红外检测技术在医药学中的应用
1摘要
近红外（NIR）谱区是人类认识最早的非可见光谱区，波长范围在0.75—2.5 m之间，用波数表示时则在13330—4000cm-1之间。由于近红外的吸收谱带复杂，谱峰重叠，信号弱，在分析上难以应用，长期以来没有受到人们的重视。近十多年来，随着近红外仪器的改良，新的光谱理论和光度分析方法的建立，特别是计算机技术和化学计量学的广泛应用和迅速发展，使近红外光谱技术成为目前发展最快、最引人注目的分析技术，并以其简单快速、实时在线、无损伤无污染分析等特点，在复杂物质的分析上得到广泛应用。在包括制糖和制药的许多与化学分析和品质管理有关的行业中的应用前景极其广阔。
2现代红外光谱分析技术
现代近红外光谱（NIR）分析技术是近年来分析化学领域迅猛发展的高新分析技术，越来越引起国内外分析专家的注目，在分析化学领域被誉为分析“巨人”，它的出现可以说带来了又一次分析技术的革命。
我国对近红外光谱技术的研究及应用起步较晚，除一些专业分析工作人员以外，近红外光谱分析技术还鲜为人知。但1995年以来已受到了多方面的关注，并在仪器的研制、软件开发、基础研究和应用等方面取得了较为可喜的成果。但是目前国内能够提供整套近红外光谱分析技术（近红外光谱分析仪器、化学计量学软件、应用模型）的公司仍是寥寥无几。随着中国加入WTO及经济全球化的浪潮，国外许多大型分析仪器生产商纷纷登陆中国，想在第一时间占领中国的近红外光谱分析仪器市场。由此也可以看出近红外光谱分析技术在分析界炙手可热的发展趋势。在不久的未来，近红外光谱分析技术在分析界必将为更多的人所认识和接受。
现代近红外光谱分析是将光谱测量技术、计算机技术、化学计量学技术与基础测试技术的有机结合。是将近红外光谱所反映的样品基团、组成或物态信息与用标准或认可的参比方法测得的组成或性质数据采用化学计量学技术建立校正模型，然后通过对未知样品光谱的测定和建立的校正模型来快速预测其组成或性质的一种分析方法。
与常规分析技术不同，近红外光谱是一种间接分析技术，必须通过建立校正模型（标定模型）来实现对未知样品的定性或定量分析。具体的分析过程主要包括以下几个步骤：一是选择有代表性的样品并测量其近红外光谱；二是采用标准或认可的参考方法测定所关心的组
分或性质数据；三是将测量的光谱和基础数据，用适当的化学计量方法建立校正模型；四是未知样品组分或性质的测定。由近红外光谱分析技术的工作过程可见，现代近红外光谱分析技术包括了近红外光谱仪、化学计量学软件和应用模型三部分。三者的有机结合才能满足快速分析的技术要求，是缺一不可的。
与传统分析技术相比，近红外光谱分析技术具有诸多优点，它能在几分钟内，仅通过对被测样品完成一次近红外光谱的采集测量，即可完成其多项性能指标的测定（最多可达十余项指标）。光谱测量时不需要对分析样品进行前处理；分析过程中不消耗其它材料或破坏样品；分析重现性好、成本低。对于经常的质量监控是十分经济且快速的，但对于偶然做一两次的分析或分散性样品的分析则不太适用。因为建立近红外光谱方法之前必须投入一定的人力、物力和财力才能得到一个准确的校正模型。
近红外光谱主要是反映C-H、O-H、N-H、S-H等化学键的信息，因此分析范围几乎可覆盖所有的有机化合物和混合物。加之其独有的诸多优点，决定了它应用领域的广阔，使其在国民经济发展的许多行业中都能发挥积极作用，并逐渐扮演着不可或缺的角色。主要的应用领域包括：石油及石油化工、基本有机化工、精细化工、冶金、生命科学、制药、医学临床、农业、食品、饮料、烟草、纺织、造纸、化妆品、质量监督、环境保护、高校及科研院所等。在石化领域可测定油品的辛烷值、族组成、十六烷值、闪点、冰点、凝固点、馏程、MTBE含量等；在农业领域可以测定谷物的蛋白质、糖、脂肪、纤维、水分含量等；在医药领域可以测定药品中有效成分，组成和含量；亦可进行样品的种类鉴别，如酒类和香水的真假辨别，环保废弃物的分检等。
3近红外光谱技术的发展历史
近红外光谱技术的发展大体上可分为5个阶段。在发现近红外谱区后的150年中，其应用极为有限，被行内人士称为“被遗忘的谱区”。直到20世纪50年代，由于近红外仪器的进步和Norris等人所做的大量研究工作，近红外光谱分析技术首先在农产品品质快速分析中得到广泛应用。由于经典近红外光谱分析的灵敏度低、抗干扰性差，该项技术的研究和应用进入了一个沉默时期。 80年代以后，计算机技术的飞速发展，带动了仪器数字化和化学计量学（Chemometrics）学科的发展，也使以弱信号和多元信息处理为基本特征的近红外光谱分析获得了技术支持和依靠。90年代以后，近红外光谱技术步入快速发展时期。计算机技术、数字化仪器和化学计量学方法的有机结合，形成了现代近红外光谱技术。化学计量学方法和分析软件成为现代近红外光谱技术的重要组成部分。在欧美等发达国家中近红外光谱分析仪已成为品管实验中必备的仪器。
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4红外光的区划
红外线：波长在0.76~500μm (1000μm) 范围内的电磁波
近红外区（NIR）:0.76~2.5μm（760~ 2500nm）-OH和-NH倍频吸收区中红外区（MIR）:2.5~25μm （4000~ 400cm-1）振动、伴随转动光谱远红外区（FIR）:25~500μm 纯转动光谱
紫外-可见（UV-VIS）:190 ~900nm 电子光谱
5红外光谱的作用
绝大多数有机化合物的基频吸收带出现在MIR光
区。基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，最适于
进行红外光谱的定性和定量分析。中红外光谱仪最为
成熟、简单，因此它是应用极为广泛的光谱区。通常,
中红外光谱法又简称为红外光谱法。
红外光谱是鉴别物质和分析物质化学结构的有效
手段，已被广泛应用于物质的定性鉴别、物相分析和
定量测定，并用于研究分子间和分子内部的相互作用
6近红外光谱技术的特点
与传统化学分析方法相比，近红外光谱分析技术有鲜明的技术特点
1、分析速度快。扫描速度快，可在数十秒内获得一个样品的全光谱图，通过数学模型既可快速计算出样品的浓度。
2、多种成分同时分析。一次全光谱扫描，可获得多种成分的光谱信息，通过建立不同的数学模型，就可定量分析样品的多种物质成分。
3、无污染分析。样品不需特别的预处理，不使用有毒有害试剂。根据样品的物质状态和透光能力采用透射或漫反射方式测定，可直接测定不经预处理的液态、固态或气态样品。
4、无损伤分析。测定过程不破坏或消耗样品，不影响外观、内在结构和性质。
5、实时分析和远距离测定。实时在线分析特别适合工业生产上应用。利用光导纤维技术远离主机取样，将光谱信号实时传送回主机，直接计算出样品成分的含量。
6、操作简单，分析成本低。除需要电能外，不需要任何耗材，大大地降低测试费用。操作上不需要专门技能和特别训练。
近红外光谱分析技术也有其固有的弱点。该项技术是一种间接的分析技术，它必须依赖常规的化学分析方法，测定出特定背景范围内多个标准样品成分的化学值，利用化学计量学方法建立数学模型，并通过数学模型计算待测样品的成分含量。数学模型预测的准确性与常规化学分析的准确性、建模样品的代表性、模型使用的合理性有很大关系。另外，近红外光谱分析的测试灵敏度较低，待测样品的成分含量一般不少于0.1%。
7近红外仪器的类型和特点
近红外光谱仪器已由传统的滤光片型、光栅色散型，发展到目前流行的主导产品傅立叶变换型。
滤光片型仪器是主要用于专用分析仪器。该类仪器的波长准确性差，测量准确性也就差，建立的数学模型不能转移。由于滤光片镀膜分子经常变化，引起内部波长漂移，所建立的分析数学模型要经常校正误差，使用很麻烦，应用局限性大，数学模型不能传递。该类仪器的价格也便宜。
光栅色散型仪器是70-80年代常用的仪器类型，其采用全息光栅分光、PbS或其他光敏元件作检测器，有较高的信噪比，但波长准确度仍较低，数学模型仍不能传递。仪器中可动部分可能磨损，影响光谱采集的可靠性，不适合在线分析。该类仪器的价格较滤光片型仪器贵。
傅立叶变换近红外光谱仪是90年代中期以后市场的主导产品，其较传统的滤光片型和光栅色散型近红外光谱仪有更为明显的优点，表现为波长准确度和分辨率更高、扫描速度更快、不受自然散光影响、检出限量高等；由于这些优点，用户在使用时不需要对仪器进行外部校准，数学模型在同类型仪器间转移和传递成为可能。另外，光导纤维探头和积分球采样系统等附件的应用，对不规则样品的分析测定就更加方便。样品的形态可以是固体、粉末状、颗
粒状、液体，甚至气体。可远距离提取样品光谱信息，从而实现在线分析。这些技术的发展，大大拓宽了近红外光谱分析的应用范围。该类仪器价格较贵。
