Тепловізори - пристрої на основі ІЧ випромінювання

У чому перевага можливості виявлення об'єктів за технологією інфрачервоного випромінювання?

Paul Blase

Інженер-електрик у корпорації DCS (1988-тепер)

Залежить від того, про які діапазони ви кажете. «Інфрачервоний», принаймні у контексті військових датчиків, має три діапазони: ближній ІЧ, середній і довгий, що визначаються атмосферними вікнами пропускання. Видимий світло має довжини хвиль від приблизно 400 нанометрів (синій) до 900 нанометрів, або 0,9 мікрона (червоний). Близький ІЧ простягається від 0,9 до 2 мікрон, середній - від 3 до 5 мікрон, а довгий - від 8 до 12.

http://www.pblprojects.org/EOC/docs/Raytheon_IR_rvs_wallchart.pdf  для отримання детальної діаграми, а саме спектра внизу.

Зверніть увагу на діаграму «спектральна випромінювальна здатність» вгорі. Вся матерія за температур вище абсолютного нуля випромінює світло, електромагнітну енергію, пропорційну температурі. Об'єкти при кімнатній температурі, приблизно 300 К (Кельвінів), випромінюють переважно в довгохвильовому діапазоні. Точна кількість випромінювання також залежить від характеристик поверхні, таких як випромінювальна здатність: білий об'єкт має низьку випромінювальну здатність і випромінює відносно мало темний об'єкт має високу випромінювальну здатність і випромінює більше. Тому цей діапазон зазвичай використовується в режимі випромінювання і дуже корисний для спостереження за об'єктами, які тепліші або холодніші, ніж їх оточення, навіть якщо вони замасковані і нелегко помітні неозброєним оком або якщо вони темні у видимому спектрі. Зрозуміло, дуже гарячий об'єкт, такий як двигун, яскраво світиться в довгохвильовому ІЧ-диапазоне.

На цьому знімку, зробленому на довгохвильову хвилю, зображені два солдати та автомобіль HUMVEE. Зверніть увагу, що солдатів добре видно на тлі кущів, а також свічення, що походить від двигуна автомобіля.

Солдати вночі. Подивіться, як добре вони виділяються, як і їхня техніка.

Короткохвильове інфрачервоне випромінювання, з іншого боку, в основному використовується в режимі відображення. Об'єкти не світяться, якщо вони не дуже гарячі, але поверхні зазвичай мають зовсім інший вигляд, ніж у видимому світлі, і ці відмінності можна використовувати. На зображенні нижче показано сцену в короткохвильовому ІЧ-діапазоні; Зверніть увагу, що природні матеріали відбивають світло дуже добре, в той час як штучні матеріали, як правило, відображають його погано в цьому діапазоні. Комерційно доступний мисливський камуфляж, хоч і досить ефективний у видимому діапазоні, марний проти короткохвильових ІЧ-датчиків, він впадає у вічі. Військові доклали величезних зусиль і витратили значні кошти на створення камуфляжу, який добре працює як у ІЧ, так і у видимому діапазоні.

Короткохвильове ІЧ-випромінювання також корисне для прихованого освітлення. Якщо противник не має приладів нічного бачення (які чутливі приблизно до 1 мікрона) або ІЧ-камери, світлодіодний прожектор з довжиною хвилі 1 мкм досить добре висвітлює сцену, залишаючись при цьому зовсім невидимим неозброєному оку.

Середньохвильове ІЧ-випромінювання - це суміш двох типів випромінювання. Воно корисне виявлення дуже гарячих об'єктів, і навіть спостереження над розбіжностями у відбивної спроможності. Зазвичай воно використовується у поєднанні з довгохвильовим датчиком (іноді в тій же фокальній площині) для розширення його можливостей.

ІЧ-зображення має ще одну корисну властивість: воно дозволяє бачити крізь перешкоди. Використовуючи відповідну довжину хвилі, що змінюється в залежності від складу повітря, можна бачити крізь дим, туман і навіть пил. Подивіться, як добре видно міст унизу крізь туман, якщо у вас є короткохвильовий ІЧ-прожектор. Пожежні використовують ІЧ-випромінювання, щоб бачити крізь дим, а також для виявлення осередків займання.

Таким чином, для чого ви використовуєте інфрачервоне випромінювання, залежить від того, що ви хочете побачити. Але воно дуже корисне для спостереження за речами, невидимими неозброєним оком.

Яким є майбутнє технологій тепловізорів з прямим інфрачервоним оглядом (FLIR)?

Phil Wolff

FLIR отримує вигоду з безлічі тенденцій у сфері інформаційних технологій, які сходяться воєдино: закон Мура і падіння цін на мікросхеми, що прискорюється, зниження вартості високоякісних датчиків і оптики для камер, широка доступність персональних пристроїв, підключених до Інтернету, споживчий підхід до промислових ІТ, досягнення в проекті для продуктів та Інтернет речей.

Отже, очікуйте побачити...

