ICS 19.100 J 04
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T38238—2019
无损检测仪器 红外线热成像 系统与设备
性能描述
Non-destructive testing instruments-Infrared thermography-
System and equipmentDescription of characteristics
2020-05-01实施
2019-10-18发布
国家市场监督管理总局 发布
中国国家标准化管理委员会 GB/T38238—2019
目 次
前言
范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义
1
系统概述物镜 5.1 概述 5.2 光谱范围 5.3 焦距 5.4 光圈（f数），探测器
4
5
6
6.1 概述 6.2 探测器类型 6.3 探测器阵列 6.4 扫描系统 6.5 工作波段 6.6 探测器像元数 6.7 盲元 6.8 探测器像元完好率 6.9 热时间常数 6.10 信号响应 6.11 动态范围 6.12 启动时间图像处理器 7.1 概述 7.2 图像采集 7.3 图像显示 7.4 图像分析 7.5 图像处理 7.6 图像记录 7.7 图像读取激励源 8.1 概述 8.2 光加热源 8.3 高温气体发生器 8.4 电磁感应加热器
8 GB/T38238—2019
8.5 振动加热器 8.6 制冷装置 9红外系统和设备的综合性能参数及功能 9.1综合性能参数 9.2 综合功能 10 辅助设备· 10.1 概述· 10.2 红外反射镜 10.3 衰减片 10.4 滤波片 10.5 三角架
II GB/T 38238—2019
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由中国机械工业联合会提出。 本标准由全国试验机标准化技术委员会（SAC/TC122)归口。 本标准起草单位：中国特种设备检测研究院、华中科技大学、首都师范大学、硕德（北京)科技有限公
司、广州枫特红外股份有限公司、广东电网公司电力科学研究院、北京航空材料研究院、北京维泰凯信新技术有限公司、江苏省特种设备安全监督检验研究院、国核电站运行服务技术有限公司、北京卫星制造厂。
本标准主要起草人：沈功田、俞跃、武新军、张存林、苑一琳、吴莱、香勇、赵飞宇、钟力强、郭广平、 金万平、郑凯、钟志民、杨耀东、冯立春、吴涛、刘颖韬、刘战捷
221C
II GB/T38238—2019
无损检测仪器 红外线热成像 系统与设备
性能描述
1范围
本标准规定了用于无损检测的红外线热成像系统、设备及配件的功能与性能参数等内容。 本标准适用于焦平面红外热像仪，光机扫描红外热像仪可参照本标准。
规范性引用文件
2
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注目期的引用文件，仅注目期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T12604.9无损检测术语红外检测 GB/T19870工业检测型红外热像仪
3术语和定义
GB/T12604.9和GB/T19870界定的术语和定义适用于本文件。
4系统概述
图1为红外线热成像系统的框图，包括物镜、探测器、图像处理器、显示器、激励源和辅助设备等。 物镜将检测对象的红外辐射成像在探测器阵列上，探测器将其转换为电信号，再通过图像处理器的进步处理获取检测对象的相关信息
图像处理器
探测器
检测对象
显示
物镜
激励源
SAG 图1 红外线热成像系统框图
输出或存储
5物镜 5.1概述
红外线热成像系统中的物镜是用于将红外辐射从被检物体聚焦到探测器上的光学部件。物镜可以更换使用各种视场角的镜头。物镜的性能主要影响检测系统的视场范围和空间的分辨能力。
