在工业测温领域，金属加工、激光制造和高温过程的精确温度监控对产品质量控制至关重要。德国OPTRIS公司推出的PI系列短波红外热像仪（以PI 1M和PI 08M为代表）通过的光学设计和技术创新，解决了高温材料非接触测温中的核心挑战。该系列产品基于短波红外成像原理（0.8-1.1μm波段），在探测器灵敏度、温度量程、响应速度和系统集成方面实现了突破性进展，为工业4.0环境下的智能制造提供了可靠的温度视觉解决方案。本文将深入解析其五大核心技术特性。

1 光学性能优势：短波成像与多模式探测

短波红外技术的核心价值在于其的物理成像优势。与传统8-14μm长波热像仪不同，OPTRIS PI系列工作在0.8-1.1μm短波光谱范围（PI 08M更精准至780-820nm），这一设计直击金属测温痛点：金属材料在1μm波长下的发射率（ε=0.4-0.6）显著高于传统长波段的发射率（ε=0.1-0.3）。这一特性源于普朗克辐射定律的物理规律——物体在短波波段辐射能量随温度呈指数增长，使热像仪能够穿透金属表面反射干扰，捕捉真实的表面热辐射。

• 探测器参数：PI系列采用高动态CMOS探测器，分辨率高达764×480像素，像素尺寸15μm×15μm。其热灵敏度（NETD）在700°C时优于1K，即使在1000°C高温下仍保持<2K的噪声抑制能力。这种精细的像素结构结合先进的信号处理算法，使设备能够辨识微小的温度差异，为高精度热成像奠定硬件基础。

• 多模式成像能力：为适应不同工业场景的速度要求，产品提供四档可切换分辨率/帧频组合：

• 精细成像模式：764×480像素@32Hz，适用于需要高空间分辨率的静态场景

• 平衡模式：382×288像素@80Hz（可切换27Hz），满足多数动态过程的监测需求

• 高速模式：72×56像素@1kHz，专为捕捉毫秒级快速热事件（如激光瞬间加热）而设计

• 线扫描模式：764×8像素@1kHz，针对连续运动目标的线性温度剖面采集

表：OPTRIS PI 1M热像仪不同镜头配置性能参数对比

镜头系统的灵活性进一步扩展了应用边界。用户可根据测量距离和目标尺寸选择四种可互换镜头（焦距16/25/50/75mm），其中75mm长焦镜头的光学分辨率高达1280:1，可在10米外对直径0.8mm的微小目标进行精确测温。这种?？榛庋杓?/span>使单台设备能够适应从宽幅炉膛监测到聚焦微小焊点的多样化场景。

2 精准测温能力：宽温域连续覆盖

OPTRIS PI系列的核心突破在于其无分段连续测温能力，解决了传统红外设备在量程切换时的数据中断问题。PI 1M支持450°C至1800°C 的连续测量（PI 08M为575-1900°C），全程无需切换量程。这一特性在动态热处理过程中尤为重要——当金属工件从预热段（约600°C）进入熔融段（>1500°C）时，系统可持续输出稳定温度数据，避免因量程切换导致的温度跳变或信号丢失。

• 精度指标：在标准环境温度（23°C）下，设备提供读数的±1%精度（目标温度<1400°C）。即使在1kHz高速模式下，仍保持±1.5%的高精度水平。以测量1200°C钢坯为例，其绝对误差控制在±12°C以内，远超工业级测温设备±1%～±2%的常规标准。

• 热灵敏度特性：设备采用双参考温度实时补偿技术，热灵敏度在700°C时<1K，1000°C时<2K。这一指标对监测热处理过程中的细微温度波动至关重要——例如感应加热时±5°C的偏差可能导致金属相变异常，PI系列能够精准捕捉此类微小变化。

抗干扰设计进一步保障了复杂环境下的测量可靠性：

• 1064nm陷波滤光片：PI 1M可选配该光学器件，有效滤除CO?/NIR激光加工中产生的干扰辐射（波长约1060nm）。

• 多参数补偿算法：内置环境温度、大气透过率及反射背景补偿模块，用户可设定0.100～1.100范围内的发射率值，适应不同金属材质（如铝：0.1-0.2，不锈钢：0.3-0.4，氧化钢：0.8-0.9）。

• 实时模拟输出：中心像素的0-10V模拟信号以1ms超快响应时间输出，为PLC控制系统提供即时温度反馈。

3 坚固硬件设计：工业级防护与集成

在机械设计层面，OPTRIS PI系列采用紧凑型全金属外壳（46×56×90mm），重量仅245-311g（视镜头配置）。这种轻量化设计使其可直接集成于机械臂末端或狭窄的产线空间，突破传统热像仪安装受限的瓶颈。

