红外线扫描测温综合介绍
仪器信息网 · 2011-03-24 00:03 · 11323 次点击
一、生产商及产品介绍
1.红外线测温产品主要生产商
国外比较知名的红外线测温仪厂商主要有美国雷泰(Raytek)、美国爱光(Ircon)、美国FLIR、英国兰德(Land)、英国索马泰克(Thermoteknix)、瑞典艾格玛(Agema)等、法国HGH。
美国雷泰:是世界红外非接触测温仪最大生产厂家,产品销售量居业界之首。成立于1963年立,总部位于美国加州的SantaCruz,分销网遍布个国家和地区,产品分为:便携式(含热像仪)、在线式、线扫描式三大种类,上百个品种。雷泰现在被福禄克(Fluke)公司收购。
美国爱光:有近40年的历史,在全球共销售了约80000件产品(包括各类测温仪、高温计及附件),Ircon在中国的市场主要集中在玻璃行业。爱光现在被福禄克收购,划归到雷泰公司旗下,作为对雷泰公司产品线的补充。
美国FLIR:FLIR成立于1978年,1990年并购了工业红外成像公司HughesAircraftCo,1997年并购了瑞典的艾格玛(Agema)公司,1999年收购了美国的Inframetrics公司,是世界上生产热像仪的领先产商,主要产品是热像仪和夜视仪。
英国兰德:LAND现在被阿美泰克收购,现在也是世界品牌。LAND在中国的市场主要集中在钢铁行业。
英国索马泰克:主要生产红外热像仪,在国内知名度不高。
法国HGH:公司成立于1982年,主要开发一些红外应用系统,并不专业生产红外测温仪,在国际上没什么知名度,从2003年开始在国内水泥行业作了大量的宣传推广工作,在中国水泥行业有一定的知名度。
2.线扫描测温仪主要产品
线扫描测温仪主要产品有雷泰公司MP150系列、爱光公司ScanIRII系列、兰德公司LANDSCANPRO系列、艾格玛THP系列、索马泰克和HGH公司型号不详。
3.用于水泥窑的线扫描测温仪
雷泰MP150HR,爱光S251-07C10,兰德LSP6,艾格玛THP7KLN,索马泰克、HGH的型号不详。
4.国外生产水泥窑筒体扫描测温系统厂商及产品
美国雷泰公司CS200E系统:采用雷泰MP150HR线扫描仪,包含控制箱、环境保护箱、位置编码器、软件等,不包计算机和电缆。
丹麦史密斯公司ECS/CemScanner系统:采用艾格玛公司的THP7KLN线扫描仪,包含扫描仪柜、环境保护箱、KPE柜、数据采集卡、KPE窑位置编码器软件等。史密斯公司是一家专业从事水泥生产设备的公司,随着水泥生产设备的逐步国产化,现已逐渐退出中国市场。
法国HGH公司KILNSCAN21系统:HGH公司因不对外公布技术文档,宣传资料上没有性能指标描述,KILNSCAN21的技术参数和配置不祥。
爱光、兰德、艾格玛和索马泰克等几家线扫描测温仪生产商是否有专用于水泥窑的测温系统和软件,目前还没有了解到。
二、红外测温原理
1.红外测温理论基础
红外线是一种电磁波,位于可见光红光外端,在绝对零度(-273℃)以上的物体都辐射红外能量,是红外测温技术的基础。
在同一波长下,不同温度辐射的能量是不同的,温度越高辐射的能量越强,不同温度的辐射曲线永不会相交,利用此特性测量同一波长下的红外能量强度,即可测出该物体的温度,选择不同波长,其测温范围和精度是不同的。从右图可以看出短波段测量高温精度高,而长波段测低温的精度高。
雷泰公司用于水泥窑测温的扫描仪MP150HR,选择波长在3.5~4微米的区间测温,从上图可以看出在中低温段有较高的测量精度,MP150HR的测温范围在100~650℃。
2.碲镉汞(HgCdTe)红外传感器
红外传感器由碲、镉、汞三种半导体物质按一定比例混合,在金属衬底上涂一个10~20微米的涂层并经硬化处理,安装在微型热电制冷器冷端的表面,密封在一个金属壳内(见右图)。壳体顶端开有一个红外窗口,用白宝石密封,保证透光率在80%以上。
红外传感器接受红外辐射时电导率会发生变化,在施加一定偏置电流的条件下,输出的电信号随红外辐射的强度变化而改变。碲镉汞红外传感器具有探测灵敏度高、响应时间快、覆盖波段宽、使用方便等特点。
碲镉汞(HgCdTe)红外传感器是红外扫描仪侧温的关键元件。
三、对线扫描仪的主要技术指标的探讨
1.扫描角度
扫描角度又称视场角,是指扫描一条数据线时从扫描仪到第一点和到最后一点与之间的夹角。不同厂家有不同的选择,有45°,90°、120°、140°几种规格,是不是扫描角度越大就越好呢?
