Как выбрать｜охлаждаемую или неохлаждаемую тепловизионную камеру

На протяжении многих лет ученые, исследователи и специалисты по исследованиям и разработкам стремились применять тепловизионные камеры в самых разных областях, включая промышленные исследования и разработки, академические исследования, неразрушающий контроль (НК) и испытания материалов, а также оборонную и аэрокосмическую промышленность. .

Однако не все тепловизионные камеры имеют одинаковые качественные характеристики или могут применяться в некоторых специализированных областях. Например, для точного измерения требуются современные тепловизионные камеры с возможностью высокоскоростной покадровой анимации. В этой статье будут представлены способы выбора между охлаждаемыми и неохлаждаемыми тепловизионными камерами.

Охлаждаемая тепловизионная камера

В современных охлаждаемых тепловизионных камерах используются датчики изображения со встроенными криогенными холодильниками. Это устройства, которые снижают температуру детектора до температуры охлаждения. Чтобы уменьшить тепловой шум ниже уровня сигнала изображения сцены, необходимо снизить температуру детектора.

Охлаждаемые тепловизионные камеры являются наиболее чувствительными тепловизионными камерами, обнаруживающими наименьшие перепады температур между объектами. Они работают в средневолновом инфракрасном (MWIR) и длинноволновом инфракрасном (LWIR) диапазонах спектра, где тепловая чувствительность выше с физической точки зрения. Термическая чувствительность относится к изменению сигнала относительно изменения целевой температуры. Чем выше тепловая чувствительность, тем легче обнаружить те сцены, где температура цели не сильно отличается от фона.

GMZ45055UA： Линза поставляется с холодильным оборудованием и механизмом Дьюара, которые могут лучше справляться с влиянием изменений температуры окружающей среды во время работы оборудования.

Неохлаждаемые тепловизионные камеры

Неохлаждаемая тепловизионная камера представляет собой инфракрасную тепловизионную камеру, в которой детектор изображения не требует криогенного охлаждения. Общие конструкции детекторов основаны на пироэлектрических детекторах, которые представляют собой небольшие резисторы из оксида ванадия с большим коэффициентом измерения температуры, большой площадью поверхности, низкой теплоемкостью и хорошей теплоизоляцией. Изменения температуры сцены вызовут изменение температуры инфракрасного детектора, который будет преобразован в электрические сигналы и обработан для создания изображений.

Неохлаждаемые детекторы используются в длинноволновом инфракрасном (LWIR) диапазоне, где цели с одинаковой температурой земли излучают наибольшее количество инфракрасного тепла. По сравнению с охлаждаемыми детекторами неохлаждаемые детекторы требуют меньшего количества производственных операций, более высокой производительности и более низкой стоимости вакуумной упаковки, а неохлаждаемые тепловизионные камеры не требуют чрезвычайно дорогого криогенного холодильного оборудования. Неохлаждаемые тепловизионные камеры имеют меньше движущихся частей и, как правило, имеют более длительный срок службы, чем охлаждаемые тепловизионные камеры при аналогичных условиях эксплуатации.

ITH1212IP: ITH1212IP Инфракрасное тепловизионное ядро имеет небольшой размер, низкое энергопотребление и высокую производительность.

Преимущества неохлаждаемых тепловизионных камер представляют собой дилемму: когда использовать охлаждаемые тепловизионные камеры для исследований и разработок/научных приложений? Ответ таков: это зависит от требований приложения.

Пример сравнения:

Если вы хотите заметить небольшие перепады температур и нуждаетесь в качестве изображения, снимайте быстро движущиеся или горячие объекты; если вам нужно четко увидеть тепловые изменения или измерить температуру очень маленьких объектов; если вы хотите увидеть, как объекты находятся в очень четко определенных частях электромагнитного спектра; или если вы хотите синхронизировать тепловизионную камеру с другим оборудованием для измерения температуры, вам подойдет охлаждаемая тепловизионная камера.

1. Скорость

Охлаждаемые тепловизионные камеры могут отображать изображения быстрее, чем неохлаждаемые тепловизионные камеры. Высокоскоростное тепловидение имеет время экспозиции до микросекунд, останавливает видимое движение динамических сцен и фиксирует частоту кадров более 62 000 кадров в секунду. Приложения включают в себя тепловой и динамический анализ лопаток турбины реактивного двигателя, проверку автомобильных шин или подушек безопасности, сверхзвуковых снарядов и взрывов.

Охлаждаемые тепловизионные камеры чрезвычайно чувствительны и в полной мере используют глобальный затвор. Это означает, что они могут считывать все пиксели одновременно, а не построчно, как неохлаждаемые камеры, что позволяет охлаждаемым камерам захватывать четкие изображения и измерять температуру движущихся объектов.

