در عصر صنعت ۴.۰ و سنجش هوشمند، تصویربرداری حرارتی مادون قرمز به یک فناوری کلیدی برای غلبه بر محدودیت های بینایی انسان و امکان نظارت در همه آب و هوا تبدیل شده است.برخلاف دوربین های نور مرئی، که به نور منعکس شده تکیه می کنند، تصویربرداری مادون قرمز تشعشعات الکترومغناطیسی را که به طور طبیعی توسط اشیاء منتشر می شود یا منعکس می شود، تشخیص می دهد و اطلاعاتی را که نمی توان با چشم غیر مسلح دریافت کرد، نشان می دهد.تابش مادون قرمز بین نور قابل مشاهده و تابش مایکروویو در طیف الکترومغناطیسی قرار داردبه دلیل ویژگی های جذب جوی، کاربردهای تصویربرداری مادون قرمز عملی عمدتاً بر سه منطقه طیف مهم تمرکز دارد: مادون قرمز موج کوتاه (SWIR) ، مادون قرمز موج متوسط (MWIR) ،و موج های بلند مادون قرمز (LWIR)هر باند مادون قرمز دارای ویژگی های فیزیکی منحصر به فرد، فناوری های آشکارساز و مزایای کاربرد است.درک تفاوت بین این سه محدوده طیف به مهندسان و یکپارچه سازان سیستم کمک می کند مناسب ترین راه حل مادون قرمز را برای کاربردهایی مانند بازرسی صنعتی انتخاب کنند، تشخیص گاز، رانندگی مستقل، هوافضا و امنیت هوشمند.
1درک باند های طیف تصویربرداری تابش قرمز
طیف مادون قرمز طیف گسترده ای از طول موج را پوشش می دهد، اما طول موج های مختلف با مواد و محیط ها به روش های مختلف تعامل دارند.برخی از باند های مادون قرمز برای شناسایی ویژگی های مواد مناسب تر هستند، در حالی که دیگران در تشخیص تفاوت های دمایی یا مشاهده اهداف در محیط های شدید برجسته هستند.
انتخاب طول موج مادون قرمز بستگی به چندین عامل دارد، از جمله دمای هدف، فاصله تشخیص، شرایط محیطی، حساسیت مورد نیاز و اهداف کاربرد.سه باند اصلی تصویربرداری مادون قرمز، MWIR و LWIR نشان دهنده رویکردهای مختلف برای سنجش مادون قرمز است.
2. SWIR: دیدن فراتر از نور قابل مشاهده از طریق شناسایی مواد
SWIR به طور کلی به محدوده طول موج حدود 0.9 ∼ 2.5 μm اشاره دارد. بر خلاف تصویربرداری حرارتی سنتی،تصویربرداری SWIR به تصویربرداری نور مرئی نزدیک تر است زیرا عمدتاً به پرتاب تابش مادون قرمز بازتاب داده می شود نه انتشار حرارتیبه جای اندازه گیری مستقیم دما، دوربین های SWIR تجزیه و تحلیل می کنند که چگونه مواد مختلف طول موج مادون قرمز را جذب و منعکس می کنند.یکی از مهمترین ویژگی های SWIR توانایی آن برای نشان دادن تفاوت مواد از طریق امضاهای طیف منحصر به فرد استبه عنوان صنایع نیاز به تجزیه و تحلیل دقیق تر مواد، SWIR همچنان به گسترش فراتر از تصویربرداری سنتی به سیستم های هوشمند تولید و کنترل کیفیت.
3. MWIR: تشخیص درجه حرارت بالا و حساسیت شدید
MWIR به طور معمول محدوده طول موج 3-5 μm را پوشش می دهد و به طور گسترده ای به عنوان یکی از قدرتمندترین فن آوری های مادون قرمز برای اهداف با دمای بالا و تشخیص از راه دور شناخته می شود.سیستم های MWIR معمولاً به آشکارسازان مادون قرمز خنک شده متکی هستندبا خنک کردن آشکارگر به دماهای بسیار پایین، نویز حرارتی تولید شده در داخل سنسور می تواند به طور قابل توجهی کاهش یابد و به سیستم اجازه می دهد تا حساسیت فوق العاده ای را به دست آورد.آشکارسازان MWIR با عملکرد بالا می توانند مقادیر بسیار پایین NETD را به دست آورند، اغلب بهتر از 20 mK، آنها را قادر می سازد تا تفاوت های دمایی بسیار کوچک را تشخیص دهند.
خواص فیزیکی MWIR آن را به ویژه برای مشاهده اشیاء با دمای بالا مناسب می کند.MWIR دامنه پویایی بسیار خوبی را فراهم می کند و از اشباع تصویر در هنگام مشاهده منابع گرمای شدید جلوگیری می کندMWIR همچنین نقش مهمی در تشخیص گاز دارد. بسیاری از گاز های صنعتی، از جمله ترکیبات آلی فرار (VOC) ، الگوهای جذب مشخصی در محدوده مادون قرمز موج متوسط دارند.دوربین های ویژه MWIR می توانند نشت گاز را که برای چشم انسان نامرئی است تشخیص دهند، بهبود ایمنی صنعتی و نظارت بر محیط زیست.