1 GB/T 38238—2019
5.2光谱范围
由于红外辐射在大气中传输的波段窗口限制，红外线热成像检测中常使用三种红外波段，即短波波
段0.8um~2um、中波波段2um~5um和长波波段8um14μm。应根据检测对象与环境选择合适波段的镜头。
5.3焦距
焦距是指平行光入射时从物镜光心到焦点的距离。同样检测条件下，使用不同焦距的物镜会得到不同的红外图像。长焦距的物镜可以获得更高分辨率的热像图，但视场角会相应地变小，常用于检测需要重点关注的区域。短焦距的物镜的视场角较大，但热像图相对长焦距物镜成像分辨率较低，常用于较大范围或全景的检测。 5.4光圈（f数）
光圈的f数是指红外热成像物镜像方焦距与镜头口径的直径之比，即相对孔径的倒数。光圈决定着到达焦平面阵列红外辐射的开孔大小，它直接影响检测系统的温度测量灵敏度。光圈越大（f数越小），进光量越多，系统温度测量灵敏度越高，测温范围变小；光圈越小（f数越大），进光量越少，系统温度测量灵敏度变低，测温范围变大。
镜头的光圈需大于探测器的尺寸，以保证探测器的每个单元都可接收到红外辐射。
6探测器
6.1概述
红外线热成像系统中使用探测器将辐射能转变为可测量的电信号。常使用的红外辐射传感器包括：微测辐射热计、光电、热释电或量子传感器等。探测器性能直接影响检测系统的空间、时间和温度的分辨能力。 6.2探测器类型
红外热成像探测器主要有热传感器和量子传感器两种类型。热传感器可在室温条件下工作，如微测辐射热计、光电传感器。量子传感器需要冷却到较低的工作温度。相比于热传感器，量子传感器有更高的灵敏度和采样频率。 6.3探测器阵列
红外探测器可以是单点、线阵列或二维阵列。单点探器需要使用扫描系统，将被测对象进行逐点测量并形成热像图。线阵列探测器可用于对生产线等运动物体的成像。二维阵列探测器采用传感器单元进行逐点扫描来获取信息形成热图像 6.4扫描系统
可通过移动镜面、棱镜等实现机械扫描。然而，由于机械扫描会限制顿频；因此，相比于二维阵列探
测器的热像仪，机械扫描系统热像仪不适用于捕获高速图像 6.5工作波段
工作波段由探测器材料和封装窗口材料决定。应根据被检测试件的实际情况和检测条件来确定
2 GB/T 38238—2019
6.6 探测器像元数
典型的探测器是由一个长方形传感器阵列组成的，像元数是阵列中包括的传感器总数。对于一个
由M排、N列传感器组成的长方型阵列探测器，其像元数为MXN。探测器像元数直接影响空间分辨力。 6.7盲元
盲元是指不具有良好的测温一致性或相应速度达不到要求，且不能通过标定改善满足测温一致性
要求的单个探测器像元。 6.8探测器像元完好率
探测器像元完好率是指可输出正常信号的探测器像元占总像元数的比例，
6.9 热时间常数
探测器的热时间常数是指热稳定环境中，在零功率条件下探测器对应的温度变化值达到环境温度改变值的63.2%所用的时间。热时间常数直接影响最大顿频和温度测量灵敏度。这个参数在温度不断变化的系统中非常重要。 6.10信号响应
信号响应用于描述温度变化时探测器的响应，单位为mV/K。信号响应代表探测器的灵敏度。响
应信号越大，探测器的温度分辨率越高。
SAC 6.11动态范围
探测器的动态范围是探测器可测量最低和最高辐射强度或温度的区间。该范围需要由黑体温度（发射率=1)标定。对于采用热传感器的探测器，当辐射强度或温度超出其动态范围时，探测器很可能会损坏。 6.12启动时间
对于非制冷型探测器，启动时需要一定的预热保证设备自身温度稳定，减少温漂对测量的影响。对
于制冷型探测器，启动时需要一定的时间保证探测器达到所需的工作温度，启动时间主要由制冷机类型和制冷方式决定。
7图像处理器
7.1概述
图像处理器用于红外热像图的采集、分析、处理、显示和储存。红外热像图的分析和处理通常包括温度场空间分布及随时间变化、图像的增强和降噪处理等。图像处理器的性能主要影响检测系统的速度、动态范围、成像效果等。
