新闻媒体

热像仪之制冷与非制冷型探测器

制冷型OGI热像仪使用需要冷却到低温(约77K或-321°F)的量子探测器,可以是中波或长波探测器。检测功能区碳氢化合物气体(如甲烷)的中波热像仪通常在3-5μm(微米)范围内工作,并使用锑化铟(InSb)探测器。检测SF6等气体的制冷型长波热像仪在8-12μm范围内工作,可以使用量子阱红外光电探测器(QWIP)。

制冷型OGI热像仪有一个集成了低温冷却器的成像传感器,其可以将传感器温度降低到低温。传感器温度的降低对于将探测器噪声降低到低于被成像场景的信号水平是必要的。制冷机运动部件的机械公差非常小,随着时间的推移会磨损,氦气也会慢慢通过气体密封。最终,在运行1万至1.3万小时后,需要对冷却器进行重建。

带有制冷探测器的热像仪有一个与探测器连接的滤波器。这种设计可以防止滤波器和探测器之间的任何杂散辐射交换,从而提高图像热灵敏度,进而会使光学气体成像仪更有效地可视化某些气体,甚至使OGI热像仪符合美国环保局的OOOOa或其他要求等监管标准。

热像仪之制冷与非制冷型探测器
用制冷型热像仪拍摄墙上手印的图像和两分钟后再次拍摄的图像
热像仪之制冷与非制冷型探测器
用非制冷型热像仪拍摄墙上手印的图像和两分钟后再次拍摄的图像

非制冷OGI热像仪使用微测辐射热计探测器,不需要制冷探测器所需的额外零件。它们通常由氧化钒(VOx)或非晶硅(a-Si)制成,在7-14μm范围内具有响应性。它们比制冷型热像仪更容易制造,但热灵敏度或噪声等效温差(NETD)较差,这使得更难以可视化较小的气体泄漏。NETD是一个指标,表示热像仪可以探测的最小温度差异。上图显示了制冷和非制冷探测器灵敏度的差异。

更好的NETD将使制冷型OGI热像仪检测气体的效果至少是非制冷的五倍。用于确定OGI热像仪检测气体效果的类似标准是噪声等效浓度长度(NECL),该标准确定在定义的拍摄距离上可以检测到多少气体。例如,用于甲烷检测的FLIR GF320制冷型OGI热像仪(3-5μm探测器)的NECL小于20 ppm*m,而非制冷型(7-14μm探测器)的NECL大于100 ppm*m。

对于非制冷型的OGI热像仪,另一个需要考虑的是滤波器。有些热像仪没有在长波光谱中过滤,这意味着它们只是一个完全开放的探测器,使用独特的分析来可视化气体。FLIR的高灵敏度模式(HSM)是利用软件和分析来增强气体可视化的热像仪示例。有些热像仪内部设置更有针对性的过滤器。这些滤波器可能与镜头有关,在探测器和镜头之间,以多种方式设计。

使用非制冷过滤,由于限制到达热像仪探测器的辐射,您会失去热灵敏度。这将导致产生更高的NETD热灵敏度值,但可以提供与气体成像相关的更好图像。随着光谱滤波器宽度变窄以聚焦于特定气体时,来自场景的辐射减少,而探测器的噪声保持不变,来自滤波器的反射辐射增加。这会产生与气体成像相关的更高质量的图像,但会降低热像仪用于温度测量(辐射测量)的热灵敏度。当你使用冷滤镜时,比如制冷型OGI热像仪,这种现象就可以避免,因为反射的辐射量非常小。

相关新闻

发表回复

您的电子邮箱地址不会被公开。