摘要：气体固定式热像仪是一种专门设计用于连续监测和检测气体泄漏、气体浓度分布以及温度场变化的高科技红外成像设备。与传统的便携式热像仪不同，固定式热像仪通常安装在关键位置进行全天候24小时不间断监控，通过红外光谱分析技术实现对特定气体的可视化检测。

一、气体固定式热像仪概述

气体固定式热像仪是一种专门设计用于连续监测和检测气体泄漏、气体浓度分布以及温度场变化的高科技红外成像设备。与传统的便携式热像仪不同，固定式热像仪通常安装在关键位置进行全天候24小时不间断监控，通过红外光谱分析技术实现对特定气体的可视化检测。

这类设备在石油化工、天然气输配、电力系统、环保监测等领域发挥着越来越重要的作用，成为工业安全监控系统中不可或缺的组成部分。其核心价值在于能够在非接触、远距离的条件下，快速发现肉眼不可见的气体泄漏，并及时预警，从而有效预防安全事故的发生。

二、技术原理与系统构成

2.1 红外气体检测原理

气体固定式热像仪的工作原理基于气体分子对特定波长红外辐射的选择性吸收特性。不同气体分子具有独特的红外吸收"指纹"，当红外光穿过被测气体时，特定波长的光会被吸收，导致该波段的光强减弱。通过检测这种吸收变化，可以识别气体种类并估算其浓度。

2.2 系统硬件组成

一套完整的气体固定式热像仪系统通常包含以下核心组件：

红外光学系统：包括红外透镜、滤光轮（或可调谐滤光器）和光学窗口。

红外探测器：是热像仪的"心脏"，常见的有制冷型（如MCT探测器）和非制冷型（如氧化钒微测辐射热计）两大类。制冷型探测器灵敏度更高，但维护复杂；非制冷型可靠性更好，适合长期连续工作。

精密制冷系统（仅限制冷型探测器）：通常采用斯特林循环制冷机或热电制冷器，将探测器冷却至工作温度。

图像处理单元：包括FPGA或专用ASIC芯片，负责实时处理原始红外数据，执行非均匀性校正、盲元补偿、温度定标等算法。

气体分析模块：采用光谱分析算法识别气体种类，并基于比尔-朗伯定律计算气体浓度分布。

机械结构：包括防护外壳、云台（用于扫描式系统）、除霜/除雾装置等，确保设备在各种环境条件下可靠工作。

通信与供电系统：支持以太网、光纤或无线传输。

2.3 软件算法

现代气体热像仪的软件系统实现了多项先进算法：

气体识别算法：采用主成分分析（PCA）或偏最小二乘回归（PLSR）等多变量分析方法，从复杂背景中提取气体特征信号。

浓度定量算法：基于辐射传输模型，考虑大气衰减、背景辐射等因素，将吸收信号转换为浓度值。先进的系统会集成计算流体力学（CFD）模型，预测气体扩散趋势。

图像增强算法：包括动态范围压缩、边缘增强、伪彩色映射等，提高气体可视性。

智能分析算法：采用深度学习技术，实现自动泄漏识别、泄漏率估算、风险等级评估等功能。

三、主要性能参数与技术指标

评估气体固定式热像仪性能的关键指标包括：

光谱范围与波段配置：决定可检测的气体种类。典型配置有：8-14μm

噪声等效温差（NETD）：衡量温度分辨能力，优质设备可达

空间分辨率：通常以瞬时视场角（IFOV）表示，高端产品可达0.1mrad。

检测灵敏度：最低可检测浓度路径积（ppm·m），甲烷检测最佳可达

帧频：实时监测通常需要≥25Hz的帧率。

温度测量范围：一般-20℃至+1500℃可调。

环境适应性：包括防护等级（通常IP66以上）、工作温度范围（-20℃~+60℃）、防爆认证（如ATEX、IECEx）等。

检测距离：与光学配置有关，典型值为几米至几百米。

四、典型应用场景

4.1 石油与天然气行业

在油气领域，固定式气体热像仪主要部署于：

炼化厂区：监测储罐、管道法兰、阀门、压缩机站等易泄漏点。例如，某大型炼厂在150个关键位置安装了固定热像仪，年泄漏检出率提升80%。

LNG接收站：针对低温甲烷泄漏的特殊检测，需要能区分低温水雾与真实泄漏的算法。

长输管道：与光纤传感系统配合，构建立体监控网络。最新技术可将热像仪集成到管道无人机巡检系统中。

4.2 电力系统

GIS变电站：监测六氟化硫（SF₆）泄漏，这种强效温室气体的GWP是CO₂的23,500倍。

变压器油泄漏：结合热异常检测，预防火灾事故。

4.3 化工与制药

反应釜与工艺管道：监测有毒有害气体（如氯气、氨气等）。

通风系统效能评估：通过气流可视化优化工作场所安全。

4.4 环保与公共安全

垃圾填埋场：监测甲烷排放，协助碳减排核查。

城市燃气管网：与SCADA系统集成，构建智慧燃气监控平台。

五、选型与安装要点

选择气体固定式热像仪时需考虑：

目标气体特性：确定所需的光谱波段和灵敏度要求。

监测距离与视场：根据应用场景计算所需的焦距和分辨率。

环境条件：考虑温度、湿度、腐蚀性等因素选择适当防护等级。

认证要求：危险区域需要相应的防爆认证。

系统集成：评估与现有DCS、SCADA等系统的兼容性。

安装时需特别注意：

视角优化：避免阳光直射和强反射表面干扰。

背景参考：保留适当的背景区域供算法校正。

维护可达性：考虑窗口清洁、镜头校准等日常维护需求。

六、格物优信气体固定式热像仪介绍

红外分辨率：640*512

可见光分辨率：200万像素

可检测气体：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等可燃性气体

防护等级：IP68

防爆认证：Exd llC T6 Gb/ExtD A21 IP68 T80℃

七、未来展望

随着"双碳"目标的推进和工业安全标准的提高，气体固定式热像仪市场将保持快速增长。技术层面，我们预期将看到：

低成本化：随着非制冷探测器性能提升，更多中小型企业将能负担这类系统。

标准化：气体检测算法的性能评价标准将逐步统一。

多功能化：集成气体检测、火灾预警、入侵防范等多种功能的一体化系统将成为趋势。

总体而言，气体固定式热像仪正从单一的检测设备演变为工业物联网中的智能感知节点，其价值不仅在于泄漏预防，更在于为数字化转型提供关键的现场数据支撑。

来源：左手牵起右手