7.2图像采集 7.2.1定时采集
定时采集是指基于系统内部时钟的图像采集。定时采集包括：单顿采集、等时间间隔采集、任意设
3 GB/T38238—2019
定时间间隔采集。 7.2.2触发采集
触发采集是基于触发源信号的图像采集。触发源可以是系统内部设定的触发信号和外部输人的触发信号。该功能通常用于主动式红外热成像检测方法中，包括脉冲热像法、阶梯热像法、锁相热像法和振动热像法， 7.2.3影像冻结
在红外热像仪工作过程中，影像冻结是将目前的视图进行冻结的功能。 7.3 图像显示
使用显示器来显示人眼可见的热像图，通常采用伪彩色、灰度图等方式显示；并可以单顿显示或连续动态视频播放。 7.4 图像分析
图像分析通常包含以下分析方法： a）对测量区域红外辐射强度信号的温度估计； b）基于红外线热成像系统分辨率的点温度测量； c) 测量区域内的平均温度、最小温度和最大温度； d) 用颜色标记具有相同温度的等温区域
7.5 图像处理
7.5.1盲元替换
通过采用相邻像元信息替换探测器盲元信息，来改善图像可视性
7.5.2非均匀性校正
SAG
用于补偿探测器单元响应不均匀而进行的校正过程
7.5.3图像滤波
图像滤波用于提高图像信噪比，通常采用空间滤波、频域滤波、顿平均等方法， 7.5.4图像增强
图像增强用于提高图像信号的可视性，通常采用灰度拉伸、直方图变换等方法，
7.5.5时间相关的处理方法
对脉冲热像法、阶梯热像法、锁相热像法和振动热像法等方法获得的热像图序列，通常采用与时间
相关的信号处理方法提取有用信息。 7.5.6可见光与红外图像融合
将同一视角采集的红外热像图和可见光图像，按照背景设置的不同进行不同的权重比例的调整，以
达到红外图像与可见光图像在同一屏幕上同时显示的方法。
4 ICS 19.100 J 04
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T38238—2019
无损检测仪器 红外线热成像 系统与设备
性能描述
Non-destructive testing instruments-Infrared thermography-
System and equipmentDescription of characteristics
2020-05-01实施
2019-10-18发布
国家市场监督管理总局 发布
中国国家标准化管理委员会 GB/T38238—2019
目 次
前言
范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义
1
系统概述物镜 5.1 概述 5.2 光谱范围 5.3 焦距 5.4 光圈（f数），探测器
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6.1 概述 6.2 探测器类型 6.3 探测器阵列 6.4 扫描系统 6.5 工作波段 6.6 探测器像元数 6.7 盲元 6.8 探测器像元完好率 6.9 热时间常数 6.10 信号响应 6.11 动态范围 6.12 启动时间图像处理器 7.1 概述 7.2 图像采集 7.3 图像显示 7.4 图像分析 7.5 图像处理 7.6 图像记录 7.7 图像读取激励源 8.1 概述 8.2 光加热源 8.3 高温气体发生器 8.4 电磁感应加热器
8 GB/T38238—2019
8.5 振动加热器 8.6 制冷装置 9红外系统和设备的综合性能参数及功能 9.1综合性能参数 9.2 综合功能 10 辅助设备· 10.1 概述· 10.2 红外反射镜 10.3 衰减片 10.4 滤波片 10.5 三角架
II GB/T 38238—2019