8 NIR-AOTF光谱技术
近红外光谱最突出的研究进展是能够实现药品和食品生产的在线过程控制，因此在多种物质品质检测方面有着良好的应用前景和市场潜力。
NIR-AOTF是20世纪90年代近红外光谱（near-infrared spectroscopy，NIR）最突出的进展——声光可调（acousto-optic tunable filter，AOTF）近红外光谱仪。它不仅结构简单、体积小、重现性好，而且采用了全固态一体化的密封设计，具有优异的抗震性能，且对温度、湿度、灰尘均有较好的适应性。NIR-AOTF在国外主要用于制药过程控制，推广NIR-AOTF 光谱技术在制药过程控制领域的应用，对提高药品质量有重要意义。
8.1 NIR-AOTF光谱技术的原理和性能
NIR-AOTF的核心分光器件AOTF采用单晶体设计。因设备内部构造简单、光径最短，保证了最大光学效能输出，满足了生产在线快速无损检测需求。
近红外光谱区（780～2 526 nm）的光谱信息来源于分子内部振动的倍频吸收和合频吸收。传统的近红外光谱分析的专一性差、模型性能不稳定、难以实现在线检测[1,2]。随着计算机技术和光学技术的迅速发展，NIR-AOTF除具有传统近红外傅立叶变换分光系统的优点外[3]，还具有以下性能：（1）信噪比比傅立叶变换技术高10～100倍，可以检测药物中痕量物质的含量；（2）采用全固化设计，没有任何可移动和转动的部件，具有很好的抗震性能，不仅可随混合器一起转动，而且仪器不需要定期校准，长时间运行数据稳定可靠，适用于在线连续长时间检测；（3）在中药提取和浓缩的在线检测中，仪器不受温度、湿度、灰尘等外界环境的影响，不受管路中气泡的影响，不需预处理就能准确测定提取液和浓缩液中万分之几的低含量指标；（4）光谱测量技术与化学计量学学科有机结合，具有强大的软件功能，包括光谱采集软件SNAP!2.03和化学计量学软件The Unscrambler，这些软件集成仪器能够在线实时显示各项指标数据，精度高，移植性好
8.2 NIR-AOTF光谱技术在制药过程控制中的应用进展
NIR-AOTF在制药工业中的应用日趋广泛，从药物的定性、定量分析，到生产过程各阶段如提取、浓缩、合成、混合、干燥、压片及包装等的在线监控，表现出巨大的潜力。
8.2.1 在原料药分析中的应用
Ulmschneider等[4]用近红外直接识别了装在密闭玻璃瓶里的9种活性药物中间体，并发展了一个用于判别分析的可转移的基础光谱库。Blanco等[5]提出了建立用于药物原料识别近红外光谱库的步骤和策略，使用相关系数作为判别准则，库中化合物的数量可根据需要扩容。对于用近红外谱图库难以细分的相似物，他们提出建立层叠子库的设想，即用马氏距离或者残余方差方法进一步识别，能够分类和判别，效果良好。Li等[6]用近红外定标模型，根据原料药在不同温度及湿度条件下A、B 2种晶型有着不同的物理性质，对晶型B进行了离线和在线过程监控，效果较满意。
8.2.2 在药物制剂质量控制中的应用
制剂过程控制分析是药物分析的重要研究内容。NIR-AOTF的最大特点是操作简便、快速，不破坏样品进行原位测定，不使用化学试剂，不必预处理样品，可直接分析颗粒状、固体状、糊状、不透明的样品。这些特点使得NIR-AOTF特别适宜于在线的过程控制分析。
（1）粉末混合过程控制
El-Hagrasy等[7]用近红外光谱对水杨酸和乳糖粉末的混合均匀性进行在线监测。验证分3个阶段。第1阶段，收集样品的特征光谱，筛选出最有效的光谱区域，模拟混合过程并建立定标模型；第2阶段，改变混合条件，利用前面建立的模型预测混合的均一性。结果与传统HPLC检测对应点的分析值之间相关性良好，证明近红外光谱可以对不同混合条件下的样品进行均匀性鉴别；第3阶段，将校正模型用于生产。结果表明，在特定光谱区域内，NIR-AOTF 作为一种对药物混合均匀性的“实时”的非侵入式分析方法是可行的、有效的。不仅如此，混合物的颗粒大小也能得到很好的鉴别。
徐晓杰等[8]采用偏最小二乘法检测六味地黄丸生产粉末的混合均匀度，建立的方法基本可以满足药品生产过程中粉末混合均匀度测定的要求，并提出通过加大样本量以及扩大设计浓度范围。NIR-AOTF可用于六味地黄丸粉末混合过程的质量控制，为中药生产现代化、粉末混合过程的实时在线质量控制提供了好方法。
（2）包衣过程监控
Petri等[9]发现，片剂样品近红外光谱的变化与包衣厚度相关。他们进一步考察了NIR-AOTF在片剂包衣过程监控中的应用。在用乙基纤维素（EC）或羟丙基纤维素（HPMC）进行包衣的过程中，按一定的时间间隔取样，测定片剂样品的近红外光谱。采用二阶导数变换和多元散射校正2种方法处理光谱，然后用主成分分析建立计算包衣厚度的校正模型。由于
NIR-AOTF具有非破坏性，可以进一步测定样品的溶出度，考察包衣厚度与溶出度的相关性，从而更好地控制包衣制剂的质量。
为控制药物活性成分的释放，研究人员正在研究一种以包衣技术为核心的制剂新工艺，即在缓释药物片心外面包一层含有快速释放药物的包衣。这需要对外层包衣中药物活性成分进行快速、非破坏性的定量分析，NIR-AOTF则可对这种高精度要求的包衣过程进行监控。
（3）片剂生产过程控制
屈凌波等[10]比较NIR-AOTF与HPLC和卡费法对头孢片剂存在形式和生产中间体的测定，结果令人满意。国外也有报道，将NIR-AOTF用于抗生素片剂的生产控制，以及NIR-AOTF 结合化学计量学方法对抗菌素头孢呋肟酯片剂的生产进行全过程监测。他们用对原始光谱数据的判别分析、对主成分分析、得分判别分析和聚类分析3种方法分别鉴别了头孢呋肟酯的原料药、颗粒、片心和片剂，结果较好；并用多元线性回归和偏最小二乘法对此化合物的含量和含水量进行定量分析，也取得了满意的结果。
8.2.3 在中药材生产过程中的应用
中药鉴别是保证中药质量的重要环节，传统的中药鉴别方法主要有性状鉴别、显微鉴别和理化鉴别等，但对一些亲缘关系较近的品种和伪品很难获得准确的鉴别结果。目前将NIR-AOFT用于黄芪、当归、人参等药材地道性的鉴别研究，准确率达100 ％。研究人员还建立了NIR-AOTF结合偏最小二乘法测定牛膝中蜕皮甾酮含量的方法，样品的预测值和真实值之间的相关系数为0.948 9。此法的建立为近红外漫反射光谱技术用于中药有效成分的定量分析提供了可能。以红参提取液的浓缩过程为例，用标准正态变量法和一阶导数预处理光谱，建立近红外光谱与浓度参考值之间的校正模型。此模型能实时测得红参醇提取液浓缩过程中浓缩液的乙醇和人参总皂苷的浓度，在线反映了浓缩过程的状态，为中药制药过程的质量控制提供了新方法。觅译铜等[11]将NIR-AOTF与模糊神经网络相结合，以参麦注射液为例，研究了此分析方法用于快速检测与评价中药产品质量类别的效果。
8.3 存在的不足
近红外用于在线检测需要建立测量模型，建模需要标准样品和相关的一级数据。模型的准确性受定标样品的选择、制备、操作技术和计算机化学计量软件的影响。如遇生产工艺调整、产品质量和性能指标发生变化，近红外模型则需要维护，否则模型对样品的测试误差偏大控制可能出现失误。此外，近红外仪器价格较贵，对于偶然做一两次分析或分散性样品的分析不太适用。
9 近红外光谱技术在制药业中的应用
关于近红外光谱技术在制药行业中应用的文献报道很多，显示了近红外光谱技术在制药领域中越来越受到人们的重视。近红外光谱分析具有的快速实时、操作简单、无损伤测定、不受样品状态影响的特点很符合药物分析的要求。因此，在制药业中原料药的分析、药物制剂中水分、有效成分的分析、药物生产品质的过程控制等方面近红外光谱技术得到了十分广泛的应用。
9.1 原料和活性组分的测定
药物加工过程中第一步就是原料的鉴定，其质量的好坏直接决定后续加工过程的成败于否，而同一类型的原料中多变因素主要是湿度和颗粒大小，近红外光谱在湿度测定中的灵敏度及其适于固体表面的表征的特性，使他能够很快地得到样品的湿度和颗粒大小的信息，然后将原料进行分类。该方法与传统的中红外光谱和湿化学方法相比，检测速度和效率大大提高。
药物中的活性组分是药物的核心部分，它是决定药效的主要成分，其质量和含量直接影响药物的治疗性能。如果药剂中活性组分的含量过低，就不能达到应有的药效；若活性组分含量太高，则可能带来副作用，甚至有害人体。因此在药物加工过程中，活性组分的含量和质量必须严格控制。近红外光谱结合漫反射技术可以快速、在线监测药物加工过程中活性组分的含量及其在赋形剂中分布的均匀性，适时调节其含量，得到合适的药剂。此外近红外光谱还可以非破坏性检测成型片剂（包括涂层后的片剂）及胶囊中活性组分的含量及分布，以秒级的时间分析每个包装好的片剂。
