一、什麼是紅外熱成像
光線是大家熟悉的。光線是什麼？光線就是可見光，是人眼能夠感受的電磁波。可見光的波長為：0.38—0.78微米。比0.38微米短的電磁波和比0.78微米長的電磁波，人眼都無法感受。比0.38微米短的電磁波位於可見光光譜紫色以外，稱為紫外線，比0.78微米長的電磁波位於可見光光譜紅色以外，稱為紅外線。紅外線，又稱紅外輻射，是指波長為0.78~1000微米的電磁波。其中波長為0.78~2.0微米的部分稱為近紅外，波長為2.0~1000微米的部分稱為熱紅外線。
照相機成像得到照片，電視攝像機成像得到電視圖像，都是可見光成像。自然界中，一切物體都可以輻射紅外線，因此利用探測儀測定目標的本身和背景之間的紅外線差並可以得到不同的紅外圖像，熱紅外線形成的圖像稱為熱圖。
目標的熱圖像和目標的可見光圖像不同，它不是人眼所能看到的目標可見光圖像，而是目標表面溫度分布圖像，換一句話說，紅外熱成像使人眼不能直接看到目標的表面溫度分佈，變成人眼可以看到的代表目標表面溫度分佈的熱圖像。
二、 紅外熱成像的特點
有位著名的美國紅外學者指出：「人類的發展可分為三個階段。第一個階段是人類通過製造工具，擴展體力活動的能力，第二階段通過提高判斷能力，尋求更清晰和更廣泛的理解與判斷事物的標準，而人類近年來致力的增強獲得輸入信息的能力，擴大感覺範圍或增添新的感官，使我們的大腦能接受更多的信息，正是人類發展的第三階段。在這個階段中，紅外技術的發展已經把人類的感官由五種增加到六種」 。這一席話，我認為恰如其分的道出了紅外成像技術在當代的重要性。因為，我們周圍的物體只有當它們的溫度高達1000℃以上時，才能夠發出可見光。相比之下，我們周圍所有溫度在絕對零度（-273℃）以上的物體，都會不停地發出熱紅外線。例如，我們可以計算出，一個正常的人所發出的熱紅外線能量，大約為100瓦。所以，熱紅外線（或稱熱輻射）是自然界中存在最為廣泛的輻射。熱輻射除存在的普遍性之外，還有另外兩個重要的特性。
1．大氣、煙雲等吸收可見光和近紅外線，但是對3~5微米和8~14微米的熱紅外線卻是透明的。因此，這兩個波段被稱為熱紅外線的「大氣窗口」 。利用這兩個窗口，可以使人們在完全無光的夜晚，或是在煙雲密布的戰場，清晰地觀察到前方的情況。
2．物體的熱輻射能量的大小，直接和物體表面的溫度相關。熱輻射的這個特點使人們可以利用它來對物體進行無接觸溫度測量和熱狀態分析，從而為消防等電氣火災預知性檢測等方面提供了一個重要的檢測手段和診斷工具。
三、紅外熱成像儀
根據物體能夠發射紅外線的特點，各國競相開發出各種紅外熱成像儀器。
美國德克薩斯儀器公司（TI）在1964年首次研製成功第一代的熱紅外成像裝置，叫紅外前視系統(FLIR)，這類裝置利用光學元件運動機械，對目標的熱輻射進行圖像分解掃描，然後應用光電探測器進行光——電轉換，最後形成視頻圖像信號，並在熒屏上顯示，紅外前視系統至今仍是軍用飛機、艦船和坦克上的重要裝置。
六十年代中期瑞典AGA公司和瑞典國家電力局，在紅外前視裝置的基礎上，開發了具有溫度測量功能的熱紅外成像裝置。這種第二代紅外成像裝置，通常稱為熱像儀。
七十年代法國湯姆蓀公司研製出，不需致冷的紅外熱電視產品。 九十年代出現致冷型和非致冷型的焦平面紅外熱成像產品，這是一種最新一代的紅外電視產品，可以進行大規模的工業化生產，把紅外熱成像的應用提高到一個新的階段。
