紅外線相關文獻

壹、紅外線發展沿革

紅外線於1800 年英國天文學家 William Herschel 使用三稜鏡分光作用探討光譜的熱效應 時，最先發現紅外線（Infrared）。事隔百年 1905 年 Coblentz 印出最早的紅外線分子譜圖集 及1917 年 Case 以硫化亞鉈（T12S）製成光電導電器來測量光之波長，此為紅外線熱像偵測 器之開端。在第二次世界大戰，紅外線的實用技術更有了長足的進展，在這段期間最可稱道 的成就之一，就是「光學影像轉換器」的發展，用紅外線照射於物體而顯其形像於螢光幕上，

因此被用於夜間作戰中。為日後紅外線於軍事中應用更加普遍，如熱追蹤飛彈、自動導航與 飛行等。在1948 年，紅外線攝溫影像術（Infrared Thermograph,IT）開始應用於醫學，最早用 於乳房、血管和皮膚方面的病變檢查。紅外線攝溫儀經研發改善後，已能提供高解晰度之影 像且具備高準確度之測溫。操作簡單、安全方便，資料可儲存供研究、分析及追蹤治療，IT 可用於全身各部位體表溫度之測量，對臨床診斷幫助頗大。近年來由於紅外線技術的突破及 成本的降低，以及紅外線熱影像儀器的開發能有效地用於熱分佈檢測及測溫，因此紅外線檢 測被廣泛使用於醫學、工業、土木、航太及軍事等領域上【1-6】。

貳、國內外紅外線熱影像檢驗瓷磚相關文獻

目前國內、外專家學者目前針對建築物瓷磚紅外線熱影像檢測技術，有許多不同理論及 原則根據，並且依據檢測的影響因素，產生許多不同的資料。這些因素來自時間、角度、方 向、距離、風速、環境等，都必須依據分析加以解釋這些相關檢測的數據。

在國內應用紅外線熱影像儀檢測瓷磚缺陷、材料老化等相關研究如下所述：

林谷陶(2010)應用用紅外線熱影像於水泥砂漿材料特性進行研究【7】，以一般牆面或樓板 常用來打底粉平使用之水泥砂漿 試體進行溫度加速劣化，再以經劣化後、未劣化之水泥砂漿 試 體分別進行強度試驗、孔隙試驗、氯離子滲透試驗，及試體加 熱後之紅外線熱像檢測分 析。本文提及紅外熱影像的主要應用是在於土木部門的構造熱影像，應用於建築產業大部分 材料的放射係數介於0.90~0.96 之間。其土木材料放射係數表，如表 2-1 所示。

表2-1 土木材料放射係數表

Material ε Material ε

Concrete 0.94 Render / plaster 0.9~0.96 Sand 0.93 Glass 0.93~0.96 Brick 0.93~0.94 Wood 0.96 Limestone 0.96 Roofing felt 0.93 Gypsum 0.9 Clay 0.95 Paint 0.9~0.95 Brickearth 0.93

本篇學者Tsung-Lin Lee 提出一個應用人工類神經網絡(ANN)結合熱影像分析估算海堤內 部侵蝕洞穴深度的方法。該研究建立了一個模型試驗沙箱，主要利用熱影像設備檢測結構表 面測量內部狀況的溫度變化，其結果如下所述。

一、模型沙箱實驗

本分析案例之模型沙箱實驗係於台南立德大學營建實驗室中進行。沙箱尺寸長 2m，寬 1m，高 1m。沙箱上部在鋪設 5cm 厚 混凝土板，以模擬現場護岸的狀態，如圖 2-1 所示。

圖2-1 砂箱實驗與紅外線熱影像記錄

資料來源：Ocean Engineering36(2009)1251–1257 二、海堤現場檢測

本分析範例進行了台南青草海堤的紅外線熱影像調查，青草海堤的位置中可以看到向海 方向的海堤表面有一道長裂縫，由侵蝕洞穴部的崩塌熱影像圖中，可以看到對應於現有沿裂 縫的高溫線，如圖2-2 所示。

