紅外熱像技術(shù)原理與在建筑外墻檢測(cè)中的應(yīng)用分析

劉忠

摘 要 在建筑物結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作中，外墻檢測(cè)始終是非常關(guān)鍵的一環(huán)，其中，通常可借助紅外熱像檢測(cè)技術(shù)開展檢測(cè)作業(yè)，不僅檢測(cè)效率較高，同時(shí)也能在充分利用陽光、風(fēng)、雨水等自然條件的基礎(chǔ)上發(fā)揮較好的檢測(cè)效果。對(duì)此，本文針對(duì)紅外熱像檢測(cè)技術(shù)，在概述其基本原理和發(fā)展背景的基礎(chǔ)上結(jié)合建筑外墻檢測(cè)的必要性詳細(xì)從利用陽光、風(fēng)、雨水進(jìn)行檢測(cè)等三個(gè)方面指出了該技術(shù)的應(yīng)用技巧，旨在給予建筑外墻檢測(cè)人員一定的幫助和指導(dǎo)，為今后紅外熱像技術(shù)在建筑工程建筑中的高效運(yùn)作提供一些幫助。

關(guān)鍵詞 紅外熱像檢測(cè)技術(shù);建筑外墻檢測(cè);應(yīng)用技巧;檢測(cè)控制

1緒論

1.1 研究背景

從20世紀(jì)70年代至今，得力于現(xiàn)代建筑施工技術(shù)的不斷發(fā)展以及多種建筑檢測(cè)手段的推廣應(yīng)用，使得人們對(duì)于建筑質(zhì)量管理工作的要求越來越高。其中，針對(duì)建筑外墻結(jié)構(gòu)，早期建筑行業(yè)對(duì)于外墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求多以保溫性能為主，而由于近年來因建筑外墻結(jié)構(gòu)失穩(wěn)導(dǎo)致的建筑質(zhì)量事故頻繁發(fā)生，使得建筑領(lǐng)域?qū)τ诮ㄖ鈮z測(cè)的關(guān)注也愈發(fā)提高。在此背景下，針對(duì)常見建筑外墻質(zhì)量缺陷，可依照紅外熱像檢測(cè)技術(shù)判定故障位置，進(jìn)而以此能夠方便施工人員快速就缺陷進(jìn)行彌補(bǔ)，并最終保障建筑外墻的整體穩(wěn)定性[1]。

此外，除結(jié)構(gòu)支撐作用外，建筑外墻的功能也可以作為整個(gè)建筑的保溫結(jié)構(gòu)。根據(jù)調(diào)查研究表明，建筑外墻可以傳遞熱量到整個(gè)建筑體中，對(duì)供暖產(chǎn)生很好的效果，但在建筑工程設(shè)計(jì)中建筑外墻的材料選取不當(dāng)，則會(huì)導(dǎo)致建筑外墻的保溫效果下降一個(gè)層次，這意味著就建筑外墻保溫隔熱性能進(jìn)行提升，以降低其傳熱能耗損失，同樣是現(xiàn)階段建筑外墻結(jié)構(gòu)施工的主要目標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，包括墻體開裂、空鼓、滲水在內(nèi)的諸多問題均是造成建筑外墻保溫性能降低的主要原因，因此，需在建筑外墻存在缺陷后及時(shí)采取檢測(cè)技術(shù)判定缺陷位置，并施以最有效的處理手段，最終以此保障建筑外墻的基本保溫效果。

1.2 研究意義

（1）有利于提升建筑外墻的整體建設(shè)質(zhì)量。在建筑工程質(zhì)量缺陷檢測(cè)領(lǐng)域，紅外熱像檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，同時(shí)在長(zhǎng)期實(shí)踐應(yīng)用中，有關(guān)部門也已經(jīng)針對(duì)該技術(shù)制定了完善的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，通過借助紅外熱像檢測(cè)技術(shù)就建筑外墻的缺陷問題進(jìn)行檢測(cè)，一方面，能夠幫助檢測(cè)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)建筑外墻結(jié)構(gòu)潛在的缺陷隱患，另一方面，也能在精確確定缺陷位置的基礎(chǔ)上通過分析缺陷產(chǎn)生原因以總結(jié)建筑建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，并最終為建筑外墻施工人員從根本上保障施工質(zhì)量提供指導(dǎo)幫助。