七十年代中國有關單位已經開始對紅外熱成像技術進行研究，到八十年代初，中國在長波紅外元件的研製和生產技術上有了一定進展。到了八十年代末和九十年代初，中國已經研製成功了實時紅外成像樣機，其靈敏度、溫度解析度都達到很高的水平。
進入九十年代，中國在紅外成像設備上使用低噪音寬頻帶前置放大器，微型致冷器等關鍵技術方面有了發展，並且從實驗 走嚮應用，主要用途用於部隊，例如攜帶型野戰熱像儀，反坦克飛彈、防空雷達以及坦克、軍艦火炮等。
中國在紅外熱成像技術方面，已經投入了大量人力物力，形成了相當規模的研發力量,在國際上，美國、法國、以色列、中國是這方面的先行者，其它國家包括俄羅斯均處下游水平。
近幾年來，在黨的政策方針指引下，中國的紅外成像技術得到突飛猛進的發展，與西方的差距正在逐步縮小，有些設備的先進性也可同西方同步，相信中國和西方的差距會進一步縮小，尤其在新技術的應用方面更可以獨樹一幟。
四、紅外熱像儀在消防中的作用
火災往往是由不明顯的隱火引發的。這是毀滅性火災的根源，用現有的普通方法，很難發現這種隱性火災苗頭。然而採用紅外熱成像儀，則可以快速有效地發現這些隱火，把火災消滅在最初。
加拿大林業學院早在1975年就開始進行森林防火試驗，從飛機上檢查尚未起燃地潛在火源，加拿大森林研究中心利用直升飛機採用AGA750攜帶型熱成像儀，在一個火災季節中發現15次隱火。穀物糧倉往往會發生自燃現象，這種自燃現象往往時間長、來勢猛、損失大。目前一般採用溫度計測量其糧倉地溫度變化加以防範。採用熱像儀可以準確判定這些火災的地點和範圍，做到早知道早預防，早撲滅。採用熱像儀方便簡單，速度快，撲滅及時。
紅外熱像儀還可以用來探測電氣設備的不良接觸，以及過熱的機械部件，以免引起嚴重短路和火災。
1980年至1983年四年中，我國利用國產的熱像儀對華北電力網內的20座發電廠、8座變電站和24條高壓線的10000多個插頭進行了過熱檢查，發現不正常發熱點500多處，嚴重過熱為100處，由於及時處理，未發生火災事故。在國外，美國保險公司的統計數據表明，在所有電氣設備隱患中的25%以上是引發火災的主要原因，都是由於插頭接觸不良引發的，所以美國國家防火協會的《電氣維修手冊70B》規定，在任何電氣插頭按照規定的力距被緊固之後，只要這個力矩值不變化，以後就不應當再進行緊固。所以製造良好，安裝正常的電氣插頭，根本不需要定期緊固，只有發現其功能異常和其過熱才要去處理。
對於所有可以直接看見的設備，紅外熱成像產品都能夠確定所有連接點的熱隱患。對於那些由於屏蔽而無法直接看到的部分，則可以根據其熱量傳導到外面的部件上的情況，來發現其熱隱患，這種情況對傳統的方法來說，除了解體檢查和清潔接頭外，是沒有其它的辦法。斷路器、導體、母線及其它部件的運行測試，紅外熱成像產品是無法取代。然而紅外熱成像產品可以很容易地探測到迴路過載或三相負載的不平衡。
美國MAI公司對許多已經進行過一般電氣預防性設備做紅外熱成像產品檢查，發現其中不少已接受過維修的設備仍然存在電氣故障。例如一個重要電子產品生產廠家，這個公司對其電氣設備每兩年進行一次停電維修。在這停電運行期間，進行設備清掃，對所有連接點緊固和斷路器的跳閘試驗。並對高、低壓開關裝置安裝進行測試。在傳統維修之後進行的紅外熱成像產品檢查，仍然確定了一些隱患。在不同設備上發現的嚴重隱患有19個，一般隱患有179個。這些嚴重隱患是指被測設備的表面溫度超過NEMA或UL的最大設計溫度。大多數隱患是在電動機控制設備上發現的，另外也在開關裝置和動力盤上發現一些隱患。又例如一個聯邦政府辦公用建築物內一個主要電動機控制中心發生火災之後，每六個月對設備進行一次預防性維修。在這次火災之後進行過兩次維修，又進行一次紅外熱成像產品檢查，其結果是：嚴重隱患預防維修之前為3個，而預防維修之後還是3個。所以紅外熱成像產品檢查的必要性是顯而易見的。