圖2-2 海堤裂縫深度測量

資料來源：Ocean Engineering36(2009)1251–1257

學者江支弘(2004)應用紅外線熱影像與打診法檢驗面磚黏貼是否穩固，文中紅外線攝溫影像 術（Infrared Thermography, IRT）檢測瓷磚黏貼完整性，使用紅外線熱影像儀拍攝瓷磚表面溫 度熱影像圖（Infrared images），觀察溫度分佈差異處而找出黏貼不完整的範圍及位置，其判斷 結果準確且快速，且可現場檢測較大範圍之瓷磚。比對打診法與紅外線攝溫影像術之結果顯 示，打診法較易流於主觀黏貼不完整處之位置及範圍，尤其黏貼不完整範圍較小處的判斷甚 為困難。比較之下，紅外線熱影像圖能清楚且具體呈現大範圍及小範圍之黏貼不完整處的範 圍及位置，使檢測人員易於判讀，並提供判斷之準則及論證，準確性優於打診法，未來如推 廣使用紅外線攝溫影像術檢測新建工程之瓷磚施工品質，或評估使用中建築物之瓷磚現況，

作為為修補強之依據，應可促進建築物外牆之完整保持，並達到建築物公共安全的要求【8,9】， 以鹵素燈加熱配合紅外線熱影像拍攝牆上面瓷磚的溫度，其加熱後面磚黏貼不完整處將呈現 相對高溫的現象，藉由熱影像圖的不同溫度區判釋面磚黏貼性，如圖2-3 所示。

(a)檢測牆面之紅外線熱影像圖 (b)檢測牆面瓷磚黏貼不完整處

（紅色表熱影像圖顯示之位置，藍色表打診法之結果，粉紅色表兩方法相符處）

學者江支弘(2005)本研究以紅外線熱影像法（ InfraredThermography, IRT）、敲擊回音

（Impact-Echo Method）及打診法（HammerTapping）等三種檢測方法進行瓷磚黏貼品質檢測，

並比較三者之間的檢測結果，期望提昇以非破壞技術評估瓷磚施工品質的可靠性與實用性。

三種方法中以紅外線熱影像法較可快速及大範圍檢測瓷磚缺陷；而敲擊回音法雖可檢測出瓷 磚缺陷，但須有正確之參數才能準確預估缺陷範圍；打診法雖不能估計瓷磚缺陷範圍，但本 法使用之器具較為簡便，可用錢幣及鐵鎚等即可做檢測。運用紅外線熱影像檢測方法進行瓷 磚黏貼品質檢測，其檢測結果以紅外線熱影像可快速及大範圍檢測瓷磚缺陷，並提出紅外線 熱影像拍攝角度在45 度以內，所估算出知識體面積與實際面積誤差皆低於 10％，如圖 2-4 所 示。

(a)牆面加熱 7 分鐘後之紅外線熱影像圖 (b)牆面瓷磚設計黏貼不完整處

圖2-4 瓷磚黏貼品質檢測

(資料來源：江支弘、林宏義(2005)，建築物外飾材施工品質之非破壞檢測，朝陽科技大學營 建工程系碩士班，碩士論文)

李德河(2008) 本研究擬針對建築物之表面裂縫、內部裂縫、外飾面磚脫層等現象以非破 壞檢測技術檢測之，比較透地雷達、紅外線熱影像儀及超音波檢測儀三種檢測方式對於檢測 不同缺陷的適用性及可行性【10】。本研究之研究成果如下：

1. 利用透地雷達對表面細微裂縫進行探測時，可得知裂縫位置，由紅外線熱影像儀及超音波 檢測儀檢測結果，可以本研究所得之關係式來預測裂縫深度。

2. 以透地雷達進行建築物外部缺陷探測時，以高頻率之天線可探測得外飾面磚脫層及磚牆破 壞範圍，利用紅外線熱影像儀檢測時，可運用影像處理技術獲得外飾面磚脫層及磚牆破壞範 圍，但須注意檢測環境之日曬條件，而超音波檢測儀則因待測物之表面粗糙度而影響其可行 性。

