红外热像技术及其在房屋检测中的应用

日期:2012年5月31日 09:13     编辑:tjfw

一、红外热像技术介绍

红外技术应用于无损检测领域,其主要的特点是能远距离测量温度,该方法具有非接触、远距离、实时、快速、全场测量等优点,在这些方面,其他的无损检测方法是无法跟它相比的。红外线通过非接触地对外墙饰面进行大面积检测,并可将检测结果以图像的形式直接可看到,热图像可用直接可视的方式进行记录、显示。检测结果通过解析热图像可进行高精度分析。这是其他检测方法所不具备的有利的一面。由于是非接触,因此它不需要象锤击那样在建筑场地架设脚

手架、吊蓝等工具,而是在较短的时间内完成大面积的摄影任务,当然现场操作也只需要少量工作人员就行了,工作效率高。红外热像技术在房屋检测中的应用是一门较新的学科,国内外对此做了一些研究,本文将对红外检测技术及其在房屋检测中的应用分别进行讨论。

1. 1红外热像原理

红外线是介于可见红光和微波之间的电磁波,它的波长范围为0.78~1 000μ m,频率为4 × 1014~3 × 1011hz,在自然界中,任何高于绝对零度(-273℃)的物体都是红外辐射源,由于红外线是辐射波,被测物体具有辐射现象,所以,红外无损检测是通过测量物体的热量和热流来鉴定该物体质量的一种方法,红外热像的理论基于热辐射定律和热传导微分方程。

1.2 红外热像仪

红外热像仪的基本工作原理与闭路电视系统差不多,由摄像机拍摄图像,然后在显示器上显示图象,所不同的是:①普通电视摄像机接受的是可见光,不影响红外线,因而,它在白天、夜间均可以工作;②普通电视摄像机摄像后显示的是人眼能感觉的物体亮度和彩色成分,大多数情况下,图像不反映物体的温度,而热像仪所显示的图像主要是反映物体的温度特性。利用红外热像仪将物体辐射的功率信号转换成电信号后,成像装置的输出信号就可以完全一一对应地模拟扫描物体表面热分布相应的热像图。运用这一方法,便能实现对目标进行远距离热状态成像和测温,并对被测物体的状态进行分析判断。

1.3 热像仪的选择

目前市场上销售的红外线热像装置按波长区域可划分为:35μm波段区域的短波机和8 13 μ m 波段区域的长波机。象建筑物外墙那样的常温物体,长波成份的释放较多,因此,两机相比,一般来说长波机在这方面的图像质量较好。

1.4红外热像检测的优点

红外热像是一种非接触式的测量技术,不会破坏被测温度场。对测量物体表面温度分布,具有比其他测温技术更为显著的优越性。

1 )直观显示物体表面的温度场。红外测温只能显示物体表面某一区域或某一点的温度值,而热像仪则可以同时测量物体表面各点温度的高低,并以图像形式显示出来。

2)温度分辨率高,一般可达0.1℃。

3)可采用多种信号显示。热像仪输出的信号包含目标的大量信息,可采用多种形式显示出来。如对图像进行处理,可以以不同的显示方式表现。

4 )可进行数据存储和计算机处理,可长期保存,可做几何处理。

5 )操作简单。现场检测时只需对准目标,并将信息存储到计算机内,即可完成操作。

6 )携带方便。由于技术改进,现在的红外热像仪体积小,重量轻,单手即可方便地操作。

二、红外热像技术在房屋检测中的应用

根据目前的研究情况,红外热像技术在房屋检测中主要应用在以下几个方面:

2.1 建筑物外墙饰面材料粘结质量检测

当外墙饰面材料粘结质量有问题的时候,在外墙饰面材料之间或与主体结构材料之间就会形成很薄的空气层,由于这个空气层有很好的隔热性能,所以饰面材料空鼓部分使外墙饰面和建筑结构材料之间的热传递就变得很小。混凝土或钢筋混凝土墙体的热容量很大,在正常情况下,外墙表面的温度比结构材料的温度高时,热量会由外墙饰面传递给结构墙体材料;当外墙温度低时,则热量会翻向传递。由于饰面材料空鼓部分与结构材料之间的热传递很少,因此,有空鼓的外墙在日照或外气温发生变化时,比正常墙面的温度变化大。一般来说,日照时外墙表面温度升高,此时,由于空鼓部位的热量未及时传递给饰面基底,所以温度比正常部位的温度低。红外根据这个原理,通过外墙表面温度场的变化来判断饰面工程的质量。