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由中国机械工业联合会提出。 本标准由全国试验机标准化技术委员会（SAC/TC122)归口。 本标准起草单位：中国特种设备检测研究院、华中科技大学、首都师范大学、硕德（北京)科技有限公
司、广州枫特红外股份有限公司、广东电网公司电力科学研究院、北京航空材料研究院、北京维泰凯信新技术有限公司、江苏省特种设备安全监督检验研究院、国核电站运行服务技术有限公司、北京卫星制造厂。
本标准主要起草人：沈功田、俞跃、武新军、张存林、苑一琳、吴莱、香勇、赵飞宇、钟力强、郭广平、 金万平、郑凯、钟志民、杨耀东、冯立春、吴涛、刘颖韬、刘战捷
221C
II GB/T38238—2019
无损检测仪器 红外线热成像 系统与设备
性能描述
1范围
本标准规定了用于无损检测的红外线热成像系统、设备及配件的功能与性能参数等内容。 本标准适用于焦平面红外热像仪，光机扫描红外热像仪可参照本标准。
规范性引用文件
2
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注目期的引用文件，仅注目期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T12604.9无损检测术语红外检测 GB/T19870工业检测型红外热像仪
3术语和定义
GB/T12604.9和GB/T19870界定的术语和定义适用于本文件。
4系统概述
图1为红外线热成像系统的框图，包括物镜、探测器、图像处理器、显示器、激励源和辅助设备等。 物镜将检测对象的红外辐射成像在探测器阵列上，探测器将其转换为电信号，再通过图像处理器的进步处理获取检测对象的相关信息
图像处理器
探测器
检测对象
显示
物镜
激励源
SAG 图1 红外线热成像系统框图
输出或存储
5物镜 5.1概述
红外线热成像系统中的物镜是用于将红外辐射从被检物体聚焦到探测器上的光学部件。物镜可以更换使用各种视场角的镜头。物镜的性能主要影响检测系统的视场范围和空间的分辨能力。
1 GB/T 38238—2019
5.2光谱范围
由于红外辐射在大气中传输的波段窗口限制，红外线热成像检测中常使用三种红外波段，即短波波
段0.8um~2um、中波波段2um~5um和长波波段8um14μm。应根据检测对象与环境选择合适波段的镜头。
5.3焦距
焦距是指平行光入射时从物镜光心到焦点的距离。同样检测条件下，使用不同焦距的物镜会得到不同的红外图像。长焦距的物镜可以获得更高分辨率的热像图，但视场角会相应地变小，常用于检测需要重点关注的区域。短焦距的物镜的视场角较大，但热像图相对长焦距物镜成像分辨率较低，常用于较大范围或全景的检测。 5.4光圈（f数）
光圈的f数是指红外热成像物镜像方焦距与镜头口径的直径之比，即相对孔径的倒数。光圈决定着到达焦平面阵列红外辐射的开孔大小，它直接影响检测系统的温度测量灵敏度。光圈越大（f数越小），进光量越多，系统温度测量灵敏度越高，测温范围变小；光圈越小（f数越大），进光量越少，系统温度测量灵敏度变低，测温范围变大。
镜头的光圈需大于探测器的尺寸，以保证探测器的每个单元都可接收到红外辐射。
6探测器
6.1概述
红外线热成像系统中使用探测器将辐射能转变为可测量的电信号。常使用的红外辐射传感器包括：微测辐射热计、光电、热释电或量子传感器等。探测器性能直接影响检测系统的空间、时间和温度的分辨能力。 6.2探测器类型
红外热成像探测器主要有热传感器和量子传感器两种类型。热传感器可在室温条件下工作，如微测辐射热计、光电传感器。量子传感器需要冷却到较低的工作温度。相比于热传感器，量子传感器有更高的灵敏度和采样频率。 6.3探测器阵列
红外探测器可以是单点、线阵列或二维阵列。单点探器需要使用扫描系统，将被测对象进行逐点测量并形成热像图。线阵列探测器可用于对生产线等运动物体的成像。二维阵列探测器采用传感器单元进行逐点扫描来获取信息形成热图像 6.4扫描系统