此外，使用紅外熱成像產品代替傳統方法的清掃和緊固可以節省大量費用。這種節約有兩個原因：首先是紅外熱成像產品檢查進行的十分快，而不像傳統的方法那樣花費大量人力去進行設備的清掃和緊固。另外紅外熱成像產品檢查在進行時，不要求設備停電，而只是在找出隱患后，在進行修理時才要求短時間停電。並且為修理個別隱患的停電只是局部性的，停電時間很有限，甚至可能安排在計劃停電時間內進行修理。下面是幾個例子。
1、美國的一個《資產管理公司》推行一個包括所有電動機控制設備、照明、動力盤和開關裝置的完整維修項目（不包括斷路器跳閘試驗）。其收費標準根據工作量而定，一個典型的辦公大樓（250,000平方英尺，10層）平均維修費用為6,500美元。同樣的大樓進行紅外熱成像產品檢查，只要一天便可以完成對所有電動機控制，配電盤和開關裝置的檢查（並包括各種機械設備），其紅外熱成像產品檢查服務費大約為600美元到800美元。因此，紅外熱成像產品的費用僅是傳統方法費用的1/10。
2、一個《電子設備製造廠》在簽定紅外熱成像產品檢查合同之前，是採用4天停電，由3個組5個電工進行傳統維修，工人每天工作為12小時，以便清潔和緊固所有開關裝置、電動機控制設備和動力盤中的連接點。這些工作的人工費用為30,000美元。對於同樣設備的紅外熱成像產品檢查也進行了4天，並在2個工廠工人協助下完成，其費用只有3,000美元。
3、一個大型《辦公/旅館/售貨商業綜合樓》每三年進行一次高、低開關裝置的傳統維修，在維修期間花在清潔和緊固工作上的費用至少有20,000美元。而對同樣設備進行紅外熱成像產品檢查則只用12小時，花費僅2,000美元，發現了12隱患，其中兩個為能引發火災的嚴重隱患。
4、通過紅外熱成像產品檢查和分析，一家《美國小型工廠》每年將耗費由160個減少到40個工時。如按25美元/小時的費用（包括加班）計算每年節省120小時，也就是可以節省3000美元。
根據美國的上述經驗，用紅外熱成像產品檢查代替傳統維修中的定期清掃和緊固工作，可以節約費用50%—90%，並可有效防止火災的發生。例如在1985年7～8月期間，華盛頓郵報根據幾乎每天都發生的許多電氣設備停電事故，在頭版上描述了這些事故造成的火災、人身傷亡、財產破壞和在生產、稅收方面的損失。例如其中當地一家旅館的一次設備停電事故，就造成了六百五十萬美元的損失。為了避免上述停電事故，許多單位常常花費很多錢執行預防性維修工作。不幸的是這些工作不但經常發現不了存在的隱患，而且還可能造成新的電氣隱患。所以電氣設備的紅外熱成像產品檢查，在很多方面可以代替傳統的預防性維修工作。
美國《設備運行和生產控制技術》第375號公報指出：無論是新的或者舊的建築物，都能從紅外熱成像產品檢查中受益。美國有近50個公司提供紅外熱成像產品檢查服務，為客戶的所有電氣設備、配電系統，包括高壓接觸器、熔斷器盤、主電源斷路器盤、接觸器、以及所有的配電線、電動機、變壓器等等，作紅外熱成像檢查，以保證客戶的所有運行的電氣設備不存在潛伏性的熱隱患，有效的防止火災的發生。美國保險公司的統計數據也已經表明，對所有電氣設備進行紅外熱成像產品檢查，可使不安全因素大大降低，並且節省大量保險費的支出。下面是一些需要進行紅外熱成像產品檢查的設施：
