Термокамеры SWIR, MWIR и LWIR: сравнение

В гражданских приложениях, таких как промышленный осмотр, охранное видеонаблюдение и мониторинг окружающей среды, инфракрасные тепловизоры стали основным оборудованием благодаря своим способностям к восприятию, которые превосходят видимый свет. Среди них технологии коротковолнового инфракрасного (SWIR), средневолнового инфракрасного (MWIR) и длинноволнового инфракрасного (LWIR) — каждая с уникальными характеристиками длины волны — развили свои собственные сценарии применения. В этой статье будут подробно рассмотрены технические принципы, основные характеристики и сценарии гражданского применения этих трех технологий, с особым акцентом на широкое применение и ценность длинноволновых инфракрасных тепловизоров. Цель статьи — дать рекомендации по выбору оборудования для различных отраслей промышленности.

1. Определение и диапазон трех основных инфракрасных диапазонов

Инфракрасное излучение — это электромагнитные волны с длинами волн от 0,75 до 1000 мкм. Термографическая технология обычно выбирает три атмосферных окна с высокой атмосферной пропускной способностью в качестве основных рабочих диапазонов, избегая областей сильного поглощения молекулами, такими как водяной пар и углекислый газ в атмосфере, чтобы обеспечить стабильную производительность при формировании изображений.      

Три основных диапазона длин волн четко определены:

· Коротковолновый инфракрасный диапазон (SWIR): 1–2,5 мкм, переходный диапазон между видимым светом и средневолновым инфракрасным диапазоном.

· Средневолновый инфракрасный диапазон (MWIR): 3–5 мкм, диапазон, в котором преобладает тепловое излучение.

· Длинноволновый инфракрасный диапазон (LWIR): Длины волн 8–14 мкм, основной диапазон для теплового излучения объектов при окружающей температуре и наиболее широко используемый диапазон в гражданских приложениях тепловой визуализации.

Хотя эти диапазоны не являются абсолютными — продукты разных производителей могут иметь незначительные отличия — основные диапазоны всегда сосредоточены вокруг атмосферных прозрачностей. Это обеспечивает эффективное получение информации о цели даже в сложных условиях.

2. Тепловая камера SWIR: высокоразрешательная технология визуализации, основанная на отраженном свете

1) Принцип работы и основные характеристики

Принцип работы коротковолновых инфракрасных камер ближе к принципу работы обычных камер видимого света. Основная функция состоит в обнаружении инфракрасного света, отраженного от цели, а не теплового излучения самого объекта. Коротковолновые инфракрасные камеры должны использовать внешние источники света, такие как инфракрасный свет, излучаемый солнцем, луной, звездами или активными источниками освещения, который образует изображение после отражения от цели.

Основные характеристики включают:

· Высокое разрешение при формировании изображений с исключительной точностью воспроизведения деталей, обеспечивающее визуальный опыт, сравнимый с видимым светом.

· Возможность проникать через определенные материалы, такие как кремниевые пластины, стекло, дым и туман, что делает его идеальным для неразрушающего контроля в сложных условиях.

· Основные сенсоры в основном используют материал индия галлиевого арсенида (InGaAs), обеспечивая быстрый отклик и стабильную работу при комнатной температуре.

2) Типичные применения

· Промышленный контроль: Обнаружение дефектов в полупроводниковых пластинах, проверка качества солнечных элементов и контроль пайки на электронных схемах — за счет способности проникать через кремниевые материалы для неразрушающего контроля.

· Контроль сельского хозяйства и продуктов питания: Определение плесневых зерен и обнаружение внутренних повреждений в фруктах — путем различения различий в составе материалов по спектральным характеристикам коротковолнового инфракрасного излучения.

