طبقه بندی و شاخص های فنی آشکارساز مادون قرمز

آشکارسازهای تصویربرداری حرارتی دستگاه‌هایی هستند که تشعشعات مادون قرمز ساطع شده از اجسام را حس می‌کنند و آن را به تصاویر مرئی تبدیل می‌کنند که می‌توانیم آن‌ها را تفسیر کنیم. این آشکارسازها در زمینه های مختلفی از جمله تشخیص پزشکی، ساختمانی، امنیتی و نظامی استفاده می شوند. انواع مختلفی از آشکارسازهای تصویربرداری حرارتی وجود دارد که هر کدام ویژگی های منحصر به فردی دارند. در اینجا رایج ترین انواع آن وجود دارد:

 

1. آشکارسازهای خنک نشده:
این نوع آشکارساز تصویربرداری حرارتی ارزان‌تر است زیرا به خنک‌سازی برودتی نیاز ندارد. در عوض، از میکروبولومترهایی استفاده می کند که مقاومت الکتریکی آنها را با تغییر دما تغییر می دهد. آشکارسازهای خنک نشده برای کاربردهای کم هزینه و با وضوح پایین ایده آل هستند و میانگین عمر آنها 15 سال است.

 

2. آشکارسازهای خنک شده:
برخلاف آشکارسازهای خنک نشده، آشکارسازهای خنک شده برای کار کردن به خنک کننده برودتی نیاز دارند. آنها از فناوری پیشرفته تری مانند آشکارسازهای کادمیم تلوراید جیوه (MCT) استفاده می کنند که تصاویری با وضوح بالاتر ارائه می دهند. آشکارسازهای خنک‌شده گران‌تر هستند و طول عمر کمتری دارند، اما عملکرد بهتری در کاربردهای تصویربرداری حرارتی ارائه می‌کنند.

 

3. آشکارسازهای فوتون:
این نوع آشکارساز تصویربرداری حرارتی از حسگری استفاده می کند که تک فوتون های تشعشع ساطع شده از یک جسم را تشخیص می دهد. آشکارسازهای فوتون برای کاربردهایی که نیاز به حساسیت بالایی دارند مانند مشاهدات نجومی و تحقیقات تشخیص ذرات ایده آل هستند.

 

4. آشکارسازهای پیرالکتریک:
آشکارسازهای پیروالکتریک تغییرات دمای تابش مادون قرمز را بر اساس تغییرات خواص الکتریکی آنها حس می کنند. سطح نویز پایین و حساسیت عالی دارند و اغلب در دستگاه های تصویربرداری پزشکی یا تجهیزات تست غیر مخرب استفاده می شوند.

 

5. میکروسکوپ مادون قرمز:
میکروسکوپ مادون قرمز یک روش غیر تماسی و غیر مخرب برای تجزیه و تحلیل خواص حرارتی مواد با دقت و وضوح بالا است. میکروسکوپ‌های مادون قرمز از یک آشکارساز FPA خنک‌شده برای ثبت علائم حرارتی نمونه‌های کوچک استفاده می‌کنند که می‌تواند به خواص مواد خاص مرتبط باشد.

 

در نتیجه، آشکارسازهای تصویربرداری حرارتی موارد ضروری در زمینه های مختلف هستند که نیاز به تصویربرداری حرارتی دقیق دارند. نوع آشکارساز مورد استفاده به کاربرد خاص، بودجه و الزامات عملکرد بستگی دارد. آشکارسازهای خنک نشده برای کاربردهای کم هزینه ترجیح داده می شوند در حالی که آشکارسازهای خنک شده نتایج بهتری ارائه می دهند اما هزینه بیشتری دارند. آشکارسازهای فوتون، آشکارسازهای پیروالکتریک و میکروسکوپ های مادون قرمز قابلیت های تخصصی را برای کاربردهای خاص ارائه می دهند. و همین امر منجر به توسعه شاخص های فنی مختلف برای ارزیابی عملکرد این محصولات شده است. در ادامه، برخی از شاخص های فنی کلیدی آشکارسازهای تصویربرداری حرارتی را مورد بحث قرار خواهیم داد.

 

1) پیکسل - وضوح پیکسل است که مستقیماً بر نتیجه تصویربرداری نهایی تأثیر می گذارد

وضوح آشکارساز اصلی تصویرگر حرارتی مادون قرمز 160x120، 240x180، 320x240، 384x288، 640x480 و غیره است.