3. 本研究將紅外線熱影像技術應用於成功大學博物館北向立面進行大面積之檢測，並將紅外 線熱影像檢測結果與敲擊法結果相互比對，其外飾面磚脫層範圍結果相近。

運用紅外線熱影像於建築物外飾面磚脫層範圍進行檢測，可由影像相減技術及相對溫度 差異判定其位置，亦可使用溫度累積法進行孔洞分佈位置分析，並建立其檢測及分析流程，

而為避免陽光不均勻日曬之影響，故檢測時段應採清晨時段較佳，且對一房屋結構進行檢測 時，牆面與柱樑系統應分開判斷，以紅外線熱影像儀對室外建築物缺陷檢測時，可選定白天 或夜晚之溫差穩定時段進行拍攝，如此可避免溫差變化大所造成的結果誤判。

文中文獻學者 Moroprulou et al.運用紅外線熱影像技術對希臘雅典國際機場 瀝青鋪面進 行缺陷檢測，缺陷定義與 ASTM D4788 一致，其定義為”缺陷面積與完整面積鋪面溫差至少 0.5℃，視為缺陷(脫層現象)”。檢測範圍分為機場內最老的碎石鋪面、飛機滑行道及主要跑道 等三部份，以機場內 最老的鋪面檢測為例，熱影像圖上呈現”熱”的區域且溫差大於 0.5℃，

現 地存有脫層之痕跡，其脫層面積佔 27%，如圖 2-5 所示。

圖2-5 機場鋪面檢測結果(取自 Moroprulou et al.，2001)

文中文獻林維明(1997)運用紅外線熱影像對海砂屋之劣化現象進行檢測，作者提出海砂 屋是鋼筋混凝土結構體摻有海砂，而海砂中含有過量的氯化物，導致鋼筋發生腐蝕生鏽、體 積膨脹，導致結構體破壞。當一般建築物外壁在白天受到日照時，外壁的溫度會高於內壁，

而造成熱流自外壁向內壁流動，致內、外壁有溫度差異，因此產生溫度梯度，若結 構體內有 剝離之部份，終形成很薄且無法傳熱的空氣層，顯示在一定日照量下，剝離部位之表面溫度

(a) 建物外壁診斷之概念圖 (b) 建物外壁之溫度變化範例

圖2-6 建物外壁診斷及溫度變化圖例

文中文獻學者Vavilov et al.(2002)運用紅外線熱影像對俄羅斯內的煙囪作安全性的評估，

蘇聯早期發展工業興建許多煙囪，許多煙囪至今早已超過使用年限，主要利用溫差的方式檢 驗煙囪是否安全，因為煙囪加熱後，熱由內往外跑，所以內部會比外部高溫，故從外部拍攝 熱影像時，完好的煙囪在加熱後溫差會呈現正值，含有裂縫處則是呈現較緩的溫差，如圖 2-7 所示。

圖2-7 完整與裂縫煙囪之溫差比較(左:完整；右:含裂縫)

文中文獻學者 Maierhofer et al.(2003)運用透地雷達及紅外線熱影像技術對一內有孔洞之 混凝土塊進行檢測，其中孔洞之模擬材料為四個20×20×10 cm³及4 個 10× 10×10 cm³之聚苯 乙烯(保麗龍)塊，混凝土塊尺寸為 1.5× 1.5× 0.5 m³，並以 3 盏 2400W 之加熱器對混凝 土塊 進行主動式的加溫，再於降溫過程中進行監測，並以 2 張/秒之頻率 拍攝熱影像圖；而後以 1.5GHz 之透地雷達天線進行探測，欲探討此兩項技術在檢測混凝土孔洞的效果，

如圖2-8 所示。

(a)透地雷達 Z 方向不同深度剖面圖

圖中a:深度 0.6 公分；b:深度 6.0 公分；c:深度 9.6 公分

圖中a:深度 0.6 公分；b:深度 6.0 公分；c:深度 9.6 公分