9.2 固体药剂的表征
固体药剂是很重要的一类药剂，大部分的口服药都是固体剂，如片剂、胶囊、颗粒及粉末等。以前，人们对这些固体药剂的安全性和药效的关注，主要集中在药物的化学纯度上，后来人们逐渐认识到固体的物理性质如颗粒大小、湿度及结晶度等对药物的稳定性、溶解性及在人体内的吸收及生理获得性（Bioavailabiliti）都有很大的影响。因此在药物的配方和加工过程中，固体药剂的物理表征就至关重要。近红外光谱在固体药剂物理表征方面的应用是该技术在制药工业中最成功的应用。由于近红外光在固体中的穿透程度较深以及其容易采用反射技术的特点，使他成功地用于固体药剂的各种物理化学性质如湿度、含量均一性、颗粒大小分布、结晶度及硬度的定量表征。
9.2.1 颗粒大小分布
固体药剂一般是通过磨碎、混合、成粒、压片或装入胶囊及包装等过程制备的。各种固
体原料的颗粒大小及分布均会影响每一步加工过程及最终的产率，因此实时测定和控制每一步加工过程中固体原料的颗粒大小及分布对配方和加工过程都非常重要。由于固体药剂中固体颗粒的大小及分布会影响其安全性、稳定性及药剂形式的可变性，药物中活性组分和赋形剂的颗粒大小会影响药物的各种特性，如多孔性和流动性，因此生产者和医药管理部门越来越重视固体药剂中固体颗粒大小的分布。由于近红外光很容易被颗粒散射，使得近红外光谱结合漫反射技术可以快速、非破坏性测定固体药剂中各种成分包括活性组分、配剂及赋形剂的颗粒大小及分布等。近红外光谱技术快速的特点使它可以在很短的时间内对同一批样品重复扫描多次，从而得到整批样品中颗粒大小得真实分布，且整个测定在几秒钟内即可完成。
9.2.2 结晶度和光学异构体
药物在血液中的吸收取决于许多因素，其中一个很关键的因素就是药物存在的结晶形式。大部分药物都可以形成集中结晶形式或多晶形。当化学性质相同时，不同的结晶形式所处的能级不同，这种能级差将影响药物的溶剂化作用，亦即影响药物的溶解速度，从而使病人对药物的吸收速度也不相同。最常用的晶形测定方法是热分析法（DSC），该方法的缺点时样品用量少，这就需要从极少量样品的分析结果得出得出整个样品的结构信息，误差较大；另外，该方法需要毁坏样品，因而不能重复测定同一个样品。中红外光谱在测定样品的结构信息方面非常有用，但由氢键效应引起的二级和三级结构信息只有在近红外区才能观察到。另外，中红外技术所采用的各种样品处理方法如磨碎或溴化钾压片都会破坏样品的晶体结构，而且磨碎过程中加入的热能也会改变样品的结晶形式。近红外光谱可以无需特出的样品制备过程，很容易区别固体药剂中各种结晶形式，同时测定其光学异构体的含量。与多元线性回归方法相结合，近红外光谱是一种最佳的非破坏性质量控制手段，用于测定光活性物质的异构体纯度。
除以上应用外，近红外光谱在固体药剂的物理表征方面的应用还有湿度、混合均匀性、密度、粘度、硬度及片剂镀膜的分析测定等，由于其非破坏性的特点，用该方法分析完毕的样品可以继续进行其它分析测定或包装后再销售。
9.3 药物加工过程的在线监控
随着药物加工过程自动化程度的提高，药物的制备是通过混合、加工、成型及包装等一系列过程统一完成的，这就要求在每一步加工过程中都必须对所有组分进行全面表征。因为任何疏失的操作都可能会带来很严重的后果。传统的分析方法需要将样品取出到实验室进行分析，然后将信息反馈回生产车间控制加工过程。由于分析速度慢且常常需要将加工过程停止下来，这就大大减慢了生产速度。一些固体药剂生产车间是将一整批粉末混合物或颗粒压片或封入胶囊，然后随机抽出一些片剂或胶囊进行分析表征，如果此样品不合格，则整批产品即报废，这将会带来巨大的经济损失。AOTF 技术近红外光谱仪由于具有体积小，分析速度快及受温度、压力和振动等外界因素影响小的特点，使它可以安装在药物流水线上，直接非
破坏性监测每一步加工过程中各个组分的含量和性质，及时发现问题，及时进行调整，避免了整批产品的损失。近红外光谱仪可以在一秒钟中内甚至几分之一秒内完成一个片剂的扫描，因而它可以在很短时间内监测大量的药剂，从而保证整批产品的质量。另外，近红外光谱仪还可以随时监测由加工过程可能出现的各种污染物。由于快速、非破坏性的特点，使它几乎不影响药物的生产速度，同时还能进行全面的质量监控。因此，从20 世纪90 年代开始，近红外光谱仪技术在制药工业中就变成一种强有力的分析手段。除以上应用外，近红外光谱分析技术在中药材测试、鉴定和中西药品真、假的快速识别（打假）方面有独到之处，目前这方面的应用领域正在迅速扩展，AOTF技术近红外光谱仪已有便携（手持）式机型，为开展此领域的应用提供了强有力的武器。
10总结
本文只是简略概述了现代近红外光谱技术以及在制药业上的应用。其实该项技术的应用几乎触及应用化学和物质分析的各个领域，其应用范围有日益扩展之趋势。除在在制药、制糖、石油、食品、饮料、饲料等传统行业中的广泛应用外，近年来在环境污染评估、生理生化研究、医学检验、法医鉴定等研究领域中越来越受到重视。湛江的制糖和制药行业颇为发达。让更多的工程技术人员了解现代近红外技术的特点和发展，有利于将该项技术应用到自身的行业中，进而提升行业的层次，从而通过科技创新达到提高生产效率和经济效益的目的
随着近红外光谱仪技术的不断提高和化学计量学的发展，近红外光谱在制药过程中的应用全面展开，有关近红外光谱的研究及应用迅速增加，成为发展最快、最引人注目的一门独立的分析技术。它在制药过程控制中的应用愈加广泛，发达国家已将近红外方法使用在质量控制、品质分析或在线分析中，作为快速、无损、绿色、环保的分析手段。来自美国航天技术的AOTF近红外光谱技术倍受人们注目和青睐，其独有的光学分光系统和强大的光谱采集软件及化学计量学软件，使分析技术更加准确、快速，并可进行微量、痕量分析，在液体制剂生产、无菌监控、光学异构体拆分等方面有着光明的前景。
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[12]作者单位：中国药品生物制品检定所北京100050 (冯艳春);中国药品生物制品检定所北京100050(胡昌勤)分类号：R917 DOI：cnki:ISSN:1002-7777.0.2003-05-025
中华人民共和国电力行业标准 带电设备红外诊断技术应用导则 DL/T 664—1999 Technical guide for infrared diagnosis of alive equipment 中华人民共和国国家经济贸易委员会1999-08-02批准1999-10-01实施 前言 本标准是根据原电力工业部1995年电力行业标准计划项目(技综［1995］15号文)的安排制定的。本标准项目承担单位为河北省电力局，由省局委托邯郸电业局承办。制定本标准的目的是指导设备管理人员和现场工作人员，应用红外诊断技术对带电设备的表面温度场进行检测和诊断，发现设备的缺陷和异常情况，为设备检修提供依据，为开展设备状态维修创造条件，提高设备运行的可靠率。本标准是在没有国内外类似标准借鉴的情况下，由起草人员经过调查研究，搜集了国内外的应用成果和科研成果，经过分析、综合和试验验证，多次征求专家意见，反复修改而制定的。本标准的实施将对电力行业红外诊断技术的进一步推广及设备检修制度的改革起推动作用。 本标准的附录A、附录B、附录C都是标准的附录。 本标准的附录D、附录E、附录F、附录G、附录H都是提示的附录。 本标准由中国电力企业联合会标准化部提出并归口。 本标准起草单位：邯郸电业局、华北电力科学研究院、国家电力公司热工研究院、福建省电力试验研究所、江西省电力试验研究所、广东省电力试验研究所、内蒙古电力科学研究院。 本标准主要起草人：胡世征、程玉兰、廖福旺、陈洪岗、杨楚明、侯善敬、赵墨林、李世忠、申兴忠、胡洪钧、阎军、陈永义。 本标准由中国电力企业联合会标准化部负责解释。 1 范围 本标准规定了红外诊断对象、诊断方法和设备缺陷的判断依据，对红外检测和诊断技术管理工作提出了要求。本标准适用于电力行业中具有电流、电压致热效应或其他致热效应的设备。电力用户对带电设备进行红外检测和诊断时，可参照本标准执行。 注：只要表面发出的红外辐射不受阻挡，都属于红外诊断技术的有效监测设备，例如：旋转电机、变压器、断路器、互感器、电力电容器、避雷器、电力电缆、母线、导线、绝缘子串、组合电器、低压电器及二次回路等。 2 引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 GB 755—87 旋转电机基本技术要求 GB 763—90 交流高压电器在长期工作时的发热
红外测试技术培训试 题
