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红外热像仪非制冷和制冷的区别,热成像成像原理!

2022-05-11 19:03   来源: 互联网

上海棕航电子科技有限公司  凌经理  15221867023

我们所知道的热像仪不过是一种制冷型或非制冷红外热像仪。简而言之,热成像仪是一种红外辐射设备,通过光电转换和电信号处理将物理物体转换为视频图像。所谓制冷型和非制冷型的基本原理是相似的,但本质是不同的,让我们来谈谈制冷红外热像仪和非制冷红外热像仪的区别


与普通制冷红外热像仪相比,非制冷红外热像仪在使用寿命、体积、价格和功耗等方面具有更多优势,应用范围更广。我们将在下面解释


一,。使用寿命

制冷红外热像仪的利用率与其自身的冰箱密切相关。冰箱的工作时间直接关系到红外热像仪的使用寿命。相对而言,非制冷红外热像仪的使用寿命会更长,但由于组件老化,测量精度会降低

二,。价格
一般来说,制冷红外热像仪的价格较高,而非制冷红外热像仪的价格相对较低

三,。体积
由于制冷红外热像仪需要冰箱的配合,制冷红外热像仪的体积比非制冷红外热像仪的体积大

四,。耗电量
制冷红外热像仪在工作时需要冰箱冷却,因此会消耗更多的能量,并且功耗比非制冷红外热像仪更大

五,。灵敏度、准确性和误差
制冷红外热像仪工作时,制冷机首先降低自身温度,使其在检测其他物体时具有更高的灵敏度、更高的精度、更小的误差和更宽的检测温度范围。非致冷红外热像仪在这些方面都比较差,尤其是非致冷红外焦平面阵列的非均匀性对测量误差有很大影响

六,可靠性
制冷红外热像仪由于精度高、误差小、灵敏度高,检测结果更可靠

七,申请
就应用范围而言,在军事领域,与传统的成像系统相比,非制冷红外成像仪的结构简单得多,成本低,成像仪的分辨率、检测灵敏度和可靠性都有所提高


在商业和民用方面,非制冷红外热成像在工业、公安、消防和医学等领域有着广泛的应用。由于制冷价格高,主要用于军事和科研领域


从专业角度来看,带制冷探测器的热像仪比带非制冷探测器的热像仪具有更多优势。然而,这种热成像仪更昂贵


新的制冷热成像仪有一个集成冰箱的成像传感器,可以将传感器温度降低到制冷温度。通过降低传感器的温度,热感应噪声可以降低到成像场景信号的噪声级以下,这是非常必要的

冰箱中的运动部件具有极其精确的机械差异。他们会随着时间的推移,氦会慢慢地从气封中渗出。最后,冰箱必须在运行10000-13000小时后进行维修

如果你想掌握细微的温差,你需要的图像质量,或将其应用于/高速场合,如果你想看到非常小的目标的热特性或测量其温度,如果你想可视化电磁频谱中非常特定部分的热现象,或者,如果您想与其他测量设备同步使用热成像仪,制冷热成像仪无疑是您的理想选择

高速示例比较


制冷热像仪拍摄的旋转轮胎红外图像


非制冷热像仪拍摄的旋转轮胎红外图像

这些红外图像比较了以每小时20英里的速度旋转的轮胎的图像

您可能会感觉到轮胎没有旋转,但这是制冷热摄像头以极高速度拍摄的结果,这将“停止”轮胎的旋转

非制冷热像仪的拍摄速度太慢,无法捕捉轮胎旋转和轮辐透明的时刻

空间分辨率


制冷热像仪采集的电路板红外图像


非制冷热像仪拍摄的电路板红外图像

以上热成像对比了制冷和非制冷热成像系统所能达到的最佳特写放大效果。上面的红外图像由4倍特写镜头和13μm像素间距制成,由m制冷热像仪的组合装置拍摄,其光斑尺寸为3.5μm。

下图中的红外图像由1个特写镜头拍摄,像素间距为25μm,由非制冷热像仪组合装置拍摄,光斑尺寸为25μm。

由于传感红外波长较短,制冷热像仪通常比非制冷热像仪具有更强的放大功能。由于制冷热成像仪的灵敏度较高,可以使用光学元件较多或较厚的透镜,而不降低信噪比,从而提高放大功能

敏感度

制冷热像仪拍摄的墙上手印的红外图像-初始图像


制冷热像仪拍摄的墙上手印的红外图像-初始图像


非制冷热像仪拍摄的墙上手印的红外图像-初始图像


两分钟后,制冷热像仪拍摄到墙上手印的红外图像


非制冷热像仪拍摄的墙上手印的红外图像——两分钟后

提高制冷热像仪灵敏度的价值往往不明显

您如何比较灵敏度为50mk的非制冷热像仪和灵敏度为20mk的制冷热像仪的优势?为了比较灵敏度的优势,我们做了一个灵敏度实验。我们把手放在墙上几秒钟,创建指纹的热图像以供比较

前两幅图像显示了手离开时的指纹。第二组图像显示了o的热特性f两分钟后取指纹

您可以看到,冷却热成像仪仍然可以捕获指纹的大部分热特征,而非冷却热成像仪只能捕获指纹的部分热特征

显然,制冷热像仪比非制冷热像仪能检测到更细微的温差,其检测持续时间更长

这意味着制冷热成像仪可以更清晰地显示被测目标的细节,并帮助您检测最微弱的热异常

光谱滤波

无火焰光谱滤光片制冷热像仪拍摄的热图像


带火焰光谱滤光片的制冷热像仪拍摄的热图像

冷却式热像仪的优点之一是,它可以轻松地执行光谱过滤功能,从而可以显示非冷却式热像仪无法捕获和完成测量任务的细节。在个例子中,我们使用光谱滤光片在火焰的帮助下完成热成像,火焰被放置在透镜后面的滤光片支架中或内置在杜瓦探测器组件中。最终用户希望测量并表示火焰中煤颗粒的燃烧特性

利用“借助火焰看”的红外光谱滤光片,根据火焰的传播状态对制冷热像仪的光谱带进行过滤,从而生成煤颗粒燃烧的热图像。个视频没有火焰光谱过滤器。我们只能看到火焰本身。在第二个带有火焰光谱过滤器的视频中,我们可以清楚地看到煤颗粒的燃烧状态


带no2光谱滤光片的制冷热像仪拍摄的热像图


带no2光谱滤光片的制冷热成像仪拍摄的热图像-新的掩模设计

在第二个例子中,我们使用一氧化二氮过滤器将一氧化二氮过滤到可以被红外线吸收的区域,以便通过制冷热成像仪“看到”

本应用的目的是设计更好的一氧化二氮口罩和清洁系统。因此,个视频设计用于使用旧遮罩成像,第二个视频设计用于使用新遮罩成像

正如你所见,由于多种原因,旧的口罩设计会在室内泄漏大量氮气。新掩模设计的泄漏最小化,这似乎是一个更好的解决方案

责任编辑:xiaoxiwang
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