1、各種電氣裝置：可發現接頭鬆動或接觸不良，不平衡負荷，過載，過熱等隱患。這些隱患可能造成的潛在影響是產生電弧、短路、燒毀、起火。它們的平均修理費用為1萬到5萬美元；更換需要8萬—10萬美元，工期為幾個星期到幾個月。
2、變壓器：可以發現的隱患有接頭鬆動，套管過熱，接觸不良（抽頭變換器），過載，三相負載不平衡，冷卻管堵塞不暢。其影響為產生電弧、短路、燒毀、起火。重繞需要經費1萬到5萬美元，更換為8萬—14萬美元，工期為幾個星期或幾個月。
3、電動機、發電機：可以發現的隱患是軸承溫度過高，不平衡負載，繞組短路或開路，碳刷、滑環和集流環發熱，過載過熱，冷卻管路堵塞。其影響為有毛病的軸承可以引起鐵芯或繞組圈的損壞，有毛病的碳刷，則可以損壞滑環和集流環，進而損壞繞組線圈。還可能引起驅動目標的損壞。電機重新繞組圈（5000馬力）需要5～10萬美元，更換需用10萬～20萬美元，工期幾個星期到幾個月。
4、電氣設備維修檢查，屋頂查漏，節能檢測，環保檢查，安全防盜，森林防火，無損探傷，質量控制，醫療檢查等等也很有效益。
此外，就是在北京也有一個使用熱成像進行電氣設備收費檢查的事例：加拿大駐中國大使館新館使用前，曾於1992年9月委託香港一家公司，用美國生產的熱成像設備，對新館內電氣設備進行一次防火及熱隱患全面檢查，並支付了4,000美元的熱像檢查服務費。實際上，不計算準備工作時間，真正用於檢查的時間只有一天。
由於機械或電器設備製造問題引起的火災和爆炸是調查人員經常關心的問題。例如在一座房屋中，因加熱器故障引起火災，裡面一個人因煙霧致死。當對一個落地式加熱器檢查時，只要它與引起火災的那個加熱器完全一樣，取得這種加熱器工作時的熱圖像，便可以看到熱圖像上的熱試驗點（hottest）在高溫限制開關附近，判斷出故障是由銅線引起的，這種故障足以點燃加熱器內部的碎片和粉末，以及保護高限開關的底盒。在熱圖像上看到的高溫亮點超過了電線絕緣的溫度額定值。電線在這種環境中，絕緣老化必然導致短路，引起失火，熱圖像不僅提供了定量的溫度值，而且也對故障產生的方式提供了明顯而直觀的描述。
一個已過熱的皮帶牽引輪，這個皮帶牽引輪力圖驅動一個已閉鎖的壓縮機。從這個試驗中解答的問題是，三角皮帶和皮帶牽引輪之間產生多高溫度可以點燃這個設備附近的可燃性氣體。具有燃點溫度為6000 F的可燃性氣體被點燃，附近的一個壓縮機發生爆炸，造成一個石油加工廠嚴重損壞和人員傷亡。使用捍紅外熱像在輪外緣測量溫度，將獲得的信息作為有限元熱傳導分析的邊界條件，計算結果表明，風機皮帶牽引輪和皮帶之間的溫度超過8000 F 。這個溫度是以點燃可燃性氣體，這些可燃性氣體是由於疏忽從工廠的石油加工廠設備中泄漏出來的。
火災發生后，美國調查人員從目擊者、消防部門、警察和現場搜集證據。在機械或電氣設備可能引起失火的情況中，從過去能量核算或設備分析得到的紅外熱像資料可能是很有用的。例如一個具有過熱馬達和風機皮帶牽引輪的空氣傳送裝置（air hander）的熱圖像。從皮帶和皮帶牽引輪發出的熱很快穿過該設備外邊的金屬外殼，以後如果懷疑這個空氣傳送裝置可能引起火災，這個設備幾乎損壞的紅外熱圖像可以是闡述失火原因觀點的重要基礎。