红外测试技术培训试题 一、 单选题 1. 红外成像仪的色标温度量程宜设置在环境温度加 左右的温升范围内。 （ ） （a ） （A ）10K-20K （B ）5K-10K （C ）15K-25K （D ）20K-30K 2. 下图中哪个成像图不符合“确保被测设备不被遮蔽”原则（ ） （d ） 3. 在进行红外测试时，有以下步骤需要遵循，①重点、温度异常点精确测 温，②全面测温，③环境检测；应遵循的正确顺序为：（ ） （c ） （A ） ③①② （B ） ②③① ℃ 51.5℃3540 4550AR01℃51.5℃ 35404550 AR01℃ 51.5℃ 35 40 4550 AR01℃51.5℃ 35 404550 AR01 （A ） （B ） （C ） （D ）
（C）③②① （D）②①③ 4.对变压器进行红外诊断，应开变电站第种工作票。（）（b） (A) 第一种工作票 (B) 第二种工作票 (C) 第三种工作票 5.在红外诊断对环境的要求中，下列说法不恰当的为（）（b） (A) 环境温度一般不宜低于5℃、相对湿度一般不大于85% (B) 最好在阳光充足，天气晴朗的天气进行 (C) 检测电流致热型的设备，最好在高峰负荷下进行。否则，一般应在不低于30%的额定负荷下进行 (D) 在室内或晚上检测应避开灯光的直射，最好闭灯检测 6.在对红外热像仪拍摄的图像进行分析时，采用的是表面温度判别法，下列 解释准确的为( ) （d） (A) 同组三相设备、同相设备之间及同类设备之间对应部位的温差进行相比较 (B) 与红外测试的历史数据作相比较 (C) 在一段时间内使用红外热像仪连续检测某被测设备，观察设备温度随 负载、时间等因素变化的方法。 (D) 将所测得温度、与环境的温差，与设备运行规定值相比较 7.红外检测中，精确检测要求设备通电时间不小于（）（c） (A) 2h (B) 4h (C) 6h (D) 8h
红外检测技术在电气设备热故障预测与处理的应用探讨杨家 贤 摘要：经济的发展和人们生活水平的不断提高，使得电网的供电负荷不断攀升，电气设备因发生热故障而导致安全事故频发，为了可以及时检测出电气设备的热 故障而使用红外检测技术，从而确保设备可以稳定高效安全地运行。 关键词：红外检测技术；电气设备；过热故障；预测和处理 1引言 电气设备在使用电源为动力能源时，会存在发热的情况，而当设备零部件破损、缺少维护或者动力能源质量不合格的时候，集体的发热情况会超出正常的范围，从而引起设备的热故障，造成电气设备无法安全高效运行。而在物理学中， 我们知道物体的温度只要高于绝对零度，则势必会向四周辐射其特有的红外线，，因此科研人员运用此原理发明了红外检测技术，用于观察和分析物体的温度和热 分布情况，以此分析物体过热部位是否存在故障。因此，在本文中简述红外检测 技术的工作原理，并对该技术预测和处理电气设备的热故障进行用探讨，以供参考。 2红外检测技术概述 自然界中，物体的温度都较绝度零度（-273.15℃）高，因此物体就会向外周 放出其热辐射，而热辐射属于红外线，可以通过红外检 3.1电气设备易发热的部位 对设备的长期管理工作中，对其进行深入地分析，可以得知电气设备在运作 时发热较为严重的部位为：设备的电缆接头、出线接头、母排接头、穿墙套管和 隔离开关闸口等部位；其中变压器易过热的部位为套管的接线位置，电抗器的易 过热部位为中性点接地的局铁地，而电力电容器的易过热部位则为母线排连接和 跌落保险处。 2.2导致电气设备出现过热的因素 在对电气设备的各个易发热部位进行观察和分析，可以得知导致设备出现过 热现象的主要因素有两个，以下对两个进行分析。 2.2.1发热部位位于较为封闭的工作环境，这容易导致电气设备在工作时此处 的部件热量无法及时散发出去以降低该部位的温度，从而导致该部位温度异常升高，导致过热故障的发生，具体的原因有：①油浸高压导致漏油的电气设备出现假油位或者缺油的情况；②磁回路设备因漏磁、铁芯质量较差或者片间局部绝缘发生破损等原因无法正常工作；③设备因缺少适当的检修维护，导致长期工作的固体绝缘体材料出现氧化和高压所致的老化现象，降低了固体绝缘材料工作质量，从而减弱了电气设备的绝缘能力；④液体绝缘介质因其性能不佳、长期运作受潮或者化学性质发生变化，导致介质的性能降低。以上的原因，均会导致电气设备 的易热部位处于散热不佳的隔热环境中，影响设备的散热，从而导致设备出现过 热故障，这需要引起工作人员足够的重视。 2.2.2设备致热效应部位发生裸露，导致该部位裸露的导电边接体和接触面之 间的接触电阻的次数增多，从而导致该部位过热，通常引起致热效应部位裸露的 原因有：①设备的零部件在生产制造的时候未达标，导致设备的质量不过关，存在接触表面存在粗糙、氧化和焊接不当等情况而引起接触电阻的增大；②接触面间因局部出现放电现象，导致用于导电的连接体温度升高，而温度过高会导致金
电网设备状态检测技术培训 ---------红外检测技术
安徽省电力科学研究院 王庆军 2011年3月
输变电设备运维及故障诊断分析技术交流会
主讲人简介
王庆军,安徽省电力科学研究院高压所副所长，国网 公司技术专家 长期从事红外检测技术研究工作 公司技术专家，长期从事红外检测技术研究工作。
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一、红外检测基本知识及术语 红外 测基本 及术语 二、红外热像仪的操作使用 三、判断方法 判断 法 四、诊断依据及缺陷类型确定 、诊断依据及缺陷类型确定 五、电气设备红外缺陷典型图谱
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一、红外检测基本知识及术语 红外检测基本知识及术语
? 1 、红外线是 、红外线是一种电磁波（英国物理学家 种电磁波（英国物理学家 赫胥尔 1800 年发 现） (0.75 ￣1000 微米) ，位于可见光红色光带（0.38￣0.78 微米）之外，普通玻璃能透过可见光，但是却几乎不能透 过红外线。
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? 2 2、热传输的方式 热传输的方式 热传输有三种方式，分别是：传导、对流和辐射。对流通常只发生 在流体介质中。 介质中 ? 3、红外热像仪一般是由三部分组成： 红外探测头、图像处理、监视器。 ? 4、焦平面红外探测器的工作原理： 是依靠探测微型辐射热量的热探测器(Microbolometer)。探测器通过吸 收 射的红外辐射致使自身温度上升，从而引起探测器电阻变化，在 收入射的红外辐射致使自身温度上升，从而引起探测器电阻变化，在 外加电压的情况下进而产生信号电压。 ? 5、黑体： 任何情况下对一切波长的入射辐射的吸收率都等于1的物体。
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带电设备红外诊断技术应用导则 参照中华人民共和国 电力行业标准DL/T664-1999《带电设备红外诊断技术应用导则》 《华北电网有限公司红外技术管理制度》 1、从事红外检测与诊断工作的人员应具备以下素质： (1)从事红外检测与诊断工作的人员应熟悉红外检测与诊断技术的基本原理，掌握红外检测仪器的工作原理、主要性能、技术指标以及操作方法，并能熟练操作红外检测仪器。 (2)从事红外检测与诊断工作的人员应了解电气设备的性能、结构、运行状况。 (3)从事红外检测与诊断工作的人员应熟悉掌握中华人民共和国电力行业标准DL/T664-1999《带电设备红外诊断技术应用导则》和本管理制度，掌握《国家电网公司电力安全工作规程（变电站和发电厂电气部分、电力线路部分）（试行）》和现场试验的有关安全规定。 2、红外检测的范围：只要表面发出的红外辐射不受阻挡都属于红外诊断的有效监测设备。例如：旋转电机、变压器、断路器、互感器、电力电容器、避雷器、电力电缆、母线、导线、绝缘子串、组合电器、低压电器及二次回路等。 二、红外检测与诊断的基本要求 (一)对检测设备的要求 1、红外测温仪应操作简单，携带方便，测温精确度高，测量结果的重复性好，不受测量环境中高压电磁场的干扰，仪器应满足现场带电实测对距离的要求，并应能对表面放射率、大气环境参数、测量距离等进行修正以保证测量结果的真实性。 2、红外热电视应操作简单携带方便，有较好的测温精确度，测量结果的重复性好，不受测量环境中高压电磁场的干扰图像清晰，具有图像锁定、记录、输出和简单的分析功能。 3、红外热像仪应图象清晰、稳定，不受测量环境中高压电磁场的干扰，具有较强的图象分析功能，具有较高的热传感分辨率和图象分辨率，空间分辨率应满足实测距离的要求，具有较高的测量精确度和合适的测温范围。 (二)对被检测设备的要求 1、被检测设备应为带电设备。
