多年來(lái)，科學(xué)家、研究人員和研發(fā)專家熱衷于將紅外熱像儀運(yùn)用在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域中，包括工業(yè)研發(fā)、學(xué)術(shù)研究、無(wú)損檢測(cè)(NDT)和材料檢測(cè)，以及國(guó)防與航空航天等。但是，并非所有的紅外熱像儀均具有同等的品質(zhì)功能，或者可用于一些專門的應(yīng)用。譬如，要想獲得精確的測(cè)量值，則需要配備高速定格動(dòng)畫功能的先進(jìn)紅外熱像儀。今天，小菲就教大家如何選擇制冷型和非制冷型紅外熱像儀！
各有千秋
制冷型紅外熱像儀
先進(jìn)的制冷型紅外熱像儀配有集成低溫制冷機(jī)的成像探測(cè)器。這是一款可將探測(cè)器溫度降低至制冷溫度的設(shè)備。為了將熱噪聲降至場(chǎng)景成像信號(hào)水平之下，探測(cè)器溫度的下降必不可少。
制冷型紅外熱像儀是最敏感型紅外熱像儀，可探測(cè)物體間最細(xì)微的溫差。它們工作在光譜中波紅外(MWIR)波段和長(zhǎng)波紅外(LWIR)波段，因?yàn)閺奈锢韺W(xué)角度來(lái)講在這些波段熱靈敏度較高。熱靈敏度是指信號(hào)變化相對(duì)于目標(biāo)溫度變化。熱靈敏度越高，就越容易探測(cè)那些目標(biāo)溫度與背景差異不大的場(chǎng)景。
FLIR A6700sc是一款科研級(jí)中波紅外銻化銦熱像儀，能生成細(xì)節(jié)豐富的327,680像素?zé)釄D像。
非制冷型紅外熱像儀
非制冷型紅外紅外熱像儀是一款其中配備的成像探測(cè)器無(wú)需低溫制冷的紅外熱像儀。常見的探測(cè)器設(shè)計(jì)基于熱釋電探測(cè)器，這是一種擁有較大溫度測(cè)量系數(shù)的小型氧化釩電阻，表面積較大、熱容量低，以及熱絕緣效果佳。場(chǎng)景溫度變化會(huì)導(dǎo)致紅外探測(cè)器溫度變化，從而將轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并經(jīng)過處理產(chǎn)生圖像。
非制冷型探測(cè)器用在長(zhǎng)波紅外(LWIR)波段中，與地面溫度類似的目標(biāo)在該波段中放射出的紅外熱能最多。相比制冷式探測(cè)器，非制冷型探測(cè)器的制造步驟更少，產(chǎn)率更高，真空包裝成本更低，而且非制冷型紅外熱像儀無(wú)需極其高昂的低溫制冷機(jī)設(shè)備。非制冷型紅外熱像儀配有較少的活動(dòng)部件，在類似的工作條件下，其往往較制冷型紅外熱像儀具有更長(zhǎng)的使用壽命。
FLIR T650sc配備一臺(tái)非制冷型氧化釩（VOx）微測(cè)輻射熱計(jì)探測(cè)器，能生成640×480像素的熱圖像。
非制冷型紅外熱像儀展現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)帶來(lái)了兩難的問題：研發(fā)/科學(xué)應(yīng)用最好什么時(shí)候使用制冷型紅外熱像儀？答案是：取決于應(yīng)用需求。
實(shí)例對(duì)比
如果你想要發(fā)現(xiàn)微小的溫差變化，需要最優(yōu)的圖像質(zhì)量，拍攝快速移動(dòng)或發(fā)熱目標(biāo)；如果你需要看清熱變化過程，或者測(cè)量極小目標(biāo)的溫度；如果你希望在非常明確的電磁波譜部位可見熱對(duì)象；抑或你希望將紅外熱像儀與其他測(cè)溫設(shè)備同步工作，制冷型紅外熱像儀則是你的首選儀器。
1、速度
制冷型紅外熱像儀的成像速度快于非制冷型紅外熱像儀。高速熱像成像的曝光時(shí)間可達(dá)到微秒，能夠停止動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的表觀運(yùn)動(dòng)，并可捕獲每秒62,000幀以上的幀速率。其應(yīng)用包括熱分析和動(dòng)態(tài)分析噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片、汽車輪胎或安全氣囊檢測(cè)、超音速?gòu)椡?，以及爆炸等?
