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在工業測溫領域，金屬加工、激光制造和高溫過程的精確溫度監控對產品質量控制至關重要。德國OPTRIS公司推出的PI系列短波紅外熱像儀（以PI 1M和PI 08M為代表）通過的光學設計和技術創新，解決了高溫材料非接觸測溫中的核心挑戰。該系列產品基于短波紅外成像原理（0.8-1.1μm波段），在探測器靈敏度、溫度量程、響應速度和系統集成方面實現了突破性進展，為工業4.0環境下的智能制造提供了可靠的溫度視覺解決方案。本文將深入解析其五大核心技術特性。
1 光學性能優勢：短波成像與多模式探測
短波紅外技術的核心價值在于其的物理成像優勢。與傳統8-14μm長波熱像儀不同，OPTRIS PI系列工作在0.8-1.1μm短波光譜范圍（PI 08M更精準至780-820nm），這一設計直擊金屬測溫痛點：金屬材料在1μm波長下的發射率（ε=0.4-0.6）顯著高于傳統長波段的發射率（ε=0.1-0.3）。這一特性源于普朗克輻射定律的物理規律——物體在短波波段輻射能量隨溫度呈指數增長，使熱像儀能夠穿透金屬表面反射干擾，捕捉真實的表面熱輻射。
探測器參數：PI系列采用高動態CMOS探測器，分辨率高達764×480像素，像素尺寸15μm×15μm。其熱靈敏度（NETD）在700°C時優于1K，即使在1000°C高溫下仍保持<2K的噪聲抑制能力。這種精細的像素結構結合先進的信號處理算法，使設備能夠辨識微小的溫度差異，為高精度熱成像奠定硬件基礎。
多模式成像能力：為適應不同工業場景的速度要求，產品提供四檔可切換分辨率/幀頻組合：
精細成像模式：764×480像素@32Hz，適用于需要高空間分辨率的靜態場景
平衡模式：382×288像素@80Hz（可切換27Hz），滿足多數動態過程的監測需求
高速模式：72×56像素@1kHz，專為捕捉毫秒級快速熱事件（如激光瞬間加熱）而設計
線掃描模式：764×8像素@1kHz，針對連續運動目標的線性溫度剖面采集
表：OPTRIS PI 1M熱像儀不同鏡頭配置性能參數對比
| 焦距(mm) | 視場角(FOV) | 最小物距(mm) | 溫度量程(27Hz模式) | 光學分辨率 |
|---|---|---|---|---|
| 16 | 41°×25° | 300 | 450~1800°C | 255:1 |
| 25 | 27°×17° | 300 | 450~1800°C | 400:1 |
| 50 | 13°×8° | 500 | 525~1800°C | 833:1 |
| 75 | 9°×6° | 1000 | 525~1800°C | 1280:1 |
鏡頭系統的靈活性進一步擴展了應用邊界。用戶可根據測量距離和目標尺寸選擇四種可互換鏡頭（焦距16/25/50/75mm），其中75mm長焦鏡頭的光學分辨率高達1280:1，可在10米外對直徑0.8mm的微小目標進行精確測溫。這種模塊化光學設計使單臺設備能夠適應從寬幅爐膛監測到聚焦微小焊點的多樣化場景。
2 精準測溫能力：寬溫域連續覆蓋
OPTRIS PI系列的核心突破在于其無分段連續測溫能力，解決了傳統紅外設備在量程切換時的數據中斷問題。PI 1M支持450°C至1800°C 的連續測量（PI 08M為575-1900°C），全程無需切換量程。這一特性在動態熱處理過程中尤為重要——當金屬工件從預熱段（約600°C）進入熔融段（>1500°C）時，系統可持續輸出穩定溫度數據，避免因量程切換導致的溫度跳變或信號丟失。
精度指標：在標準環境溫度（23°C）下，設備提供讀數的±1%精度（目標溫度<1400°C）。即使在1kHz高速模式下，仍保持±1.5%的高精度水平。以測量1200°C鋼坯為例，其絕對誤差控制在±12°C以內，遠超工業級測溫設備±1%～±2%的常規標準。
熱靈敏度特性：設備采用雙參考溫度實時補償技術，熱靈敏度在700°C時<1K，1000°C時<2K。這一指標對監測熱處理過程中的細微溫度波動至關重要——例如感應加熱時±5°C的偏差可能導致金屬相變異常，PI系列能夠精準捕捉此類微小變化。
抗干擾設計進一步保障了復雜環境下的測量可靠性：
1064nm陷波濾光片：PI 1M可選配該光學器件，有效濾除CO?/NIR激光加工中產生的干擾輻射（波長約1060nm）。
多參數補償算法：內置環境溫度、大氣透過率及反射背景補償模塊，用戶可設定0.100～1.100范圍內的發射率值，適應不同金屬材質（如鋁：0.1-0.2，不銹鋼：0.3-0.4，氧化鋼：0.8-0.9）。
實時模擬輸出：中心像素的0-10V模擬信號以1ms超快響應時間輸出，為PLC控制系統提供即時溫度反饋。
3 堅固硬件設計：工業級防護與集成
在機械設計層面，OPTRIS PI系列采用緊湊型全金屬外殼（46×56×90mm），重量僅245-311g（視鏡頭配置）。這種輕量化設計使其可直接集成于機械臂末端或狹窄的產線空間，突破傳統熱像儀安裝受限的瓶頸。