红外检测技术在医药学中的应用 1摘要 近红外（NIR）谱区是人类认识最早的非可见光谱区，波长范围在0.75—2.5 m之间，用波数表示时则在13330—4000cm-1之间。由于近红外的吸收谱带复杂，谱峰重叠，信号弱，在分析上难以应用，长期以来没有受到人们的重视。近十多年来，随着近红外仪器的改良，新的光谱理论和光度分析方法的建立，特别是计算机技术和化学计量学的广泛应用和迅速发展，使近红外光谱技术成为目前发展最快、最引人注目的分析技术，并以其简单快速、实时在线、无损伤无污染分析等特点，在复杂物质的分析上得到广泛应用。在包括制糖和制药的许多与化学分析和品质管理有关的行业中的应用前景极其广阔。 2现代红外光谱分析技术 现代近红外光谱（NIR）分析技术是近年来分析化学领域迅猛发展的高新分析技术，越来越引起国内外分析专家的注目，在分析化学领域被誉为分析“巨人”，它的出现可以说带来了又一次分析技术的革命。 我国对近红外光谱技术的研究及应用起步较晚，除一些专业分析工作人员以外，近红外光谱分析技术还鲜为人知。但1995年以来已受到了多方面的关注，并在仪器的研制、软件开发、基础研究和应用等方面取得了较为可喜的成果。但是目前国内能够提供整套近红外光谱分析技术（近红外光谱分析仪器、化学计量学软件、应用模型）的公司仍是寥寥无几。随着中国加入WTO及经济全球化的浪潮，国外许多大型分析仪器生产商纷纷登陆中国，想在第一时间占领中国的近红外光谱分析仪器市场。由此也可以看出近红外光谱分析技术在分析界炙手可热的发展趋势。在不久的未来，近红外光谱分析技术在分析界必将为更多的人所认识和接受。 现代近红外光谱分析是将光谱测量技术、计算机技术、化学计量学技术与基础测试技术的有机结合。是将近红外光谱所反映的样品基团、组成或物态信息与用标准或认可的参比方法测得的组成或性质数据采用化学计量学技术建立校正模型，然后通过对未知样品光谱的测定和建立的校正模型来快速预测其组成或性质的一种分析方法。 与常规分析技术不同，近红外光谱是一种间接分析技术，必须通过建立校正模型（标定模型）来实现对未知样品的定性或定量分析。具体的分析过程主要包括以下几个步骤：一是选择有代表性的样品并测量其近红外光谱；二是采用标准或认可的参考方法测定所关心的组
电气设备状态检修中红外检测技术的应用研究 摘要：本文首先对红外检测技术的基本原理进行简单介绍，了解红外检测技术 的基本情况，重点研究红外诊断方法和影响诊断准确性的因素及对策，在此基础 上深入研究红外检测技术在电气设备状态检修中的应用，希望通过本文的研究能 够对红外检测技术的原理、应用方法以及影响因素形成全面的认识，同时也为后 期更好的应用红外检测技术对电气设备进行状态检修提供参考。 关键词:电气设备；状态检修；红外检测技术 1引言 在电气设备的使用过程中，合理的状态检测是保障电气设备正常使用的重要 手段。红外检测技术就是对电气设备进行状态检测的重要方法，能够实现在不接触、远距离情况下的状态检测，检测过程安全快速，结果相对可靠。但是在红外 诊断费方法的使用过程中也存在诸多因素对其准确性造成影响。因此在现阶段加 强对于电气设备状态检修中红外检测技术的应用研究具有重要的现实意义，能够 更加全面的掌握关于红外检测技术的原理方法，针对影响诊断准确性的因素进行 有效的控制，从而更好的发挥红外检测技术在电气设备状态检修中的作用，更好 的保障电气设备的正常运行。 2红外检测技术的基本原理 在电气设备使用过程中，往往会出现各种不同类型的故障，虽然发展形式比 较复杂，但是基本都会以设备热状态的异常为主要表现形式。红外检测技术最根 本的原理就是对电气设备的辐射信号进行探测，得到相应的热像特征图谱，然后 利用分析软件对得到的图谱进行专业的分析，通过与设备正常运行时的图谱进行 对比分析，判断设备的运行状态，进而分析可能存在故障的位置及其类型。 不同的物体之间存在宏观或者微观的热量传递，主要有传导、辐射和对流三 种形式，往往是三种形式同时进行。当电气设备出现故障时，也会出现不同类型 的发热以及热量传递，比如接触电阻发热、介质发热、涡流发热等。设备故障引 起的发热还会对设备的内部介质性能以及外部的表面性能造成破坏，甚至会影响 到整体的热平衡，而热量也会以各种形式传递到表面，使得表面的温度发生明显 的变化。利用红外检测技术能够检测到表面红外辐射信息的情况，进而得到设备 在不同状况、不同故障下的温度情况，结合设备结构等就能分析判断电气设备具 体的故障类型以及严重程度。 3红外诊断方法和影响诊断准确性的因素及对策 3.1红外诊断方法 红外检测诊断会遇到复杂的故障状况，针对不同的情况需要选择合适的方法 进行分析。目前常用的红外诊断方法主要包括以下几种：设备表面温度分析法是 对设备的表面发热情况进行分析，测得表面温度后结合设备温度及温升极限的相 关标准分析具体的故障，这种方法适用于电流致热和电磁效应造成的设备故障； 横纵向比较法是对同组、同相以及相同类型的设备之间的温度进行对比，对比的 数据包括某些部位的温升、温度值等，具体数值的选择要参照设备发热的具体情况；一些电压致热※的电气设备，其温度升高变化比较小，利用上述方法分析效 果不明显，可以利用热像图进行分析，对比设备在正常状态和故障状态下的热像 图的差异来分析设备的故障，需要注意的是在使用热像图分析法进行红外检测时 要使三相设备同时充满成像视场，这样能够有效避免其他因素的干扰，提升检测 准确性；除此之外还有相对温差判断法、历史数据分析判断法和连续分析判断法。
红外探测技术 红外检测技术基本原理 红外技术的原理是基于自然界中一切温度高于绝对零度的物体，每时每刻都辐射出红外线，同时，这种红外线辐射都载有物体的特征信息，这就为利用红外技术探测和判别各种被测目标的温度高低与热分布场提供了客观的基础。 红外线是波长在0. 76?1000 U m之间的一种电磁波，按波长范围可分为近红外、中红外、远红外、极远红外四类，它在磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域。 红外线辐射在真空中的传播速度 C=299792458m/s ?3xlO lu cm/s 红外辐射的波长 A = — co 式中：C:速度 2：波长 3 :频率 红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，它是基于任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停的辐射出热红外能量，分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大，反之，辐射的能量愈小。 温度在绝对零度以上的物体，都会因自身的分子运动而辐射出红外
线。其中黑体频谱辐射能流密度对红外辐射波长的关系，根据普郎克定律： D一GxL （瓦?厘米”"微米"） 式中： P一波长％,热力r AT 学温度为T时，黑体的红外辐射功率。 C一光速度 (axiomcm/s) C—第一辐射常 数二3.7415X104（瓦厘米?微米2） 之一波长（微米），T热力学 温度（K）温度辐射的能量密 度峰值对应的 波长，随物体温度的升高波长变短。 根据维思定律：人理（urn） T 式中： A一峰值波长，单位：um T一物体的绝对温度单位K 物体的红外辐射功率与物体表面绝对温度的四次方成正比，与物体表面的发 射率成正比。物体红外辐射的总功率对温度的关系，根据斯蒂芬—波尔兹曼定 律：