（2）有利于確保建筑結(jié)構(gòu)的整體使用性能。針對(duì)大多數(shù)建筑工程，建筑外墻并非承擔(dān)著簡(jiǎn)單的保溫作用，而是作為建筑物的主要承載結(jié)構(gòu)保障著建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，通過引用紅外熱像檢測(cè)技術(shù)就建筑外墻進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)建筑外墻潛在的質(zhì)量隱患，尤其是對(duì)于空洞、鼓泡等問題的及時(shí)解決，一方面能，夠從根本上規(guī)避因外墻質(zhì)量隱患所致的建筑質(zhì)量事故，另一方面，也能最大化保障建筑使用者的使用安全，并以此促進(jìn)建筑行業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。

2紅外熱像檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)和基本原理

2.1 紅外熱像檢測(cè)技術(shù)的基本定義

紅外熱像檢測(cè)技術(shù)起源于二十世紀(jì)六十年代，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的技術(shù)完善逐漸形成一種無損的紅外檢測(cè)技術(shù)。該技術(shù)手段主要是通過測(cè)定在某一頻段內(nèi)的輻射信號(hào)來感受檢測(cè)的具體條件，并且把紅外信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槿祟惾庋劭梢杂^察的圖形來確定建筑材料具體的溫度值，這就表明該種技術(shù)手段在很大程度上擺脫了人們對(duì)于不同溫度觀察層的視覺觀察盲區(qū)，從物理意義上真正觀測(cè)到物體本身的溫度狀態(tài)。

在此基礎(chǔ)上，紅外熱像檢測(cè)技術(shù)依賴觀察物體表面的輻射溫度來形成完整的檢測(cè)系統(tǒng)。其中，所謂的紅外線指的是波長(zhǎng)處于0.75μm到1000μm之間的電磁波，且由于其對(duì)于大多數(shù)固體及液體物質(zhì)的穿透能力較差，因此可基于其輻射效果借助電視攝像機(jī)等觀測(cè)設(shè)施進(jìn)行捕捉，最終形成以熱紅外線為基礎(chǔ)的熱圖。

2.2 紅外熱像檢測(cè)技術(shù)的基本原理

在自然環(huán)境下，某一物體的表面溫度如果超越了絕對(duì)零度，那么就會(huì)發(fā)散出一定量的電磁波，如果物體的溫度在環(huán)境的影響下逐漸發(fā)生變化，那么其發(fā)散的電磁波也會(huì)變化，具體體現(xiàn)在波長(zhǎng)和強(qiáng)度的改變上，因此，人們可以通過測(cè)定物體發(fā)散的電磁波來確定物體溫度[2]。最終，在構(gòu)成人類可分辨輻射圖像的基礎(chǔ)上，使檢測(cè)人員對(duì)物體結(jié)構(gòu)特性具有較深的了解。此外，紅外熱像檢測(cè)技術(shù)的主要原理可見圖一。其中，被測(cè)目標(biāo)輻射出紅外線后，經(jīng)由光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行捕捉分析，在信號(hào)處理電路及補(bǔ)償電路的共同作用下將紅外線信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢暬碾娦盘?hào)，進(jìn)而于顯示器中形成完整而精確的紅外線數(shù)據(jù)，并最終幫助檢測(cè)人們正確判定物體溫度狀態(tài)。

2.3 紅外熱像檢測(cè)技術(shù)特征

紅外熱像檢測(cè)技術(shù)可以在不接觸物體的情況下，測(cè)定物體的準(zhǔn)確溫度及變化范圍，能夠快速感知物體溫度在一定取件內(nèi)的變化，最高檢測(cè)精度能夠達(dá)到0.02℃，同時(shí)，其檢測(cè)范圍相對(duì)較廣，可以就-50℃到2000℃內(nèi)的溫度進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)。除此之外，紅外熱像檢測(cè)技術(shù)還具有以下特點(diǎn)：

首先，由于紅外熱像檢測(cè)技術(shù)無須接觸物體便能夠發(fā)揮檢測(cè)效果，因此，在無損檢測(cè)領(lǐng)域一直有著非常廣泛的應(yīng)用，其中，依托于該技術(shù)的遠(yuǎn)距離測(cè)量特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)待測(cè)物體的全方位測(cè)量，這意味著該技術(shù)在建筑測(cè)量領(lǐng)域有著較為突出的應(yīng)用價(jià)值，能夠滿足建筑外墻測(cè)量的基本作業(yè)需求;其次，紅外熱像檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值并非局限于單一的溫度測(cè)量，而是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物體變化規(guī)律，尤其是質(zhì)量變化特征的實(shí)時(shí)檢測(cè)，針對(duì)建筑物缺陷測(cè)量領(lǐng)域，該技術(shù)能夠精確反映建筑物的缺陷特點(diǎn)，并可以在測(cè)量人員的充足專業(yè)知識(shí)和測(cè)量經(jīng)驗(yàn)支持下，確定建筑物缺陷的類型和特點(diǎn)，進(jìn)而以此為檢測(cè)人員采取相關(guān)措施提供充足的數(shù)據(jù)幫助;最后，得力于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，紅外熱像檢測(cè)技術(shù)因其較強(qiáng)的兼容性而使得將其與其他技術(shù)進(jìn)行融合成為了現(xiàn)實(shí)，在此基礎(chǔ)上，檢測(cè)人員可以紅外熱像檢測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建完整的缺陷檢測(cè)系統(tǒng)，并借助信息系統(tǒng)的搭建實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算機(jī)處理、幾何分析等多種功能，最終以此改善檢測(cè)工作的作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量。