工業防護特性：
IP67防護等級（NEMA 4標準）：防塵防水特性允許設備在鑄造、鍛造等高污染環境穩定運行。
寬溫域適應性：工作溫度5-50°C，存儲溫度-40-70°C，耐受20-80%相對濕度（無凝露）。
抗振抗沖擊：通過IEC 60068-2-27抗沖擊（25G/50G）及IEC 60068-2-6振動測試，適應冶金車間強振動環境。
工業接口配置：
標準過程接口（PIF）：集成0-10V輸入、數字輸入（Max 24V）、0-10V輸出。
工業級PIF擴展：提供2路模擬輸入、3路0/4-20mA輸出、3路繼電器（30V/400mA）及故障安全繼電器，可直接驅動冷卻系統或報警裝置
電纜擴展能力：USB電纜支持1-20米可選，其中5/10米版本采用耐高溫設計（180°C），適用于近爐安裝
表：OPTRIS PI系列工業過程接口功能詳解
| 接口類型 | 信號規格 | 通道數量 | 典型工業應用 |
|---|---|---|---|
| 模擬輸入 | 0-10V | 2路 | 接收熱電偶/PLC信號 |
| 數字輸入 | Max 24V | 1路(標準)/3路(工業) | 外部觸發/急停信號 |
| 模擬輸出 | 0-10V或0/4-20mA | 1-3路 | 連接PID控制器 |
| 繼電器輸出 | 0-30V/400mA | 3路 | 驅動報警器/冷卻閥 |
| 高速模擬輸出 | 0-10V @1kHz | 1路 | 實時溫度反饋 |
供電設計采用USB總線取電（最大功耗2.5W），無需額外電源適配器。同時可選配冷卻保護套及高溫電纜，使其能在距目標300mm的極限位置穩定工作，直面熔融金屬的輻射熱沖擊。
4 智能系統集成：軟件生態與實時控制
OPTRIS構建了多層次軟件生態系統，覆蓋從基礎操作到深度開發的全部需求：
PIXConnect基礎軟件：提供實時熱成像顯示、區域溫度分析（點/線/面）、溫度-時間曲線繪制及數據記錄功能。
ConnectSDK開發包：支持C++、C#、Python等語言調用，開放溫度數據流接口，便于集成至MES/SCADA系統。
ExpertAPI高級控制：通過事件觸發捕獲（如超溫報警）、溫度分布統計及多相機同步功能，滿足復雜工業場景的定制化需求。
1ms響應控制鏈是PI系列的核心競爭力。當檢測到目標溫度異常時，系統通過高速模擬輸出（1ms延遲）向PLC發送信號，PLC即刻調整加熱功率或觸發急停。以激光焊接為例，該技術可將溫度控制閉環縮短至10ms級，避免因延遲導致的焊穿缺陷。
智能診斷功能進一步提升了系統的可靠性：
熱點自動追蹤：動態識別圖像中的最高溫區域，特別適用于感應加熱線圈的局部過熱監測。
溫度趨勢分析：記錄歷史溫度曲線，生成加熱/冷卻速率報告，為工藝優化提供量化依據。
AI缺陷識別擴展：基于SDK開發的智能算法可關聯溫度模式與產品缺陷（如淬火裂紋對應的溫度梯度突變）。
5 高溫應用場景：金屬制造的全面適配
基于其的技術優勢，OPTRIS短波熱像儀在高溫工業領域展現出廣泛適用性：
金屬成型與熱處理：在軋鋼回火工藝中，PI系列持續監測800-1200°C帶鋼溫度，控制冷卻速率以獲得特定金相組織。其1kHz高速模式能捕捉0.5秒內的急冷過程，確保馬氏體轉變均勻性。壓鑄模具監測時，設備以80Hz幀頻掃描模具表面，實時檢測>600°C的局部熱點，預防模具變形失效
激光增材與焊接：針對金屬3D打印，PI 08M的0.8μm光譜靈敏度可穿透激光等離子體干擾（波長約800-820nm），精確測量熔池溫度。其27°×17°視場角覆蓋常見打印區域（如200×200mm成型艙），精度達±1%，直接用于閉環控制激光功率。在動力電池焊接中，1ms響應時間配合線掃描模式，實現每秒1000行的溫度剖面采集，即時剔除虛焊電芯。
高溫熔煉與燒結：鋼水溫度監測場景下，PI 1M通過75mm長焦鏡頭在5米外測量1600°C鋼水，避免熱輻射損傷。其連續量程覆蓋從出爐到澆注全過程，精度±2%。陶瓷燒結爐中，設備透過觀察窗監測>900°C的窯內溫度場，生成溫度均勻性圖譜，優化加熱區設置。
在環境下的長期穩定性同樣經過嚴苛驗證：某汽車廠熱處理線上，PI 1M在環境溫度45°C的工況下連續運行12個月，測溫偏差仍保持在±1.2%以內，充分驗證了其工業級耐久性。
結語：重新定義高溫測量標準
德國OPTRIS短波紅外熱像儀通過光譜創新（1μm波段）、硬件突破（1kHz/1ms響應）及系統集成（全接口/IP67）的融合，解決了高溫金屬制造中的核心測溫難題。其450-1800°C連續量程、±1%精度及多鏡頭配置的特性，使單臺設備即可覆蓋從實驗室研發到全自動產線的各類場景。隨著智能制造對過程數據的要求不斷提高，該系列產品將持續賦能金屬加工、激光制造及高溫處理行業，構建更精確、更可靠的溫度控制閉環。在追求工藝極限的工業場景中，OPTRIS PI系列不僅提供測量工具，更成為優化品質、提升效率的核心技術支點。