红外热像检测外墙饰面应在无雨、低风速的环境条件下进行,检测时应考建筑物的方位、日照情况、周边环境有无遮挡等因素,选择最佳拍摄时间,对红外图像进行处理分析,判断外墙饰面损坏情况。

实例分析:

该建筑是一幢24层住宅楼,钢筋混凝土剪力墙结构,外墙使用马赛克饰面,建造于上世纪9 0 年代初,经过多年的使用,外墙出现多次马赛克坠落情况,对人民的生命财产形成极大的威胁(1)。为此,我们使用红外热像技术对外墙马赛克饰面情况进行检测(2),从图中红外热像图反映出该部分墙面有大面积空鼓,同时整幢建筑外墙饰面损坏都较为严重,必须对该建筑外墙进行全面维修。在维修过程中发现该处确实存在大面积空鼓(3),可见红外检测具有较高的准确性。

 

2.2墙体渗漏检测

屋面防水层失效和墙面微裂,造成雨水渗漏,红外热像检测技术可以检出水分渗入隐匿部位。由于室内热扩数,阳光被吸收和传导均可使暴露渗漏部位与

周边温度分布的差异,因而可采用红外热像技术加以检测、分析判断(4)

 

2.3

管道渗漏检测

如果建筑物表面深层相对于周围的材料表现出热或凉,则其表面的温度也相应地表现出热或凉,借助红外热像仪可探测出这一深层热或凉的位置。通常称之为热源法。利用这种方法,可以方便地探测出地下管道的位置,如果地下管道隔热层断裂,那么在表面将会产生热点,此类故障可用热像仪直接测得。管道热水泄漏浸透周围区域,使区域导热性增加,从而使周围温度比无泄漏干燥区温度高。据此可探测泄漏部位( 5)

2.4 火灾混凝土建筑物红外热像鉴定

混凝土材料遭受火灾高温作用后,将发生一系列的物理化学变化,诸如水泥石、骨料的相变、裂纹增多,结构酥松多孔,水泥石-骨料界面的开裂、脱节等,使混凝土由表及里逐渐酥松开裂。不同的受火温度、持续时间,将造成不同程度和深度的损伤,使混凝土导温系数α(T)=λ/(c·ρ)发生变化,从而引起材料热传导性能的变化,导致红外辐射随受损情况不同而不同,并可形成不同特征的红外热像图。通过分析受火混凝土的热像特征,即可评定火灾混凝土的受损情况。

2.5 混凝土构件粘钢质量的红外热像检测

采用粘钢法加固混凝土结构是一种常用的加固方法。经过粘钢增强后的结构,混凝土表面被钢板完全覆盖,内部界面的粘结情况无法从外界直接用肉眼观察到,而钢板的粘结情况将极大影响加固的效果。使用红外热像法进行粘钢质量的检测,主要是根据当钢板和混凝土表面脱粘时,则会在钢板和混凝土表面形成空气层。空气层具有良好的隔热性能,其气体导热系数较小,远小于粘结剂的导热系数。当通过外部热源给钢板加热,热量由钢板向混凝土中传递时要经过粘结界面。在粘结界面,由于脱粘部分的空气导热系数小,因此在此处因热量堆积形成"热点"。而红外热像仪对表面温度极其敏感,其温度分辨率可以达到0.1℃,可在红外热像图上显示出钢板表面的温度分部情况,从而可推出界面的粘结质量。

三、结论

通过对红外热像检测技术基础及房屋外墙检测、房屋渗漏检测、火灾混凝土建筑物红外热像鉴定、混凝土构件粘钢质量的红外热像检测等相关实例的应用情况进行分析可知,红外热像法具有非接触、大面积、实时检测等特点,能补充传统检测手段的不足,具有较好的准确性。可以预见红外热像技术在房屋检测中具有广阔的应用前景,许多技术有待在今后的实践中进一步发掘、完善和提高。

 

 

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