• 3D-зображення, що поєднує зображення та потоки з двох або більше ІЧ-камер

• Пряму трансляцію, яка дозволяє багатьом людям побачити, що робить пристрій FLIR, у громадських та корпоративних мережах

• Додатки FLIR для перегляду на носіях, таких як наручний годинник (наприклад, Apple Watch) та окуляри з проекцією на лобове скло (наприклад, Google Glass), на додаток до сучасних програм для перегляду на iOS та Android

• PLIR — панорамна інфрачервона зйомка для повного огляду об'єкта

• Обмін інформацією у соціальних мережах у споживчих та корпоративних мережах

• Розпізнавання людей, предметів, місць на зображеннях та потоках

• Анотування зображень програмним забезпеченням, яке може визначити стан здоров'я людини, спроектувати схеми розповсюдження вогню, оцінити енерговитрати погано ізольованих дверей

• Більше/краще/швидше оптики та зображень. ІЧ-датчики 4K з частотою 120 кадрів в секунду, що забезпечують таку саму якість зображення.

• Інновації в управлінні користувачем, управлінні увагою та дизайні інтерфейсу користувача, запозичені з ігрового дизайну.

• Мініатюризація датчиків для роботи на відстані менше 5 см для використання у хірургії та інших клінічних додатках.

• Вбудовування інфрачервоних датчиків у людське око.

• FLIR як функція інших продуктів просто безкоштовна можливість серед багатьох інших.

Як працює ІЧ-датчик?

Priyanka Dixit

Інженер з вбудованих систем в Robu.in (2017-тепер)

Існують різні типи інфрачервоних передавачів залежно від їхньої довжини хвилі, вихідної потужності та часу відгуку. ІЧ-датчик складається з ІЧ-світлодіода та ІЧ-фотодіода, разом вони називаються фотопарою або оптопарою.

ІЧ-передавач або ІЧ-світлодіод

Інфрачервоний передавач - це світлодіод (LED), що випромінює інфрачервоне випромінювання, що називається ІЧ-світлодіодом. Хоча ІЧ-світлодіод виглядає як звичайний світлодіод, випромінюване ним випромінювання невидиме для людського ока.

ІЧ-приймач або фотодіод

Інфрачервоні приймачі або інфрачервоні датчики виявляють випромінювання від ІЧ-передавача. ІЧ-приймачі бувають у вигляді фотодіодів та фототранзисторів. Інфрачервоні фотодіоди відрізняються від звичайних фотодіодів тим, що вони виявляють лише інфрачервоне випромінювання. На зображенні нижче показано ІЧ-приймач або фотодіод.

Існують різні типи ІЧ-приймачів, що розрізняються довжиною хвилі, напругою, корпусом і т. д. При використанні комбінації інфрачервоного передавача і приймача довжина хвилі приймача повинна збігатися з довжиною хвилі передавача.

Випромінювачем є ІЧ-світлодіод, а детектором - ІЧ-фотодіод. ІЧ-фотодіод чутливий до ІЧ-випромінювання, що випускається ІЧ-світлодіодом. Опір фотодіода і вихідна напруга змінюються пропорційно до ІЧ-випромінювання. Це основний принцип роботи ІЧ-датчика.

Коли ІЧ-передавач випромінює радіацію, вона досягає об'єкта, і частина випромінювання відбивається назад до ІЧ-приймача. На основі інтенсивності випромінювання, що приймається ІЧ-приймачем, визначається вихідний сигнал датчика.

Що таке термографія та як вона працює на практиці?

Paul Blase

Інженер-електрик у корпорації DCS (1988 – теперішній час)

Інфрачервоне теплове сканування виявило підвищення температури запалених дистальних сегментів великогомілкової та малогомілкової кісток у дітей з активним хронічним небактеріальним остеомієлітом. Інфрачервона тепловізійна зйомка показує запалення при хронічному небактеріальному остеомієліті.

Усі об'єкти випромінюють електромагнітне випромінювання (світло) залежно від своєї температури.

6.2: Випромінювання чорного тіла

Як очевидно з наведеного вище графіка, точні довжини хвиль, у яких випромінює об'єкт, залежить від його температури. При кімнатній температурі, близько 300 Кельвінів, або 25 ° C, більшість випромінювання від тіла припадає на довгохвильовий інфрачервоний діапазон, приблизно від 8 до 12 мікрон. Камери, що працюють у цьому діапазоні, відомі як «тепловізори», оскільки одержувані ними зображення є прямим показником температури об'єкта, що спостерігається.

Таким чином, «термографія» використовує довгохвильове теплове випромінювання для безпосереднього вимірювання температури поверхні об'єктів з високою роздільною здатністю. У першому зображенні вище показано медичне застосування термографії, де температура кінцівки пропорційна кровотоку. У цьому випадку білі плями вказують на підвищений кровотік, спричинений запаленням.

Сучасні ІЧ-камери можуть отримувати зображення як з високою просторовою роздільною здатністю, що дозволяє бачити дрібні деталі, так і з високою роздільною здатністю, що дозволяє бачити найдрібніші відмінності в температурі. Медичні тепловізори, наприклад, можуть бачити окремі кровоносні судини під шкірою.

Ось зображення:

Це показує, що кут кімнати відносно холодний, що може вказувати на погану ізоляцію або можливе проникнення води через протікання даху.

Термографія відрізняється від тепловізії тільки в призначенні. Як правило, при «тепловізі» вас не цікавить точна температура, а лише те, щоб бажаний об'єкт було видно на тлі.

Магазин Gtest® - авторизований постачальник тепловізорів в Україну: https://gtest.com.ua/izmeritelne-pribory/teplovizory