供直觀而快捷的操作，可快速安全的檢測空調通風系統的安裝及運行狀態，提供最簡單的方法用于檢測散熱器是否存在淤積及堵塞情況。

（6）查找定位屋頂泄漏位置

查找屋頂泄漏是紅外熱像儀在建筑檢測中的一個典型應用。紅外熱像儀以優異的熱靈敏度，可清晰顯示細微溫差，查找并定位泄露點，確保建筑質量。

（7）建筑熱工缺陷檢測，保證建筑物質量

使用熱像儀檢測分析建筑結構缺陷是一個快速有效的方法，一張清晰的熱圖，可以提供給您詳細的建筑物熱信息，而這些信息都是通過紅外熱像儀－無損檢測方法而提供的。

（8）建筑能耗審計評估

在建筑檢測中，紅外檢測方法是理想快速進行建筑能耗評估的測量方法。紅外熱像儀可提供高清晰的熱圖，是一款用于建筑外墻檢測及維護的理想工具。

（9）霉變隱患檢測

建筑冷橋會導致能量的損耗，在這些部位，紅外熱像儀提供建筑表面濕度成像功能，清晰顯示高溫區域，簡單快速的發現是否存在霉變隱患。

（10）管道檢測，是否存在泄漏及裂痕

通常排查管道是否出現故障的方法是將整面墻或地面揭開漫無目標的進行全面檢查，這是一個破壞驚人且極費成本的方法。紅外熱橡儀能提供一種無損檢測，有的放矢的檢測手段，使破壞最小化，成本最節約化。勿需損壞無故障部位，使維修更有效率和針對性，從而節約維修成本和時間。

4 結束語

在土木工程領域中，紅外熱成像檢測技術在建筑工程里各個方面都得到很好的應用。因為建筑溫度變化的復雜性，建筑物表面的溫度受到各種各樣因素的影響，從而影響對建筑物的檢測結果。由此可見，如果所測物體的溫差不大，圖像的溫度比較低時，分辨細節的能力變差；另外成像儀透過透明的障礙物看不清目標，當紅外成像儀透過玻璃時，就容易檢測不到玻璃后面物體的溫度差。

參考文獻

［1］ 謝春霞.紅外熱像檢測技術在土木工程領域中的應用近況［J］.四川建筑，2011，31（3）：144-146.

［2］ 薛春領.既有建筑加固修復后性能檢測技術綜合法研究［D］.東南大學，2013.

［3］ 王智勇，劉穎韜，王小虎等.紅外熱像檢測技術在吸波涂層缺陷研究中的應用［J］.航空材料學報，2012，32（3）：91-95.

［4］ 謝靜，楊曉燕，徐長航等.基于形態學方法的工件表面缺陷紅外熱像檢測技術［J］.中國石油大學學報（自然科學版），2012，36（3）：146-150.

Application of Infrared Thermal Image Detection Technology in Civil Engineering

Yingjie Chen
（Inner Mongolia Transportation Vocational Technical College， Chifeng， 024005， China）

Abstract：At present， for the high-rise buildings， dams， concrete bridges， viaducts safety assessment， look bad insulation region and mildew area， improving building quality， rapid detection of the buildings， find the leakage point and thehazards lurking under the road， etc.infrared imager prices relatively high， it is amazing that the Infrared effects ，which reducing the amount of labor and building dynamic or static structure of payments and short-term or long-term quality testing.

Key words：Infrared Thermography； Civil Engineering Detect； Construction Applications

中圖分類號：TU 755.7

文獻標識碼：A

文章編號：2095-8412 （2016） 02-272-04

DOI：工業技術創新 URL： http//www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.02.040

作者簡介：

陳穎杰（1980-），女，本科，講師，土木工程專業。

E-mail： 1542891774@qq.com