红外检漏技术深度解析：辐射成像、气体吸收与光声探测

在近一二十年间，红外热成像技术作为一种非接触、无损、高效且环境友好的检测手段，在工业泄漏检测领域异军突起。它不仅能应对大范围的快速筛查，也能聚焦于局部区域的精确诊断，已在水管、蒸汽管道、石油化工管线乃至气体存储设施的完整性评估中，证明了其独特的经济与技术价值。更有甚者，该技术还能穿透地表，揭示地下管道周边的土壤侵蚀或空洞问题。

目前，基于红外探测的检漏技术主要形成了三个成熟的技术分支：红外辐射成像、红外吸收成像以及红外光声探测。这三条技术路径在物理原理、仪器构造和应用场景上各具特色。

一、 红外辐射成像检漏技术

基于一个基础的物理学原理：任何温度高于绝对零度的物体都会向外辐射红外线。当承压设备或管道出现泄漏时，无论是高压气体绝热膨胀导致的局部降温，还是热介质泄漏引起的环境升温，都会在泄漏点周围形成一个与背景环境存在显著差异的温度场。这个“热异常”区域的红外辐射强度自然也与周边不同。

红外辐射成像检漏正是利用高灵敏度的红外热像仪捕捉这种由泄漏引发的温度场畸变。采集到的热图像经过计算机算法处理，可以有效提取出异常点的特征，再结合模式识别技术，即可判断泄漏的存在、大致位置，甚至评估其泄漏率的量级。

这项技术因其直观、普适的特点，在各类地下管道系统（如供水、排污、天然气、供热管网、油冷电缆、石油管道及储罐）和地面化工管道的巡检中得到了极为广泛的应用，并取得了可靠的实践效果。

二、 红外吸收法检漏技术（BAGI）

当泄漏介质本身不产生显著温差，或环境热噪声干扰过大时，辐射成像法便会受限。此时，红外吸收法提供了一种更具针对性的解决方案。该技术，又称反向散射/气体吸收成像（Backscatter Absorption Gas Imaging, BAGI），发明于20世纪80年代后期，其核心思想是让不可见的气体泄漏“现出原形”。

工作原理

此方法利用特定气体分子对特定波长的红外光具有强烈吸收特性的原理。系统中的可调谐红外激光器会发射一束特定频率的红外光，照射待检区域。同时，一台红外摄像机同步进行拍摄。如果区域内存在目标气体的泄漏，泄漏出的气体云会吸收掉部分激光能量。在摄像机的“眼中”，这团吸收了红外光的气体云就会呈现为一团黑色或缺失的动态图像，清晰地叠加在背景之上，从而使检漏人员能直观、快速地定位泄漏源。但需要明确的是，BAGGI技术主要用于泄漏定位，通常不能直接测量泄漏气体的浓度。

为保证检测有效，激光器的发射频率必须精确调谐至待测气体的红外吸收峰，并与红外热像仪的探测波段协同工作。

测试仪器

典型的BAGI系统将一台可调谐红外激光器（如5W的CO₂波导管激光器）与一台红外热像仪通过光学系统精密地集成在一起。为了确保人眼安全并降低激光器功率，系统采用了一种巧妙的同步扫描机制。激光束与红外探测器的微小取景区（例如0.05’ × 0.05’）由一对正交的扫描镜驱动，在目标区域内进行光栅式同步扫描。这意味着激光仅在探测器“观察”的瞬间照亮那一小片区域，极大地降低了总功率需求，保证了操作的安全性。

应用实例

由于其高灵敏度和实时成像能力，红外吸收法在航空航天等尖端领域备受青睐。美国航天飞机主发动机（SSME）和德尔塔2火箭发动机（RS-27）在地面测试台进行试车时，就曾采用该技术进行实时的泄漏故障自动检测。在发动机喷管等关键部件的生产质控环节，这项技术同样扮演了重要角色。

三、 红外光声检漏技术

红外光声检漏技术则开辟了一条“听”泄漏的独特路径。它基于一种古老而有趣的物理现象——光声效应，利用激光激励泄漏气体发声，从而实现高精度定位。

检漏原理

光声效应最早由电话发明人亚历山大·贝尔在1880年发现。他观察到，当气体吸收光辐射能量后，会因瞬时加热而发生快速热膨胀，从而在其局部区域产生压力和温度的周期性变化，并以声波的形式向外传播。如果吸收的能量足够强，这种声波就可以被灵敏的麦克风探测到。

在检漏应用中，声波信号的强度直接取决于泄漏气体吸收的激光能量，而吸收的能量又与被激光束照射区域内的气体浓度和数量正相关。通过精确控制激光器的发射频率，使其匹配示踪气体的红外吸收谱线，就可以让泄漏出的气体在激光扫描下“唱歌”。无论是尺寸远大于激光束的泄漏羽烟，还是微小的泄漏点，都会成为一个声源。如果激光束在扫描过程中被附近物体表面反射，还可能二次穿过气体云，进一步增强吸收信号。

要精确地定位和量化泄漏，不仅需要探测到声音，还需要复杂的信号处理。获取高质量的检测结果，对设备参数配置和操作经验有极高要求。这正是专业检测实验室的核心价值所在。

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检漏仪器与流程

一套典型的光声检漏系统包含一部可进行线性扫描的二氧化碳激光器和一个或多个高灵敏度麦克风。测试时，首先向被检产品（如容器或管道）中加压注入一种示踪气体，例如对CO₂激光具有极强吸收能力的六氟化硫（SF₆）。

随后，激光束按照预设路径对产品表面进行扫描。一旦激光束扫过漏孔，泄漏出的SF₆气体便会吸收激光能量，并以激光扫描速率为基频，向四周辐射出特征声波。麦克风捕捉到这个周期性的声音信号后，通过同步探测技术的电子电路进行处理，生成一个明确的漏孔指示信号。结合信号出现时激光束在扫描路径上的精确位置信息，系统便能精准定位漏孔。声波信号的振幅大小，则可以被用来标定和测量泄漏率。

应用场景

该技术尤其适合大规模生产线上的自动化检测。例如，在空调热传输盘管的检漏中，通过注入SF₆并进行激光扫描，系统可以自动、快速地识别并定位任何微小泄漏，极大提升了生产效率和产品质量。美国一家专业公司还将此技术成功应用于圆柱形铝容器的检测，通过让容器上下移动并配合棱镜引导的快速激光扫描，实现了堪比氦质谱检漏仪的超高灵敏度，同时完成了快速定位与漏率测量。