• 工业防护特性：

• IP67防护等级（NEMA 4标准）：防尘防水特性允许设备在铸造、锻造等高污染环境稳定运行。

• 宽温域适应性：工作温度5-50°C，存储温度-40-70°C，耐受20-80%相对湿度（无凝露）。

• 抗振抗冲击：通过IEC 60068-2-27抗冲击（25G/50G）及IEC 60068-2-6振动测试，适应冶金车间强振动环境。

• 工业接口配置：

• 标准过程接口（PIF）：集成0-10V输入、数字输入（Max 24V）、0-10V输出。

• 工业级PIF扩展：提供2路模拟输入、3路0/4-20mA输出、3路继电器（30V/400mA）及故障安全继电器，可直接驱动冷却系统或报警装置

• 电缆扩展能力：USB电缆支持1-20米可选，其中5/10米版本采用耐高温设计（180°C），适用于近炉安装

表：OPTRIS PI系列工业过程接口功能详解

供电设计采用USB总线取电（最大功耗2.5W），无需额外电源适配器。同时可选配冷却保护套及高温电缆，使其能在距目标300mm的极限位置稳定工作，直面熔融金属的辐射热冲击。

4 智能系统集成：软件生态与实时控制

OPTRIS构建了多层次软件生态系统，覆盖从基础操作到深度开发的全部需求：

• PIXConnect基础软件：提供实时热成像显示、区域温度分析（点/线/面）、温度-时间曲线绘制及数据记录功能。

• ConnectSDK开发包：支持C++、C#、Python等语言调用，开放温度数据流接口，便于集成至MES/SCADA系统。

• ExpertAPI高级控制：通过事件触发捕获（如超温报警）、温度分布统计及多相机同步功能，满足复杂工业场景的定制化需求。

1ms响应控制链是PI系列的核心竞争力。当检测到目标温度异常时，系统通过高速模拟输出（1ms延迟）向PLC发送信号，PLC即刻调整加热功率或触发急停。以激光焊接为例，该技术可将温度控制闭环缩短至10ms级，避免因延迟导致的焊穿缺陷。

智能诊断功能进一步提升了系统的可靠性：

• 热点自动追踪：动态识别图像中的最高温区域，特别适用于感应加热线圈的局部过热监测。

• 温度趋势分析：记录历史温度曲线，生成加热/冷却速率报告，为工艺优化提供量化依据。

• AI缺陷识别扩展：基于SDK开发的智能算法可关联温度模式与产品缺陷（如淬火裂纹对应的温度梯度突变）。

5 高温应用场景：金属制造的全面适配

基于其的技术优势，OPTRIS短波热像仪在高温工业领域展现出广泛适用性：

• 金属成型与热处理：在轧钢回火工艺中，PI系列持续监测800-1200°C带钢温度，控制冷却速率以获得特定金相组织。其1kHz高速模式能捕捉0.5秒内的急冷过程，确保马氏体转变均匀性。压铸模具监测时，设备以80Hz帧频扫描模具表面，实时检测>600°C的局部热点，预防模具变形失效

• 激光增材与焊接：针对金属3D打印，PI 08M的0.8μm光谱灵敏度可穿透激光等离子体干扰（波长约800-820nm），精确测量熔池温度。其27°×17°视场角覆盖常见打印区域（如200×200mm成型舱），精度达±1%，直接用于闭环控制激光功率。在动力电池焊接中，1ms响应时间配合线扫描模式，实现每秒1000行的温度剖面采集，即时剔除虚焊电芯。

• 高温熔炼与烧结：钢水温度监测场景下，PI 1M通过75mm长焦镜头在5米外测量1600°C钢水，避免热辐射损伤。其连续量程覆盖从出炉到浇注全过程，精度±2%。陶瓷烧结炉中，设备透过观察窗监测>900°C的窑内温度场，生成温度均匀性图谱，优化加热区设置。

在环境下的长期稳定性同样经过严苛验证：某汽车厂热处理线上，PI 1M在环境温度45°C的工况下连续运行12个月，测温偏差仍保持在±1.2%以内，充分验证了其工业级耐久性。

结语：重新定义高温测量标准

德国OPTRIS短波红外热像仪通过光谱创新（1μm波段）、硬件突破（1kHz/1ms响应）及系统集成（全接口/IP67）的融合，解决了高温金属制造中的核心测温难题。其450-1800°C连续量程、±1%精度及多镜头配置的特性，使单台设备即可覆盖从实验室研发到全自动产线的各类场景。随着智能制造对过程数据的要求不断提高，该系列产品将持续赋能金属加工、激光制造及高温处理行业，构建更精确、更可靠的温度控制闭环。在追求工艺极限的工业场景中，OPTRIS PI系列不仅提供测量工具，更成为优化品质、提升效率的核心技术支点。