可通过移动镜面、棱镜等实现机械扫描。然而，由于机械扫描会限制顿频；因此，相比于二维阵列探
测器的热像仪，机械扫描系统热像仪不适用于捕获高速图像 6.5工作波段
工作波段由探测器材料和封装窗口材料决定。应根据被检测试件的实际情况和检测条件来确定
2 GB/T 38238—2019
6.6 探测器像元数
典型的探测器是由一个长方形传感器阵列组成的，像元数是阵列中包括的传感器总数。对于一个
由M排、N列传感器组成的长方型阵列探测器，其像元数为MXN。探测器像元数直接影响空间分辨力。 6.7盲元
盲元是指不具有良好的测温一致性或相应速度达不到要求，且不能通过标定改善满足测温一致性
要求的单个探测器像元。 6.8探测器像元完好率
探测器像元完好率是指可输出正常信号的探测器像元占总像元数的比例，
6.9 热时间常数
探测器的热时间常数是指热稳定环境中，在零功率条件下探测器对应的温度变化值达到环境温度改变值的63.2%所用的时间。热时间常数直接影响最大顿频和温度测量灵敏度。这个参数在温度不断变化的系统中非常重要。 6.10信号响应
信号响应用于描述温度变化时探测器的响应，单位为mV/K。信号响应代表探测器的灵敏度。响
应信号越大，探测器的温度分辨率越高。
SAC 6.11动态范围
探测器的动态范围是探测器可测量最低和最高辐射强度或温度的区间。该范围需要由黑体温度（发射率=1)标定。对于采用热传感器的探测器，当辐射强度或温度超出其动态范围时，探测器很可能会损坏。 6.12启动时间
对于非制冷型探测器，启动时需要一定的预热保证设备自身温度稳定，减少温漂对测量的影响。对
于制冷型探测器，启动时需要一定的时间保证探测器达到所需的工作温度，启动时间主要由制冷机类型和制冷方式决定。
7图像处理器
7.1概述
图像处理器用于红外热像图的采集、分析、处理、显示和储存。红外热像图的分析和处理通常包括温度场空间分布及随时间变化、图像的增强和降噪处理等。图像处理器的性能主要影响检测系统的速度、动态范围、成像效果等。
7.2图像采集 7.2.1定时采集
定时采集是指基于系统内部时钟的图像采集。定时采集包括：单顿采集、等时间间隔采集、任意设
3 GB/T38238—2019
定时间间隔采集。 7.2.2触发采集
触发采集是基于触发源信号的图像采集。触发源可以是系统内部设定的触发信号和外部输人的触发信号。该功能通常用于主动式红外热成像检测方法中，包括脉冲热像法、阶梯热像法、锁相热像法和振动热像法， 7.2.3影像冻结
在红外热像仪工作过程中，影像冻结是将目前的视图进行冻结的功能。 7.3 图像显示
使用显示器来显示人眼可见的热像图，通常采用伪彩色、灰度图等方式显示；并可以单顿显示或连续动态视频播放。 7.4 图像分析
图像分析通常包含以下分析方法： a）对测量区域红外辐射强度信号的温度估计； b）基于红外线热成像系统分辨率的点温度测量； c) 测量区域内的平均温度、最小温度和最大温度； d) 用颜色标记具有相同温度的等温区域
7.5 图像处理
7.5.1盲元替换
通过采用相邻像元信息替换探测器盲元信息，来改善图像可视性
7.5.2非均匀性校正
SAG
用于补偿探测器单元响应不均匀而进行的校正过程
7.5.3图像滤波
图像滤波用于提高图像信噪比，通常采用空间滤波、频域滤波、顿平均等方法， 7.5.4图像增强
图像增强用于提高图像信号的可视性，通常采用灰度拉伸、直方图变换等方法，
7.5.5时间相关的处理方法
对脉冲热像法、阶梯热像法、锁相热像法和振动热像法等方法获得的热像图序列，通常采用与时间
相关的信号处理方法提取有用信息。 7.5.6可见光与红外图像融合
将同一视角采集的红外热像图和可见光图像，按照背景设置的不同进行不同的权重比例的调整，以
达到红外图像与可见光图像在同一屏幕上同时显示的方法。
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