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            小菲課堂 | 淺析熱靈敏度對熱像儀選擇的重要性

              2023年02月09日  

            熱像儀是利用熱能拍攝圖像,它捕獲到紅外能量,并利用這些能量通過數字或模擬視頻輸出創建圖像,細節由溫差定義,而紅外熱像儀的熱靈敏度定義了熱像儀可以檢測到的最小溫差。

            紅外熱像儀探測器由一系列探測器像元組成。由于紅外光譜中的能量波長比可見光長,因此每個紅外探測器像元必須相應地大于可見光探測器上的像素,以吸收更長的波長。因此,熱像儀的分辨率通常低于相同機械尺寸的可見光傳感器。

            電磁頻譜包括從近紅外0.75μm到遠紅外近1 mm(1000μm)的紅外波段

            熱像儀開發需要考慮的因素

            熱像儀最初是為監視和軍事行動而開發的,現在廣泛用于工業生產領域,如建筑檢查(水分、隔熱、屋頂等)、消防、自動駕駛汽車、自動緊急制動 (AEB) 系統、工業檢查、科學研究等。這些領域的熱像儀有多種外形尺寸,從手持熱像儀到無人機熱像儀,再有應用到外太空的科學研究熱像儀等。

            設計開發熱像儀的工程師們需要清楚地了解關鍵設計規范,包括熱像儀的場景動態范圍、視場角、分辨率、熱靈敏度和光譜范圍等。不同的熱像儀可以擅長不同的事情,因此工程師需要了解不同類型的熱像儀功能之間的權衡,以及這些差異對最終產品性能的影響。

            熱靈敏度是低對比度場景(包括有霧天氣)的關鍵性能指標

            靈敏度:清晰度和實用性的關鍵變量

            熱靈敏度定義了熱像儀可以檢測到的最小溫差,其將直接影響熱像儀所能產生的圖像清晰度和銳度。熱像儀以毫開爾文(mK)為單位標稱靈敏度。數字越低,探測器越靈敏。熱靈敏度,也稱為噪聲等效溫差(NETD),描述使用熱像儀時觀察到的最小溫差。實際上,NETD值越低,傳感器檢測細小溫差的能力就越強。集成商和開發人員應尋找能夠在行業標準30°C下提供NETD性能的制造商,下表可用于評估熱探測器的靈敏度。

            小伙伴們還要注意到一個問題,有些制造商生產的一些低成本熱像儀通過將NETD標稱在環境溫度為50℃(NETD:XXmK,@50℃)而不是行業標準的30℃(NETD:XXmK,@30℃),從而來隱藏低靈敏度的問題。如果你需要測量的目標通常有很大的溫差,那么具有較低熱靈敏度的入門級產品就夠用。然而,對于更微妙的應用,如檢測濕度問題,你將需要更高靈敏度的熱像儀。

            制冷or非制冷

            與配備非制冷探測器的紅外熱像儀相比,帶制冷探測器的紅外熱像儀具有明顯的優勢。制冷型紅外熱像儀具有與低溫冷卻器集成的成像傳感器,通過制冷器可將傳感器溫度降低。為了將探測器自身熱噪音降低到低于成像場景溫差信號的水平,傳感器溫度的降低是必要的,并且可以顯著提高熱靈敏度。

            但是,這些性能改進是有代價的。制冷型紅外熱像儀通常更大、更重、更耗電。除了犧牲SWaP(尺寸、重量和功率)之外,制冷型紅外熱像儀的成本要高得多,因為存在機械動作部件(制冷壓縮機)因此會受到機械磨損,從而縮短熱像儀的平均故障時間(MTTF),低溫冷卻器的運動部件具有極其嚴格的機械公差,機械性能會隨著時間的推移而退化,氦氣也會通過密封件緩慢泄漏。

             

            FLIR非制冷型熱像儀的最新改進使靈敏度達到20 mK以下,與傳統熱像儀相比,靈敏度大幅提高,可能使非制冷型長波紅外熱像儀成為各種新應用的可行選擇。雖然很誘人,但需要注意的是,非制冷型紅外熱像儀不能簡單地取代制冷型熱像儀。產品開發人員和系統集成商還需要考慮有關成像速度、空間分辨率、光譜濾波等方面的其他要求。

             

            靈敏度越高,受雨、霧、雪等惡劣天氣條件的影響越小

            比如FLIR A310就搭載非制冷微量熱型探測器,可在熱靈敏度為50mK(0.05℃)時輸出分辨率為320x240像素的熱圖像,配合內置分析功能,可提供單點溫度測量、區域溫度測量和自動報警功能。

            (來源:菲利爾)

            標簽:菲力爾  FLIR  A310  我要反饋
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