3. MWIR Тепловая камера: Технология теплового излучения, ориентированная на высокотемпературные цели

1) Принцип работы и основные характеристики

Средневолновые инфракрасные камеры в основном обнаруживают естественное тепловое излучение объекта, проявляя повышенную чувствительность к тепловым излучениям высокотемпературных объектов. Согласно закону Планка, пик излучения высокотемпературных объектов сосредоточен в средневолновом инфракрасном диапазоне. Поэтому MWIR камеры, работающие в этом диапазоне, могут эффективно захватывать тепловые сигналы от высокотемпературных целей с высокой интенсивностью сигнала и сильными антиинтерференционными свойствами.

Основные характеристики включают:

· Не требуется внешний источник света; изображение создается только за счет собственного теплового излучения цели, что позволяет работать в полной темноте.

· Чувствительны к изменениям температуры, способны обнаруживать незначительные различия температур, подходят для точного определения высокотемпературных целей.

· Хорошая пропускная способность атмосферы, подходит для средне- и дальнего действия обнаружения, с меньшим влиянием пара и аэрозолей по сравнению с длинноволновым инфракрасным диапазоном.

2) Типичные применения

· Дальнее мониторинг высокотемпературных целей: Контроль температуры промышленных печей и котлов; дистанционный осмотр высокотемпературного оборудования в энергетической отрасли, исключая риск воздействия на персонал высокой температуры.

· Мониторинг окружающей среды: Наблюдение за вулканической деятельностью и системы раннего предупреждения о лесных пожарах фиксируют сигналы высокотемпературных источников тепла, обеспечивая данные для профилактики и смягчения последствий стихийных бедствий.

· Обнаружение утечек газа: В нефтяной и газовой промышленности используется для обнаружения утечек углеводородных газов, таких как метан и пропан. Ясная визуализация достигается за счет характеристик поглощения газа в средневолновом инфракрасном диапазоне, обеспечивая безопасность промышленного производства.

3) Продукты, связанные с Raythink

Фотонный модуль средневолновой охлаждаемый инфракрасный Photon M615L

Фотонный модуль средневолновой охлаждаемый инфракрасный Photon M615S

Фотонный модуль средневолновой HOT охлаждаемый инфракрасный Photon H615

4. Термальная камера ДЛИР: всецелевая технология термовизионного изображения для сценариев при температуре окружающей среды

Основное преимущество длинноволновой инфракрасной камеры заключается в ее точном захвате сигналов теплового излучения от объектов при температуре окружающей среды (-20°C до 150°C). Согласно закону смещения Вина, пики теплового излучения объектов при температуре окружающей среды, таких как люди, здания и оборудование, находятся именно в диапазоне длинноволнового инфракрасного излучения 8–14 мкм, что делает ее идеальной технологией для восприятия мира при температуре окружающей среды.

1) Принцип формирования изображения и основные характеристики

Длинноволновые ИК-камеры создают изображения путем детектирования теплового излучения, излучаемого самими объектами, и не требуют внешнего источника света. Они надежно работают даже в полной темноте, густой дыме, сильном тумане и других сложных условиях. Основные характеристики включают:

· Высокая чувствительность к объектам при комнатной температуре: Исключительная способность захватывать тепловое излучение от целей, таких как человеческие тела (36–37°C), здания (комнатная температура) и промышленное оборудование (работающее при окружающей температуре).

· Сильная адаптивность к окружающей среде: Длинноволновая инфракрасная полоса минимально подвержена атмосферному рассеянию, что позволяет ей проникать сквозь густой дым, туман, пыль и другие препятствия, что делает ее подходящей для работы в сложных метеорологических условиях.

· Зрелые технологии и экономичность: Используя безохлаждаемые детекторы, такие как оксид ванадия (VOx) и аморфный кремний (a-Si), оборудование имеет компактные размеры и низкое энергопотребление, подходит для различных вариантов установки, включая ручной, стационарный и автомобильный.

· Стабильная визуализация без помех: Не подвержено влиянию яркого солнечного света, отражений или других источников окружающего света, обеспечивая стабильную производительность визуализации днем и ночью для работы в любую погоду.