从理论上讲,只有当被测物体表面与扫描仪镜头垂直时,测量效果才最好。下面所附图一是140°视场角安装示意图,图二是90°视场角安装示意图,两者都假设窑长为60米,以100∶1的距离系数的扫描仪为例。
图一中,窑两端到扫描仪的距离是32米,探测斑点的直径是0.32米,由于扫描线与窑的夹角是20°,探测斑点的投影椭圆长轴=0.32/Sin(20°)=0.94米。
图二中,窑两端到扫描仪的距离是42米,探测斑点的直径是0.42米,由于扫描线与窑的夹角是45°,探测斑点的投影椭圆长轴=0.42/Sin(45°)=0.59米。
从上面分析看出,扫描角度越大,其探测点直径就越大,所以并不是角度越大越好,其实是越小越好,所以大多数扫描仪厂家将扫描角度限制在90°,LAND公司将其扫描仪最大角度限制在80°。用于造纸和扎钢的扫描仪一般取45°,雷泰公司扫描仪提供45°、90°两种角度供用户选择。
2.扫描点数
扫描点数要和距离系数一同综合考虑。
例1、假设扫描仪距离系数为100∶1,扫描点数为5000点/线,窑长为60米,按照图二的标准安装方式,其在窑中部最小的探测热点直径是0.3米,两端的最小的探测热点直径是0.42米,取平均值0.36米,其实际有效点数=60m/0.36m=167点,其实很多点是重叠在一起的。
例2、假设扫描仪距离系数为1000∶1,扫描点数为1250点/线,窑长为60米,按照图二的标准安装方式,其在窑中部最小的探测热点直径是0.03米,端的最小的探测热点直径是0.042米,取平均值0.036米,其实际有效点数=60m/0.036m=1670点,1250点-1670点=-420点,点与点之间存在间隙,将有部分地方可能探测不到。
扫描点数与距离系数必须要安排在一个合理的范围之内,才能保证测量效果最好。
3.扫描频率
随着水泥工艺越来越发达,回转窑直径不断增大,转速不断加快,较快的扫描频率是必须的。
要想窑每转1°读取一条扫描线,以窑转速4转/分钟为例,每秒钟至少要读取24条扫描线数据,考虑到数据传输需要一定时间,扫描频率至少要达到40Hz才能满足要求。
4.通讯方式
随着扫描频率提高和扫描点数的增加,扫描仪传输数据倍增,传统的RS232/RS485通讯的方式已不能满足要求,以太网TCP/IP通讯可以满足条件。
四、技术澄清
近年来有人在终端客户面前宣扬一个新品牌的胴体扫描系统,其品牌型号为JUDSONJ15TE,为此我方作了大量调查工作。
JUDSON公司的J15TE只是一个电子元器件(感光元件),而不是红外线扫描头。
红外线扫描头主要组成部分是:红外线透镜、高速电机、红外感光元件、信号放大、AD转换器、数字信号处理(DSP)、通讯模块、标准黑体、嵌入式软件等部分组成。整个扫描仪是光、机、电一体化系统。
J15TE只是一个感光电子元件,在整机技术比重中占不到千分之一。红外传感器由碲、镉、汞三种半导体物质按一定比例混合,在金属衬底上涂一个10~20微米的涂层并经硬化处理,安装在微型热电制冷器冷端的表面,密封在一个金属壳内(见右图)。
红外传感器接受红外辐射时电导率会发生变化,在施加一定偏置电流的条件下,输出的电信号随红外辐射的强度变化而改变。
在国内进口扫描仪品牌中从来没有JUDSON,这家公司只从事此电子元器件的生产,并不设计制造扫描仪系统。JUDSON的红外感光元件主要用在低端的手持式测温仪上。国内几家公司在自己生产的红外线扫描头中使用了该元件,就声称其为进口产品,其实是欺骗客户的说法。
雷泰MP150整机由美国福禄克雷泰公司设计并制造,公开报价2.4万美元。国产扫描仪头成本不到1万元人民币。
国产扫描头最大的缺点是测温偏差很大,故障率极高,没有内置校准温度的黑体,信号处理简单。