红外技术的发展现状与发展趋势 第一部分红外技术的发展及主要应用领域 红外技术的发展 1800年，英国天文学家F.W.赫歇耳利用水银温度计来研究太阳光的能量分布发现了红外辐射，从那时起，人们就致力于研究各种红外探测器以便更好地研究和探测红外辐射。在红外探测器发展中，以下事件具有重要意义： 上世纪70年代，热成像系统和电荷耦合器件被成功地应用。 上世纪末以焦面阵列（FPA）为代表的红外器件被成功地应用。 红外技术的核心是红外探测器。 红外探测器 单元红外探测器：如InSb（锑化铟）、HgCdTe（碲镉汞）、非本征硅，以及热电等探测器。 线列：以60元、120元、180元和256元等，可以拼接到1024元甚至更多元。 4N系列扫描型焦平面阵列：如211所的研制生产的4x288。 凝视型焦平面阵列(IRFPA)： 致冷型256x256、320x240、384x288，更大规模的如640x512，1024×1024和1280×720 元阵列也已有了； 非致冷型160×120、320x240已广泛应用于各个行业中，384x288、640x480也已开始应用。 红外探测器按其特点可分为四代： 第一代（1970s－80s）：主要是以单元、多元器件进行光机串/并扫描成像； 第二代（1990s－2000s）：是以4x288为代表的扫描型焦平面； 第三代：凝视型焦平面； 第四代：目前正在发展的以大面阵、高分辨率、多波段、智能灵巧型为主要特点的系统芯片，具有高性能数字信号处理功能，甚至具备单片多波段探测与识别能力。 目前非制冷焦平面探测器的主流技术为热敏电阻式微辐射热计，根据使用的热敏电阻材料的不同可以分为氧化钒探测器和非晶硅探测器两种。 非制冷焦平面阵列探测器的发展，其性能可以满足部分的军事用途和几乎所有的民用领域，真正实现了小型化、低价格和高可靠性，成为红外探测成像领域中极具前途和市场潜力的发展方向。 氧化钒技术由美国的Honeywell公司在九十年代初研发成功，目前其专利授权BAE、L-3/IR、 FLIR-INDIGO、DRS、以及日本NEC、以色列SCD等几家公司生产。非晶硅技术主要由法国的 CEA/LETI/LIR实验室在九十年代末研发成功，目前主要由法国的SOFRADIR和ULIS公司生产。 目前世界上只有美国、法国、日本、以色列四个国家拥有非制冷焦平面探测器产业化生产的能力，其核心技术仅有美国和法国两个国家掌握，日本和以色列则由美国取得技术许可，在其国内生产和有限制地使用。对我国的出口则设置了更多严格的限制，如大家遇到的帧频限制。
红外无损检测技术在工程中的应用 符郁林 （温州大学物理与电子信息工程学院,浙江温州325035） 摘要：无损检测已经成为工程质量检测中的主流。其中红外检测能在不同温度场、广视域的进行快速非接触式的连续扫描测试，成为已有的无损检测技术功能和效果的补充。尤其是在高层建筑的外装饰物以及建筑节能检测中应用广泛，但仍然存在着很多不足需要进一步改进。 关键字：红外无损检测；红外成像仪；工程应用；改进 The application of infrared Non-destructive Testing in engineering Fuyulin ( College of physics and electronic information engineering of Wenzhou University,Wenzhou Zhejiang 325035) Abstract: Non-destructive Testing (NDT) has been widely applied to engineering testing. Infrared Non-destructive Testing (INT) can be used in rapid test continuous Scan Test in every kind of temperature field, it has already been the supplement in the functions and effects of other NDT technology. It is especially popular in the quality testing of high-rise building's outside ornaments and building energy efficiency testing. However there are still several inadequates in the INT technology needed for researchers to further improve. Key words: Infrared Non-destructive Testing; Infrared imager; application in engineering; improvement
红外测温仪故障诊断 故障诊断 症状问题动作 OL（在显示屏上）目标温度超出范围选择指标范围之内的目标-OL（在显示屏上）目标温度低于范围选择指标范围之内的目标 电池低电量更换电池。 显示屏空白可能电池耗尽检查和/或更换电池。 激光不工作1.电池低电量或电池耗尽 2.环境温度高于40℃(104℉) 1.更换电池。 2.适合用于环境温度低的 区域 蜂鸣器长响是否有设置High/Low功能， 并且测量值有超限值 重新设置或取消限值设 定。 安全须知 警告 警告说明对用户可能造成危害状况的动作。为避免触电或人身伤害，请遵循以下指南： 请勿将激光直接对准眼睛或间接反射的表面上。 在使用测温仪之前，请检查机箱。如果测温仪已经损坏，请勿使用。查看是否有损坏或缺少塑胶件。 出现电池指示符“”时应尽快更换电池。 若测温仪工作失常，请勿使用。仪表的保护措施可能已遭破坏。若有疑问，应把测温仪送去维修。 切勿在爆炸性的气体、蒸汽或灰尘附近使用测温仪。
为了避免灼伤危险，请记住反射率高的物体通常会使温度测量值低于物体的实际温度。 如果未按照本手册规定的方式使用本设备，设备提供的保护可能会遭到破坏。 小心 为避免损坏测温仪或被测设备，请保护它们免于下列伤害： 来自包括电焊机、电感应加热器等的EMF（电磁场）。 静电。 热冲击(由较大或突然的环境温度变化所造成–使用前等待30分钟使测温仪稳定)。 不要让测温仪一直开着或靠近高温物体。测温仪上和手册中的各种符号和安全标志。(如图1所示) 符号解释 危害风险。重要信息。查看手册。 警告。激光。 电池低电压警告 图1 符号和安全标志 特性 测温仪组成部件如图 2所示。其特性如下： 1.单点激光瞄准。 2.智能USB供电。 3.二级白色背光显示屏(USB连接时，仪表自动开启此功能)。
光电检测技术与应用 论文 题目：红外测距传感器的工作原理及使用 院系：机电工程学院 班级：测控xxxx 完成日期：2017/5/6 小组：第x组 小组成员：xxxxxxxxxx 红外测距传感器的工作原理及使用 摘要： 利用光的反射性质，将光学系统与电路系统相结合可以制作避障传感器，通过单片机的控制，可以完成智能车在运行过程中，对障碍物的处理。避障传感器基本原理：利用物体的反射性质。在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失。如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头。传感器检测到这一信号，就可以确认正前方有障碍物，并送给单片机，单片机进行一系列的处理分析，协调车轮或者舵机工作，完成躲避障碍物的动作。 关键字：光电检测技术、智能车、测距、红外测距传感器、单片机 一、引言 光电检测作为光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术，主要包括光信息获取、光电变换、光信息测量以及测量信息的智能化处理等，具有精度高、速度快、距离远、容量大、非接触、寿命长、易于自动化和智能化等优点，在国民经济各行业中得到了迅猛的发展和广泛的应用，如光扫描、光跟踪测量，光纤测量，激光测量，红外测量，图像测量，微光、弱光测量等，是当前最主要和最具有潜力的光电信息技术。
二、光电检测技术的概念 光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术。它主要利用电子技术对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示。光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息，然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目的。然后采用电子学、信息论、计算机及物理学等方法分析噪声产生的原因和规律，以便于进行相应的电路改进，更好地研究被噪声淹没的微弱有用信号的特点与相关性，从而了解非电量的状态。微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号，同时提高测系统输出信号的信噪比。 光电检测技术的系统机构比较简单，分为信号的处理器，受光器，光源。在实际检测过程中，受光器在获得感知信号后，就会被反映为不同形状、颜色的信号，同时根据这些器件所处在的不同位置，就能够将他分为反射型与透过型的两种比较的模式。光电检测的媒介光应当是自然的光，例如白炽灯或者萤光灯。特别是随着这些技术的发展，光电技术也取得的非常好发展。由于投光器在发出光后，会以不一样的方式触摸这些被检测物中，直到照射到检测系统中的受光器中，同时受光器在此刺激下，会产生一定量的电流，这就是我们常说的光敏性的原件，实际生活中应用比较广泛的有三极管、二极管。 三、光电检测技术的应用 智能车方面的应用、家庭扫地机器人方面的应用:利用光的反射性质，将光学系统与电路系统相结合可以制作避障传感器，通过单片机的控制，可以完成智能车在运行过程中，对障碍物的处理。避障传感器基本原理：利用物体的反射性质。在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失。如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头。传感器检测到这一信号，就可以确认正前方有障碍物，并送给单片机，单片机进行一系列的处理分析，协调车轮或者舵机工作，完成躲避障碍物的动作。 四、常用光电检测器件：红外测距传感器 原理：其输出为电压数值，通过公式L?=?(6762/(9-X))-4可计算出小车与障碍物之间的距离。