4LWIR: راه حل اصلی برای تصویربرداری حرارتی روزمره
LWIR عمدتاً در محدوده طول موج 8 × 14 μm کار می کند و در حال حاضر گسترده ترین فناوری تصویربرداری مادون قرمز است.تجهیزات الکتریکی، و ماشین آلات صنعتی، به طور طبیعی تابش حرارتی را عمدتا در این محدوده طول موج منتشر می کنند. به همین دلیل،LWIR تبدیل به پایه ای از اندازه گیری دمای مدرن و برنامه های نظارت بر حرارتی شده استاکثر سیستم های تصویربرداری حرارتی LWIR مدرن از آشکارسازان مادون قرمز بدون خنک کننده استفاده می کنند، که نیاز به سیستم های خنک کننده کریوجنیک پیچیده را از بین می برد.از جمله اندازه سیستم فشرده، مصرف برق کمتر، زمان راه اندازی سریع، هزینه های پایین تر و ادغام آسان تر.این مزیت ها باعث شده است که تکنولوژی LWIR به سرعت از تجهیزات صنعتی تخصصی به کاربردهای تجاری و مصرف کننده منتقل شود..
LWIR همچنین در محیط های چالش برانگیز عملکرد خوبی دارد. می تواند در شرایط تاریک، دود و گرد و غبار به طور موثر کار کند و آن را برای کاربردهایی که دوربین های نور مرئی ممکن است شکست بخورند مناسب کند.به عنوان پیشرفته ترین تکنولوژی مادون قرمزدوربین های LWIR به طور گسترده ای در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. در بازرسی الکتریکی، دوربین های LWIR قبل از وقوع خرابی، افزایش دمای غیرطبیعی در سوئیچ ها، کانکتورها و تجهیزات برق را شناسایی می کنند.در سیستم های رانندگی هوشمنددوربین های حرارتی LWIR به وسایل نقلیه کمک می کنند تا پیاده روها، حیوانات و موانع را در تاریکی، مه یا محیط های کم دید تشخیص دهند.تصویربرداری LWIR به مهندسان اجازه می دهد تا سلامت تجهیزات را کنترل کنندبه خاطر تعادل عملکرد، هزینه و قابلیت اطمینان،LWIR تبدیل به راه حل تحت قرمز مورد علاقه برای طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی تجاری شده است.
5مقایسه فناوری های مادون قرمز SWIR، MWIR و LWIR
اگرچه هر سه باند مادون قرمز متعلق به یک طیف الکترومغناطیسی هستند، اما کاربردهای آنها اساسا متفاوت است. SWIR بر تشخیص مواد و تجزیه و تحلیل طیف تمرکز دارد.این به ویژه برای شناسایی ترکیب شیمیایی مفید استMWIR بر حساسیت بالا، مشاهده دمای بالا و تشخیص دوربرد تاکید دارد. این به طور گسترده ای در هوافضا، تحقیقات علمی،نظارت صنعتیLWIR در اندازه گیری دما و درک حرارتی روزمره تخصص دارد.و ویژگی های مقرون به صرفه آن را به گسترده ترین فناوری مادون قرمز مستقر می کندبه جای جایگزینی یکدیگر، این باند های مادون قرمز یکدیگر را تکمیل می کنند و راه حل هایی را برای نیازهای مختلف سنجش فراهم می کنند.
نتیجه گیری
تصویربرداری حرارتی مادون قرمز تنها یک جایگزین برای تصویربرداری نور مرئی نیست بلکه یک فناوری سنجش جامع است که اطلاعات منحصر به فردی را فراتر از دید انسان فراهم می کند.سه باند بزرگ مادون قرمز هرکدام به اهداف متفاوتی خدمت می کنندSWIR شناسایی مواد و تجزیه و تحلیل طیف را امکان پذیر می کند. MWIR حساسیت بالایی را برای درجه حرارت بالا و تشخیص دور دراز ارائه می دهد.LWIR برای نظارت روزانه بر دمای روزانه درک حرارتی کارآمد را فراهم می کندبا درک ویژگی های هر محدوده طول موج مادون قرمز، صنایع می توانند مناسب ترین فناوری سنجش را برای نیازهای خاص خود انتخاب کنند، چه برای بازرسی صنعتی، چه برای بررسی های صنعتی.حمل و نقل هوشمنددر حالی که فناوری آشکارگر های مادون قرمز به پیشرفت خود ادامه می دهد، تصویربرداری حرارتی مادون قرمز نقش مهمی در ایجاد یک سیستم ایمن تر، هوشمندتر و با کیفیت تر برای استفاده از دستگاه های هوشمند بازی خواهد کرد.,و یک جهان کارآمدتر.