制冷型紅外熱像儀具有極快的響應(yīng)速度，并充分利用全局快門優(yōu)勢(shì)。這意味著它們能夠同時(shí)讀出所有的像素，而并非如非制冷型紅外熱像儀一樣逐行讀取，從而使制冷型紅外熱像儀能夠捕獲清晰的圖像和對(duì)移動(dòng)物體進(jìn)行測(cè)溫。
這些紅外圖像對(duì)比了以20 mph速度旋轉(zhuǎn)的輪胎的拍攝效果。左邊這張是用制冷型紅外熱像儀拍攝的。您可能會(huì)覺得輪胎并未在轉(zhuǎn)動(dòng)，但這是制冷型紅外熱像儀在極其高速條件下的拍攝結(jié)果，它會(huì)“定格”輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)。非制冷型紅外熱像儀的拍攝速度太慢，無(wú)法捕捉到輪胎旋轉(zhuǎn)時(shí)使得輪輻顯得透明的瞬間。
2、空間分辨率
下面熱圖像對(duì)比了采用制冷型和非制冷型紅外熱像儀系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的最佳特寫放大效果。左邊的紅外圖像是用帶4倍近焦鏡頭和像元間距13μm制冷型紅外熱像儀的組合裝置拍攝的，其光斑尺寸為3.5μm。右邊的紅外圖像是用帶1倍近焦鏡頭和像元間距25μm非制冷型紅外熱像儀的組合裝置拍攝的，其光斑尺寸為25μm。
由于傳感紅外波長(zhǎng)較短，制冷型紅外熱像儀通常具有比非制冷型紅外熱像儀更強(qiáng)的放大功能。由于制冷型紅外熱像儀的靈敏度更高，因此可使用帶更多光學(xué)元件或更厚元件的鏡頭而不降低信號(hào)噪聲比，從而提升了放大功能。
3、靈敏度
制冷型紅外熱像儀靈敏度改善帶來(lái)的價(jià)值往往并不顯而易見。為了對(duì)比靈敏度的優(yōu)勢(shì)，我們做了一個(gè)快速的靈敏度實(shí)驗(yàn)。我們將手按在墻上停留幾秒鐘來(lái)創(chuàng)建手印的熱圖像，以此進(jìn)行對(duì)比。
開始的兩張圖像顯示了手移開瞬間的手印。第二組圖像顯示了兩分鐘后手印的熱特征。您可看見：制冷型紅外熱像儀仍能捕捉手印的大部分熱特征，而非制冷型紅外熱像儀僅能捕捉其部分熱特征。顯而易見，制冷型紅外熱像儀比非制冷型紅外熱像儀能檢測(cè)到更細(xì)微的溫差，其檢測(cè)的持續(xù)時(shí)間也更長(zhǎng)。這意味著：制冷型紅外熱像儀能更清晰地顯示被測(cè)目標(biāo)的細(xì)節(jié)，并能幫助您檢測(cè)到最微弱的熱異常。
4、光譜濾波
制冷型紅外熱像儀最大的優(yōu)勢(shì)之一是能夠輕松進(jìn)行光譜濾波，以便偵測(cè)細(xì)節(jié)和測(cè)溫，而這兩點(diǎn)使用非制冷型紅外熱像儀則難以做到。
實(shí)例一：我們使用了濾片，將其置于鏡頭后的濾片支架內(nèi)或者內(nèi)置在杜瓦探測(cè)器組件內(nèi)，以便讓火焰完整成像。過去，終端用戶希望測(cè)量和表征火焰內(nèi)的煤顆粒的燃燒現(xiàn)象。借助“看穿火焰”的光譜紅外濾片，我們對(duì)制冷型紅外熱像儀進(jìn)行了光譜波段濾波處理，在該波段中火焰為穿透式，因而我們能夠?qū)γ侯w粒進(jìn)行成像。第一張圖為不帶火焰濾片拍攝的圖像，我們看到的都是火焰本身。第二張圖為帶火焰濾片拍攝的圖像，我們能夠清晰地看清煤顆粒燃燒情況。
5、同步
精確的紅外熱像儀同步和觸發(fā)功能使紅外熱像儀成為高速、高熱靈敏度應(yīng)用的理想之選。通過快照模式工作，F(xiàn)LIR A6750sc能夠同步捕捉熱活動(dòng)中的所有像素。這對(duì)于監(jiān)測(cè)快速移動(dòng)物體時(shí)尤其重要，在這種時(shí)候，標(biāo)準(zhǔn)的非制冷式紅外熱像儀會(huì)使圖像變得模糊。
圖中的圖像即是良好的示例。在該例中，我們?nèi)酉乱幻队矌牛⑼ㄟ^傳感器觸發(fā)紅外熱像儀拍攝圖像。兩次拋扔相同硬幣時(shí)，同時(shí)觸發(fā)紅外熱像儀，你每次都會(huì)看到物體處于相同的位置。借助非制冷式紅外探測(cè)器紅外熱像儀，你根本無(wú)法捕獲硬幣，因?yàn)槠錈o(wú)法觸發(fā)此類型探測(cè)器。如果不走運(yùn)的話，圖像可能模糊不清。
FLIR紅外熱像儀
配備制冷型探測(cè)器的紅外熱像儀比配備非制冷型探測(cè)器的紅外熱像儀具有更多優(yōu)勢(shì)，但是這類熱像儀價(jià)格更昂貴。FLIR高性能制冷型紅外熱像儀有FLIR A6750sc、A8300sc、SC6000、SC7000、SC8000、X6000sc和X8000sc，它們?cè)诩t外中波和紅外長(zhǎng)波光譜波段中具有超快速、超靈敏性能，而FLIR A6250sc則可在近紅外光譜波段中操作。
FLIR還提供各種非制冷式紅外熱像儀，包括入門級(jí)桌面實(shí)驗(yàn)套件和像FLIR T650sc一樣的高端系統(tǒng)。專用鏡頭和軟件將讓您的紅外熱像儀解決方案滿足特定的應(yīng)用。