 

2) محدوده دما - محدوده ای که دما در آن اندازه گیری می شود

محدوده پایین: -20 درجه سانتی‌گراد تا ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد (-4 درجه فارنهایت تا ۳۲۰ درجه فارنهایت)

محدوده بالا: 0 درجه سانتی‌گراد تا ۶۵۰ درجه سانتی‌گراد (۳۲ درجه فارنهایت تا ۱۲۰۲ درجه فارنهایت)

دمای بسیار بالا: -20 درجه تا 1500 درجه

 

3) حساسیت حرارتی (NETD) - توانایی تشخیص حداقل اختلاف دمای هدف

 

4) زاویه دید و وضوح فضایی (IFOV) - مربوط به اندازه و فاصله هدف، لنز مناسب را انتخاب کنید.

وضوح فضایی=اندازه پیکسل/فاصله کانونی، هرچه وضوح فضایی کوچکتر باشد، فاصله کانونی بزرگتر است

زاویه میدان=وضوح فضایی x پیکسل، هرچه وضوح فضایی کوچکتر باشد، زاویه میدان کوچکتر است

این اصلی است که ما اغلب می گوییم هر چه فاصله کانونی بزرگتر باشد، زاویه دید کوچکتر است.

 

5) دقت -- ± 2 درجه سانتیگراد یا 2 درجه سانتیگراد، هر دو حداکثر خواندن را دارند (استاندارد بین المللی)

هر چه نیاز به دقت اندازه گیری دما بیشتر باشد، نیاز به فناوری اندازه گیری دما، فناوری الگوریتم تصویر و آشکارساز مادون قرمز بیشتر است.

 

6) نرخ فریم - فرکانس در ثانیه که آشکارساز از تصویر نمونه برداری می کند

هرچه نرخ فریم بالاتر باشد، نمایشگر دقیق تر و تصویر پیوسته تر است. نرخ فریم تصویرگر حرارتی عموماً 9-60هرتز است و هرچه نرخ فریم تصویرگر حرارتی با همان پیکسل بیشتر باشد، قیمت آن گرانتر است.

 

7) حساسیت
حساسیت به توانایی دستگاه در تشخیص تفاوت های کوچک دما اشاره دارد. حساسیت بالا در کاربردهایی مانند دید در شب و تصویربرداری پزشکی حیاتی است. حساسیت یک ماژول یا جزء تصویربرداری حرارتی با میلی‌کلوین (mK) اندازه‌گیری می‌شود و مقادیر پایین‌تر نشان‌دهنده حسگرهای حساس‌تر است.

8) نرخ فریم
نرخ فریم به تعداد تصاویری که دستگاه می تواند در یک ثانیه بگیرد اشاره دارد. ماژول ها و اجزای تصویربرداری حرارتی با نرخ فریم بالاتر می توانند اشیایی که سریع حرکت می کنند را با دقت بیشتری ثبت کنند. به طور معمول، دوربین های مورد استفاده در برنامه های امنیتی دارای نرخ فریم کمتری نسبت به دوربین هایی هستند که در تصویربرداری پزشکی یا تحقیقات استفاده می شوند.

9) ثابت زمان حرارتی
این نشانگر فنی به مدت زمانی که یک دستگاه تصویربرداری حرارتی در معرض تغییر دمای ناگهانی قرار می گیرد، به 63.2 درصد دمای نهایی خود برسد، اشاره دارد. ثابت زمان حرارتی کمتر دستگاهی را نشان می‌دهد که می‌تواند به سرعت به تغییرات دما پاسخ دهد و آن را برای برنامه‌هایی که نیاز به زمان پاسخ سریع دارند مناسب می‌کند.

10) محدوده دینامیک
محدوده دینامیکی محدوده دماهایی است که یک دستگاه تصویربرداری حرارتی می تواند ثبت کند. محدوده دینامیکی بالاتر به این معنی است که دستگاه می تواند هم اجسام بسیار گرم و هم بسیار سرد را در یک تصویر ثبت کند. این شاخص فنی در کاربردهایی مانند ایمنی آتش سوزی و نظارت صنعتی بسیار مهم است.

11) زمان پاسخ

مدت زمانی است که آشکارساز برای نمایش دمای جسمی که در حال اسکن است صرف می کند. زمان پاسخ سریعتر مطلوب است زیرا دقت آشکارساز را در تشخیص نوسانات دما بهبود می بخشد. زمان پاسخگویی بسته به نوع آشکارساز می تواند از میلی ثانیه تا ثانیه متغیر باشد.