3紅外圖像特性分析

從本質(zhì)上來看，紅外圖像的根本作用在于反映檢測(cè)目標(biāo)溫度場(chǎng)與環(huán)境紅外輻射場(chǎng)的空間分布規(guī)律，且其圖像亮度分布多與檢測(cè)物體的溫度和紅外線發(fā)射率有關(guān)。其中，如果被測(cè)量物體的表面受到損壞或者其本身存在一些問題，物體的測(cè)定熱量值也會(huì)發(fā)生一定的改變，所以測(cè)量的物體溫度會(huì)在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生變化，進(jìn)而在檢測(cè)人員比較分析的基礎(chǔ)上判定精確的缺陷位置。

但從目前紅外熱像檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用我們可以看出，由于包括風(fēng)、光照在內(nèi)的諸多因素均會(huì)對(duì)材料的導(dǎo)熱性能造成一定影響，因此除了應(yīng)盡可能規(guī)避不必要的誤差外，還可充分借助這些影響因素來增加測(cè)量目標(biāo)與環(huán)境背景間的溫度差異，進(jìn)而達(dá)到突出目標(biāo)的目的。

4紅外熱像檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用技巧

（1）利用日照形成溫差。針對(duì)不同日照環(huán)境給紅外熱像檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用效果帶來的不同影響，可結(jié)合其影響規(guī)律合理使用日照形成溫差以滿足實(shí)際的檢測(cè)需求。一方面，針對(duì)已經(jīng)完工的外墻修補(bǔ)區(qū)域，由于過高的溫度會(huì)對(duì)建筑外墻材料的溫度檢測(cè)產(chǎn)生影響，因此，盡量采取春秋兩季早上檢測(cè)的方式對(duì)建筑外墻材料進(jìn)行檢測(cè)。進(jìn)而在確保溫差形成的基礎(chǔ)上避免產(chǎn)生較強(qiáng)擴(kuò)散性的檢測(cè)特性;另一方面，結(jié)合建筑外墻材料的抽樣檢測(cè)，來確定建筑外墻材料在不同熱量范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生變化的熱量值效應(yīng)，因此，借助設(shè)置目標(biāo)體與環(huán)境背景間的顯著反差以突出溫差效果，最終，幫助檢測(cè)人員找尋外墻結(jié)構(gòu)的小尺寸缺陷[3]。

（2）利用雨水輔助檢查。在針對(duì)建筑外墻涂料大面積脫落等問題進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，選用雨后晴天就紅外熱像檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行輔助應(yīng)用，其中，通過長(zhǎng)時(shí)期日照并采集紅外熱像后發(fā)現(xiàn)，涂料脫落的原因與雨水的滲透有著直接關(guān)系。

（3）利用風(fēng)的散熱效果。通常來說，檢測(cè)物體溫度差的形成與物體的材料特質(zhì)有著直接關(guān)系，且比容大的材料往往會(huì)具有較低的散熱效果，因此，在針對(duì)常見無日照背陰建筑進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，考慮到無法借助日照形成溫差，可借助風(fēng)的作用提升被測(cè)建筑的散熱效果，進(jìn)而確保紅外檢測(cè)的檢測(cè)精度。

5結(jié)束語

綜上所述，針對(duì)紅外熱像檢測(cè)技術(shù)，其以精確性高、適用范圍廣、實(shí)用性好等諸多特點(diǎn)已經(jīng)得到了建筑檢測(cè)領(lǐng)域和無損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的重視和關(guān)注，而在實(shí)際針對(duì)建筑外墻應(yīng)用紅外熱像檢測(cè)技術(shù)時(shí)，認(rèn)真結(jié)合建筑外墻材料本身的特點(diǎn)進(jìn)行分析，在光、水、空氣等因素的影響下找到最合適的檢測(cè)方法，進(jìn)而在獲取精確檢測(cè)效果的過程中，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)水平的進(jìn)一步提高。希望本文的以上內(nèi)容能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作者提供幫助，從而促進(jìn)我國建筑外墻檢測(cè)水平的進(jìn)一步提升。

參考文獻(xiàn)

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