红外检测技术及应用 红外基本概念 红外线：白色的太阳光被分成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色，位于可见光红光外侧，人眼看不见的光线叫红外线。 红外线是电磁辐射频谱的一部分，电磁频谱中包括无线电波、微波、可见光、紫外线、伽马射线和X光。红外线是一种电磁波，它的电磁波谱图见下： ●按波长红外波段通常又分成四个较小的波段：近红外、中红外、远红外、极远红外。 ●红外线波长通常以微米来表示。红外频谱范围从0.7微米至1000微米。 ●实践中，红外温度测量使用的波段范围为0.7微米至14微米。 ●红外线遵循可见光所遵循的规律：直线传播，反射、折射。 任何大于绝对零度（-273C）的物体都会向外界辐射热能。红外测温仪就是通过接受物体辐射的红外能量而计算出物体的表面温度。 ●黑体：一个吸收所有碰撞它的任何波长红外辐射的物体被定义为黑体。 黑体辐射：实际上的黑体就是一个空腔，上面开有一个小孔，当空腔达到某一温度并处于热平衡时，从小孔射出的红外辐射就具有稳定的特性，称为黑体辐射。 基本热传导理论： 传导模式： ?辐射 ?传导 ?对流 ●传导： 热量传导取决于： ?传导率（k）和厚度（L） ?温差△T（从一侧到另一侧） ?面积A 传导率值 ●常见材料的k值 ●数值越大，传导性越强
温差△T的变化 ?△T增加，热传导也增加 ?△T降低，热传导也降低 ?无△T，也没有传导 ●对流： 对流传导的热能取决于： ?h 值（对流系数） ?温差△T（从表面到该流量的一点） ?面积A 对流系数（h）取决于： ?流速 ?流量方向 ?表面状态 ?几何结构 ?粘度 不能简单地用数量表示 温差： 如传导情况一样 ?△T增加，热传导也增加 ?△T降低，热传导也降低 ?没有△T，也没有传导 ●辐射 一个表面的辐射热能取决于： ?σ = S-B 常数 ?发射率（ε） ?温度（T） 一个热表面要比一个凉爽的表面放射更多热辐射（如果两个是同样材料的话）发射率： ?一种材料性质 ?一种“效率系数” ?校正值= 0-1.0 ?黑体= 1.0 ?实体= <1.0. 高发射率表面 ?油漆（任何颜色），绝缘带或者强氧化物质表面 ?可靠的、可重复的温度测定 低发射率表面 ?低辐射 ?高热反射 ?必须考虑到背景 ?在0.6发射率以下辐射温度难以正确地测定 发射率可以根据以下而变化: ?材料 ?表面
红外技术在电力设备故障诊断中的应用-电气论文 红外技术在电力设备故障诊断中的应用 江双华 （国网甘肃省电力公司检修公司变电检修中心，甘肃兰州730050） 【摘要】本文论述了电力设备故障红外诊断的原理和在设备故障诊断中的重要作用，分析了高压电力设备各种内外部故障的红外热像特征和典型图谱，及影响电气设备故障红外检测诊断的有关因素，并提出了在以后的应用过程中应注重的问题。 关键词红外技术；电力设备；故障诊断 0引言 红外技术是研究红外辐射的产生、传递、转换、探测并实现在实际工作中应用的一门技术。随着科学技术的发展，红外技术现已发展成为一门深受广泛重视的高新技术。它以人眼看不见的红外辐射作为传递信息的载体，可以把人们的视野带入一个不可见的世界，因此，现代红外技术在许多领域都得到了重要的应用。红外技术在电力生产中也发挥着重要的作用，目前，大多电力实验研究机构和一些大型发电厂及大部分供电公司都配置了先进的红外热成像仪，广泛用于电力生产的设备普查、故障探测及诊断，大大提高了电力设备探测和诊断的技术水平。 1红外诊断技术在电力生产中的应用 电力安全运行最大特点是供电的连续性，而影响安全运行因素是故障出现的突发性和频发性，电气设备一旦有故障就会直接或间接带来经济损失，这就对电力设备安全可靠地运行提出更高的要求。为了更多、更及时发现设备缺陷，我们采用设备在不停电的在线检测一一红外测温，主要是解决热故障的诊断。 对运行中的高压电气设备来说，由于红外诊断技术能在不停电状态下，通过运行设备的
热分布以扫描成像的方式进行远距离实时在线诊断，这比传统的停电预防性实验更能有效的检测出与运行电压、负荷电流有关的设备缺陷。大多数运行中的电气设备发生故障时，会导致设备温度发生异常变化，即设备的发热故障，因此红外测温故障诊断技术在电力行业得到了广泛应用。 2影响红外在线检测与故障诊断结果的各种因素 在对电气设备故障进行红外检测（尤其在户外现场作业）和故障诊断时，往往受到各种不利因素的限制，以至影响检测的准确性和诊断的可靠性。 2.1运行状态的影响 电气设备无论是电流效应引起的导电回路故障、电压效应引起的绝缘介质故障或是电压分布不均匀和泄漏电流过大故障还是电磁效应引起的漏磁涡流故障，产生的设备发热与温升，都分别与设备运行状态有关。因此设备的工作电压和负荷电流的大小将直接影响到红外检测和故障诊断的效果。如果没有加载运行，或者负荷很低，则会是设备故障发热不明显，即使存在较严重的故障，也不可能以特征性热异常的形式暴露出来。只有当设备在额定电压下运行，而且负荷越大时，发热及温升越严重，故障点的特征性热异常也暴露的越明显。因此在进行红外检测时，为了能够取得可靠的检测效果，要尽量保障设备在额定电压和满负荷下运行，至少应在进行检测过程的一段时间内使设备负荷不低于额定负荷得30%。 2.2设备表面发射率的影响 1）可以运用图像运算方法消除发射率影响。2）对于需要经常进行红外检测的故障频发设备部件，可以运用敷涂适当漆料涂层使发射率恒定的方法来增大 和稳定其发射率值，从而获得可靠的结果。 2.3大气衰减的影响
红外热成像检测技术的应用和展望 摘要：无损检测，是指在不会对材料或元件的有效性或可靠性造成损害的前提下，对其内部的异性结构(缺陷或损伤)进行探测、定位、识别及测量的一种实用性技术。红外热成像技术是在红外探测器、微电子和计算机技术的基础上发展起来的，属于综合性高新技术，该技术正朝着快速扫描、非致冷、焦平面阵列式接收、计算机图像处理的方向发展，利用便携式笔记本电脑控制的系统正日趋完善。 关键词：无损检测；热成像技术；应用；发展趋势
红外热成像无损检测技术(又称红外热波无损检测技术)，是一门跨学科的技术，它的研究和应用，对提高航空航天器，多种军、民用工业设备的安全可靠性具有重要意义。1.红外热成像检测技术的原理 红外热成像无损检测技术的基本原理是利用被检物的不连续性缺陷对热传导性能的影响，使得物体表面温度不一致，即物体表面的局部区域产生温度梯度，导致物体表面红外辐射能力发生差异。借助红外热像仪探测被检物的辐射分布，通过形成的热像图序列就可推断出内部缺陷情况。 从理论上分析可知，材料或构件因内部缺陷将导致局部力学性能的强度改变，由于材料内部结构的不连续性，这种缺陷将引起材料或构件的热传导不连续，致使材料或构件的温度梯度不同，因而显现出的红外热图像也有所不同。通过研究被检测材料的内部缺陷及结构力学性能，找出其热传导特性与红外热图像之间的关系和机理，根据显示图像的温度梯度就可以确定缺陷的位置和范围，由温度梯度随时间变化的速率可以确定缺陷的深度。 采用红外热成像技术进行检测的特点是不受材料的几何结构及材质的限制，可以实现非接触、大面积的检测。 2.红外热成像检测技术的分类 根据探测方式不同，红外热成像检测技术可划分为透射式和反射式，其中反射式更便于使用；根据引起温差的方式不同，可划分为主动式和被动式。 主动式红外热成像检测技术可以对物体表面进行快速、准确的检测，并具有直观、非接触、单次检测面积大等特点。根据主动式激励源不同，主要划分脉冲红外热成像检测技术、锁相红外热成像检测技术和超声红外热成像检测技术等。 2.1脉冲红外热成像检测技术 脉冲红外热成像技术是一种集光、机、电为一体的非接触式无损检测方法，也是目前研究最多和最成熟的方法之一。工作原理如图1所示:以高能脉冲闪光灯作为激励热源，热流在被测构件内部传导过程中，若构件内部存在缺陷或损伤，则使得物体内部热分布将存在不连续性结构，从而导致其缺陷或损伤处的表面温度与无缺陷或损伤处有明显不同。 图1冲红外热成像检测技术的工作原理 脉冲红外热成像检测方式虽然简单实用，但是也存在着一些缺点：适于检测平板类构件，对于复杂结构构件检测存在困难；对热源的均匀性要求非常高；检测构件厚度有限，
