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解读热像仪之制冷型与非制冷型光学气体成像背后的科学

在我们讨论OGI热像仪中制冷或非制冷探测器的问题之前,我们可以先解释这项技术背后的理论。光学气体成像可以比作通过普通的摄像机进行观察,但操作员看到的是一股类似烟雾的气体喷出。如果没有OGI热像仪,这将是肉眼完全看不见的。为了能看到这种气体飘动,OGI热像仪使用了一种独特的光谱(依赖于波长)过滤方法,使它能够检测到特定的气体化合物。在制冷型探测器中,滤波器将允许通过探测器的辐射波长限制在一个非常窄的波段,称为带通,这种技术被称为光谱自适应。

解读热像仪之制冷型与非制冷型光学气体成像背后的科学
光谱自适应

OGI热像仪利用某些分子的吸收特性,将它们在原生环境中可视化。热像仪焦平面阵列(FPAs)和光学系统专门调整到非常窄的光谱范围,通常在数百纳米左右,因此具有超选择性。只能检测到由窄带通滤波器分隔的红外区域中的被气体吸收的红外波段。大多数化合物的红外吸收特性取决于波长。氢、氧和氮等惰性气体无法直接成像。

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黄色区域显示了一个光谱滤波器,设计用于对应大部分背景红外能量将被甲烷吸收的波长范围。(图中横坐标代表波长,纵坐标代表甲烷气体的透射率)

如果将OGI热像仪对准没有气体泄漏的场景,视野中的物体将通过热像仪的镜头和滤光片透射和反射红外辐射。如果物体和热像仪之间存在气体云,并且该气体吸收滤波器带通范围内的辐射,那么通过气体云到达探测器的辐射量将减少或增加。具体情况要看气体云与背景的关系,云与背景之间必须有一个辐射的对比。

总而言之,让气体可见的关键是:气体必须吸收热像仪看到的波段中的红外辐射;气体云必须与背景形成辐射对比;气体云的表面温度必须与背景不同。此外,运动使气体云更容易可视化。

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