2. Пространственное разрешение

На представленных ниже тепловизионных изображениях сравнивается увеличение крупным планом, достигаемое при использовании охлаждаемых и неохлаждаемых тепловизионных систем. Инфракрасное изображение слева было получено с помощью комбинированной установки с 4-кратным ближним объективом и охлаждаемой тепловизионной камерой с шагом пикселя 13 мкм и размером пятна 3,5 мкм. Инфракрасное изображение справа было получено с помощью комбинированной установки с 1-кратным ближним объективом и неохлаждаемым тепловизором с шагом пикселя 25 мкм и размером пятна 25 мкм.

Из-за более короткой длины волны инфракрасного излучения охлаждаемые тепловизионные камеры обычно имеют более сильные возможности увеличения, чем неохлаждаемые тепловизионные камеры. Поскольку охлаждаемые тепловизионные камеры более чувствительны, можно использовать линзы с большим количеством оптики или более толстыми элементами без ухудшения отношения сигнал/шум, что улучшает характеристики увеличения.

3. Чувствительность

Преимущество улучшенной чувствительности охлаждаемых тепловизионных камер часто не сразу становится очевидным. Чтобы сравнить преимущества чувствительности, мы провели быстрый эксперимент с чувствительностью. Мы создали тепловое изображение отпечатка руки, прижав руки к стене на несколько секунд для сравнения.

На первых двух изображениях показан отпечаток руки в тот момент, когда рука убрана. На втором наборе изображений показана тепловая сигнатура отпечатка руки через две минуты. Охлаждаемая тепловизионная камера по-прежнему может фиксировать большую часть тепловых характеристик отпечатка пальца, в то время как неохлаждаемая тепловизионная камера может фиксировать только некоторые из его тепловизионных характеристик. Ясно, что охлаждаемые тепловизионные камеры могут обнаруживать более мелкие перепады температур, чем неохлаждаемые тепловизионные камеры, а продолжительность обнаружения больше. Поэтому охлаждаемые тепловизионные камеры более четко показывают детали измеряемого объекта и могут помочь обнаружить мельчайшие тепловые аномалии.

4. Спектральная фильтрация

Одним из преимуществ охлаждаемых тепловизионных камер является их простая спектральная фильтрация для лучшего обнаружения деталей и измерения температуры, чего трудно достичь с неохлаждаемыми тепловизионными камерами.

Пример: Мы использовали фильтр, который был помещен в держатель фильтра за линзой или встроен в блок детектора Дьюара, чтобы обеспечить полное изображение пламени. В прошлом конечные пользователи хотели измерить и охарактеризовать горение частиц угля в пламени. С помощью спектрального ИК-фильтра «видеть сквозь пламя» мы отфильтровали охлаждаемую тепловизионную камеру в спектральном диапазоне, куда проникает пламя, что позволяет нам отображать частицы угля. Рис. 1 — изображение, снятое без пламенного фильтра; все, что мы видим, это само пламя. Второй снимок сделан с пламенным фильтром, и мы можем ясно видеть горящие частицы угля.

5. Синхронизация

Благодаря точной синхронизации и срабатыванию камеры камера идеально подходит для высокоскоростных приложений с чувствительными к температуре объектами. Работая в режиме моментального снимка, охлаждаемые тепловизионные камеры могут одновременно фиксировать все пиксели в тепловом режиме. Это особенно важно при наблюдении за быстродвижущимися объектами, а стандартные неохлаждаемые тепловизионные камеры будут размывать изображение.

Изображение выше является хорошим примером. Мы бросаем монету, и датчик запускает тепловизионную камеру, чтобы сделать снимок. Дважды подбрасывая одну и ту же монету, одновременно активируя тепловизионную камеру, мы каждый раз видим объект в одном и том же положении. С неохлаждаемой тепловизионной камерой с ИК-детектором вы вообще не сможете ловить монеты, потому что она не может сработать этот тип детектора. Скорее всего, изображение будет размытым.

Подводя итог, вы можете выбирать между охлаждаемыми и неохлаждаемыми тепловизионными камерами в соответствии с вашим приложением и оценкой стоимости. Если у вас есть вопросы или вы хотите приобрести соответствующие продукты IR, пожалуйста, свяжитесь с нами .

Quanhom является профессиональным поставщиком инфракрасных линз и оптических компонентов на заказ. Наши универсальные решения сложных задач в области обороны, безопасности и коммерческих приложений признаны клиентами во всем мире. Благодаря инновационному дизайну, индивидуальному проектированию, оценке оптических систем и производству наша многоязычная команда (английский, испанский, итальянский и русский) обеспечивает беспрепятственное общение от начала проекта до его завершения. Ежегодно выполняется около 60 проектов, начиная от консультирования и заканчивая выпуском готовой продукции. Талантливая команда Quanhom создала множество историй успеха для различных приложений, таких как тепловизионные прицелы для наружного и оборонного использования, тепловизионные монокуляры / бинокли, пограничная и прибрежная безопасность, морские приложения и инфракрасные полезные нагрузки БПЛА.