近红外光谱技术在医药领域应用的新进展 摘要 近红外光谱技术是20世纪90年代以来发展最快、最近引入注目的光谱分析技之一,该技术在许多领域有着广泛的应用,尤其在医药领域.本文简要介绍了近红外光谱技术的特点,综述了近几年该技术在药物和临床分析中新的应用,初步探讨了该技术在医药领域应用中存在的局限性和今后发展的方向,并对该技术在医药领域中的应用前景进行了展望. 关键词:近红外光谱, 药物分析, 临床应用, 局限性, 综述 . 引言 近红外光( NIR)是介于可见光( Vis) 和中红外(MIR)之间的电磁辐射波, 美国材料检测协会(ASTM)将近红外光谱区定义为 780~ 2 526 nm 的区域, 是人们在吸收光谱中发现的第一个非可见光区 [ 1].近红外光谱区与有机分子中含氢基团( OH、NH、CH) 振动的合频和各级倍频的收区一致,通过扫描样品的近红外光谱, 可以得到样品中有机分子含氢基团的特征信息,而且利用近红外光谱技术分析样品具有方便、快速、高效、准确和成本较低, 不破坏样品, 不消耗化学试剂, 不污染环境等优点, 因此该技术受到越来越多人的青睐. 近红外光谱技术量测信号的数字化和分析过程的绿色化又使其具有典型的时代特征, 20 世纪 90 年代以来, 近红外光谱技术已成为发展最快, 最引人注目的光谱分析技术,在许多领域( 农业和食品等) 检测中已作
为官方认证的检测技术, 同时在纺织、聚合物、药物、石油化工、生化和环保等领域也得到了广泛的 应用 [ 2~ 9]. 除了早期的应用外, 近几年人们又利用该技术检测物质的纯度, 解释物质的结构, 预测、评价生物的某些生理现象及变化, 监测一些天体的变化等 [10, 11]. 本文主要介绍了近红外光谱技术的特点; 综述了近几年该技术在医药分析中新的应用; 探讨了其在医药应用中存在的局限性和今后发展的方向; 并对其在医药领域应用的前景进行了展望. 红外检测技术基本原理 红外技术的原理是基于自然界中一切温度高于绝对零度的物体，每时每刻都辐射出红外线，同时，这种红外线辐射都载有物体的特征信息，这就为利用红外技术探测和判别各种被测目标的温度高低与热分布场提供了客观的基础。 红外线是波长在0.76～1000μm 之间的一种电磁波，按波长范围可分为近红外、中红外、远红外、极远红外四类，它在磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域。 红外线辐射在真空中的传播速度 C ＝299792458m/s 10103?≈cm/s 红外辐射的波长 ωλc = 式中：C:速度 λ：波长
国内电力红外诊断技术应用实例 红外诊断技术在我国电力系统中的应用已取得显著实效，1997年华北电力集团公司制订了《电气设备红外检测诊断制度及方法》，电力行业标准《带电设备红外诊断技术应用导则》也将问世，整个电力系统从科研试验到发电、输电和供电部门，都采用了低、中、高各档次的红外检测手段，进行了大量成功的现场检测及诊断，为我国电力生产的安全经济发挥了独特的作用。 我国各个地区和部门先后应用红外测温仪、红外热电视和红外热像仪，检出大量故障、缺陷， 本节列举红外诊断技术应用一百例，以作借鉴。 红外测温仪应用20例如下，所列应用实例分布在58个发电厂和变电站，检测诊断出故障、缺 陷共180处。 ·110kV变压器出口穿墙套管接头过热的准确诊断 某110kV变压器出口穿墙套管A与B两相温度正常为27℃，而C相温度高达170℃，对此隐患及时消除，确保了变压器的安全运行。低压接触器过热诊断某变压器冷却用低压接触器过热达91℃，经及时处理，避免了变压器可能发生故障而引起系统解体的严重后果。 ·母线隔离开关过热诊断 河北省某列车电站在某天用红外测温仪查出母线隔离开关过热达200℃以上，紧急消缺，避免 了一次随时可能突发和恶性停电事故。 ·少油断路器异常发热诊断 北京某热电厂一台少油断路器异常发热，经多次处理主触头均未奏效，经用红外测温仪进行人工扫描式检测，准确定位热故障在辅助触头，从而顺利排除事故隐患。 ·隔离开关刀闸嘴高温过热诊断 华北电网某电厂380V厂用电设备采用红外测温仪普测，环境温度14℃，检出个#0变压器的隔离开关A相刀闸嘴温度高达209℃，B相和C相分别为102℃和97℃，而同回路的 另一台隔离开关的相应部位温度仅为43、51℃和42℃，在相同负荷下、相同型号的设备，而发热相差甚远，采用同类型比较法说明前述设备三相均有缺陷，只是其A相更严重。目测可见，该过热刀闸嘴已呈黑色，人站在绝缘垫上已无法用手触摸，当即决定停电处理，保证了机组的安全运行。 ·发电机电刷过热诊断 华北某电厂用红外测温仪监测发电机电刷架及引线温度，发现其中一个电刷为102℃，其它仅为45～51 ℃。经调整电刷弹簧压力，清扫滑环，经跳运行后复测，各电刷温度已均匀为45℃左右。 ·电动机轴承过热诊断华北某热电厂用红外测温仪监测电动机轴承。某台送风机电动机的轴承曾发生过严重损坏事故。在国庆节期间，红外检出该轴承温度高出正常值10K，采取跟踪监测，结果未见其温度有突变现象，但呈有规律的变化，故决定连续监测，坚持运行到国庆节之后停机检查，解体 后发现轴承法兰有磨损，但损坏并不严重。
红外检测方法 红外线的划分 1672年英国著名科学家牛顿首次用三棱镜将太阳光分解为红、橙、黄、绿、青、兰、紫七色，开始了可见光光谱学的研究.英国著名天文学家赫胥尔在研究太阳光谱中各单色光的热效应时，发现最大的热效应是出现在红色光谱以外，从而发现了红外线的存在。英国著名物理学家马克斯威尔在研究电磁理论时，证实了可见光及看不见的红外线，紫外线等均属于电磁波段的一部分，从而把人们的认识统一到电磁波理论中。从波长为数千米的无线电波， 到波长为10-8A ～10-10A(1A=10-4 μm )的宇宙射线均属于电磁波的范围，而可见光谱的波长从0.4～0.76μm 仅占电磁波中极窄的一部波段。红外光谱的波段为0.76～1000μm ，要比可见光波段宽得多。为了研究和应用的方便。根据红外辐射与物质作用时各波长的响应特性和在大气中传输吸收的特性，可把红外线按波长划分为四部分： ①近红外线——波长为0.76～3 μm ； ②中红外线——波长为3～6 μm ； ③远红外线——波长为6～15 μm ； ④超远红外线——波长为15～1000 μm 目前，600 ℃以上的高温红外线仪表多利用近红外波段。600℃以下的中、低温测温仪表面热成像系统多利用中、远红外线波段，而红外线加热装置则主要利用远红外线波段。超远红外线的利用尚在开发研究中。 红外线辐射的基本定理 ①辐射能 Q ——辐射源以电磁波形式所辐射的能量(J)。 ②辐射功率 P ——辐射源在单位时间内向整个半球空间所发射的能量 (w ／s)。 ③辐射度M ——辐射源单位面积所发射的功率， ( W/m -2 )。一般，源的表面积A 越大，发射的功率也越多。因此辐射度M 是描述辐射功率P 沿源表面分布的特性。辐射度在某些文献上又称为辐出度或辐射出射度等。 ④光谱辐射度M λ——表示在波长λ处单位波长间隔内，辐射源单位面积所发射的功率。即 单位波长的辐射度， ( W/m 2·μm )，通常辐射源所发出的红外电磁波都是由多种波长成分所组成(全波辐射)。前述的辐射度M 是描述全波辐射的，因此又称为全辐射 度。而光谱辐射度则是描述某一特定波长成分的辐射度。而光谱辐射度则是描述某一特定波长成分的辐射度。 ⑤黑体的概念——黑体是为了研究方便而引入的一种理想物体。它定义为能在任何温度下将辐射到它表面上的任何波长的热辐射能全部吸收；并与其它任何物体相比，在相同温度和相同表面积的情况下其辐射功率为最大的一种物体。黑体辐射可用黑体炉来模拟。对 此，19世纪末叶的物理学家们曾做了大量实验工作，为非黑体辐射的研究奠定了基础。 ⑥比辐射率 ——定义为在相同温度及相同的条件下，实际物体(非黑体)与黑体的辐射度的比值，即： 黑体的辐射度实际物体的辐射度==b M M ε 有的文献还定义了光谱比辐射率 黑体的光谱辐射度实际物体的光谱辐射度== b λλεM M Q P t ?=?P M A ?=?M M λλ?=?