使用紅外線窗口進行安全的熱成像檢驗

在危險環境中的熱檢驗系統可能不易執行，若採用紅外線 (IR) 窗口等專用設備便可大幅降低風險。在本文中瞭解紅外線窗口在熱成像環境中的工作原理，以及如何選擇和運用紅外線窗口。

首先說明一些定義。紅外線光譜位於電磁波譜的微波和可見光區域之間。紅外線輻射是一種肉眼無法看見的熱能，俗稱為熱 (heat)。紅外線熱影像技術，也稱為熱成像技術，是一種非接觸式偵測和測量溫差的方式，藉由分析紅外線輻射等級並以圖像顯示結果。

此圖像 (通常稱為熱圖) 使用顏色表示溫度，每種顏色代表一個特定的溫度範圍。以運作中的馬達為例，其熱圖 (圖 1) 顯示馬達中各區域的溫度。熱圖側邊的刻度顯示顏色對應的溫度。

圖 1：運轉中的馬達的熱圖，其顏色表示馬達各部分的溫度。(圖片來源：Fluke Electronics)

熱圖由紅外線熱成像攝影機 (亦稱為熱像儀) 生成。與傳統攝影機不同，熱成像攝影機可回應長波紅外線輻射，顯示受測裝置的熱特徵，所產生的紅外線影像通常與可見光譜影像有明顯差異。許多紅外線攝影機還涵蓋一個可見光攝影機，可以與紅外線影像搭配，同時擷取逐像素的標準可見光譜影像。將這兩種影像結合，可增加結構細節，並為溫度資料提供實體背景，使其更容易解讀。

熱成像技術的應用

熱成像技術有很多應用。例如，可用來偵測配電盤過熱，以指出高電阻連接或導體過載。在機械系統中，熱成像技術可以偵測馬達繞組和軸承缺陷。在建築應用中，可用來定位建築物中的熱損失。此外，也可在安全應用中偵測動物和人員入侵。

相較於其他監測技術，熱成像技術不需要與受測裝置進行實體接觸，此為其優勢。此能力在某些特定應用中很重要，如受測裝置需在高溫下運作、承載高電壓，或必須在運作時進行測量。

紅外線和多光譜窗口

在一些熱成像技術的應用中，技術人員進行測量時可能會暴露於危險之中。像是配電盤的電氣崩潰會導致電弧閃光，產生極高的溫度和照度。此外，故障還會產生電弧爆炸；這是一種超音速衝擊波，會產生震耳欲聾的噪音和過熱的彈片，導致嚴重傷害。即使電壓低至 120 V，也可能發生電弧事件，但電弧事件在電壓升高時更容易發生。

雖然可以使用個人防護設備 (PPE) 防禦電弧事件，但更安全、更低成本的替代方案是使用檢查窗口隔離和保護人員。

紅外線或多光譜窗口讓使用者無需打開電氣面板和外殼即可查看內部，防止人員暴露於電弧閃光和爆炸，提高安全性 (圖 2)，因此有助於更有效進行熱成像。

圖 2：圖為安裝在控制面板上的紅外線窗口範例。此窗口可用於查看熱成像攝影機。(圖片來源：Fluke Electronics)

Fluke Electronics 提供與其紅外線攝影機和熱成像系統相容的紅外線窗口。

ClirVu CLKT 和 ClirVu CV 窗口為技術人員和工程師提供關鍵保護，人員無需打開面板或外殼即可查看檢驗區域。紅外線窗口是固定裝置，由耐電弧的晶體光學元件製成，安裝在高強度合金壓鑄框架中，並配有高壓墊圈，可有效為電弧爆炸提供防護。此光學窗口由氟化鈣 (CaF₂) 製成，並塗上 Fluke 的寬頻 ClirVu 塗層，以提高紅外線透射率並防止受潮降解。保護蓋可以保護光學元件不受灰塵和意外損壞。其連續工作溫度範圍為 -40 至 232°C (-40 至 450°F)。

這兩個系列均提供直徑 2、3、4 in (50、75、100 mm) 的窗口，以及三種不同的閂鎖類型選擇 (圖 3)。

圖 3：這些 CLKT 和 CV 窗口範例顯示可用的閂鎖選項。(圖片來源：Fluke Electronics)

Fluke 的 CV301 (圖 3，中) 是 3 in (75 mm) 的紅外線窗口，採用安全鑰匙閂鎖機制。此元件的 4 in (100 mm) 窗口版本是 Fluke 的 CV400 (圖 3，右)。此窗口採用手動旋轉閂鎖機制，無需安全鑰匙。Fluke 的 FLK-050-CLKT (圖 3，左) 具有 2 in (50 mm) 附旋轉閂鎖的窗口。CLKT 系列包含多光譜窗口，運用 Fluke 的 QUADRABAND 光學技術。此光學鏡片不僅可以用於短波、中波、長波紅外線，還可以處理紫外線和可見光。可在相容的紅外線成像儀中顯示融合影像，結合紅外線和可見光檢視，呈現更直觀的圖像。

CV 系列經過 30 次循環測試，可承受高達額定 63 kA 的電弧事件。CLKT 系列可承受額定 30 個週期的 50 kA 電弧事件。

這些窗口符合多項安全、電弧測試、環境相容性標準。

選擇紅外線窗口

選擇紅外線窗口時，首先要確定您所需的檢驗項目，以及是否可以使用您計畫中的紅外線窗口和紅外線攝影機組合。攝影機的視野及其與窗口的對位也需注意；窗口的視野由窗口尺寸及從窗口到目標的距離決定 (圖 4)。

圖 4：窗口的視野取決於窗口尺寸及窗口到目標的距離。(圖片來源：Fluke Electronics)

圖 4 中的表格顯示三種不同尺寸窗口 (50、75、100 mm) 的視野以及窗口到目標的距離。圖中顯示三種不同尺寸的窗口距離目標處 12 in (30.48 cm) 的視野。視野範圍隨著窗口尺寸和與目標距離的增加而增加。

結論

紅外線和多光譜窗口是安全診斷熱成像的關鍵。可將測試人員與潛在有害電弧事件、高溫、運轉的機械隔離，同時允許使用熱成像裝置。