2) Типичные применения

Диагностика зданий: повышение энергоэффективности и безопасности

· Проверка теплоизоляционного слоя: быстро определяет поврежденные, полые или оторванные участки теплоизоляционных слоев стен и крыш, чтобы предотвратить потерю энергии и дать основу для энергосберегающих реконструкций.

· Электрическая безопасность: обнаруживает аномальное нагревание в электрических цепях, выключателях и распределительных шкафах зданий, давая ранние предупреждения о коротких замыканиях, перегрузках и других опасностях, чтобы предотвратить пожары.

· Обнаружение утечек: определяет скрытые утечки на крышах и стенах, захватывая четкие тепловые изображения за счет различий термоемкости влаги по сравнению с окружающими материалами, снижая затраты на ремонт.

Прогностическое техническое обслуживание в промышленности: снижение частоты отказов оборудования

· Проверка механических компонентов: Определение перегрева в вращающихся механизмах, таких как двигатели, подшипники и редукторы, для выявления таких проблем, как недостаточное смазка и износ, тем самым продлевая срок службы оборудования.

· Металлургические и химические промышленности: Контроль распределения температуры в трубопроводах и емкостях для предотвращения аварий, вызванных локальным перегревом, и обеспечения непрерывности производства.

· Проверка электрооборудования: Контроль температуры электрических компонентов, таких как трансформаторы, распределительные щиты и кабельные соединения, для оперативного выявления таких проблем, как плохой контакт или перегрузка, предотвращая выход оборудования из строя.

Пожарная охрана: Защита жизни

· Определение места возгорания: Пробивает густой дым для определения источников пожара и направлений его распространения, позволяя пожарным разработать научные стратегии тушения.

· Поиск и спасение зажатых людей: Захватывает тепловые радиационные сигналы человека для быстрого определения местоположения зажатых людей в задымленных помещениях, повышая эффективность спасательных операций.

· Пост-катастрофическая проверка на наличие опасностей: После тушения пожара обнаруживает скрытые очаги горения в стенах и мусоре, чтобы предотвратить риск возгорания.

Безопасность и видеонаблюдение, а также системы помощи вождения автомобилей: Расширение границ восприятия

· Мониторинг безопасности: Позволяет вести мониторинг без света ночью и в неблагоприятных погодных условиях, точно идентифицируя нарушителей и аномальные движущиеся цели. Подходит для обеспечения безопасности на кампусах, периметрах и важных объектах.

· Системы помощи вождения автомобилей (ADAS): В качестве основного датчика для систем помощи в автономном вождении, длинноволновые инфракрасные тепловизоры обнаруживают такие цели, как пешеходы, велосипеды и препятствия. Они обеспечивают стабильное распознавание даже при сильном свете или в дождь/туман, повышая безопасность вождения.

3) Продукты Raythink

Ручной тепловизор

Фиксированная термографическая камера

Инфракрасная панорамная камера

5. Сравнение трех основных технологий по полосе пропускания и рекомендации по выбору

Для большинства гражданских применений длинноволновые инфракрасные тепловизоры являются предпочтительным решением из-за их совместимости с температурой окружающей среды, возможности работы в любую погоду и экономичности. Средневолновая инфракрасная радиация - это лучший выбор для обнаружения высокотемпературных целей или для средне- и дальнемерного обнаружения. Коротковолновая инфракрасная радиация, в свою очередь, идеальна для сценариев, требующих высокоразрешительного изображения или проникновения сквозь определенные материалы.

В качестве профессионального производителя инфракрасных тепловизоров Raythink выпустил продукты, охватывающие диапазоны СВИР, СВИК и ДВИК, включая портативные тепловизоры, стационарные тепловизоры и панорамные камеры. Эти решения удовлетворяют индивидуальные потребности множества отраслей, таких как промышленность, охрана, пожарная служба и строительство. Для конкретного выбора продукта или технического решения обратитесь к профессиональной команде Raythink для получения дополнительных сведений.