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小菲课堂|详细解读制冷型与非制冷型光学气体成像热像仪


  来源: 菲力尔 时间:2022-08-04 编辑:清风
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十多年来,FLIR光学气体成像(OGI)热像仪一直用来可视化各种气体泄漏。这些OGI热像仪的开发是为了“看到”各种气体,包括碳氢化合物、二氧化碳、六氟化硫、制冷剂、一氧化碳、氨等。FLIR OGI热像仪被应用于各行各业,包括减少排放、提高生产效率和确保安全的工作环境。与其他检测技术相比,OGI热像仪的一大优势是该技术能够在不中断工业过程的情况下精准定位气体泄漏部件。


从历史上看,OGI热像仪一直采用制冷型红外探测器,与非制冷型红外探测器相比具有多个优势,但成本往往更高。非制冷型红外探测器技术的进步使得像FLIR OGI热像仪这样的制造商,能够为相关行业设计和开发成本较低的OGI解决方案。尽管成本较低,但与使用制冷型探测器的热像仪相比,使用非制冷型红外探测器的热像仪存在一定局限性。


光学气体成像背后的科学


在我们讨论OGI热像仪中制冷或非制冷探测器的问题之前,我们可以先解释这项技术背后的理论。光学气体成像可以比作通过普通的摄像机进行观察,但操作员看到的是一股类似烟雾的气体喷出。如果没有OGI热像仪,这将是肉眼完全看不见的。为了能看到这种气体飘动,OGI热像仪使用了一种独特的光谱(依赖于波长)过滤方法,使它能够检测到特定的气体化合物。在制冷型探测器中,滤波器将允许通过探测器的辐射波长限制在一个非常窄的波段,称为带通,这种技术被称为光谱自适应。


光谱自适应


OGI热像仪利用某些分子的吸收特性,将它们在原生环境中可视化。热像仪焦平面阵列(FPAs)和光学系统专门调整到非常窄的光谱范围,通常在数百纳米左右,因此具有超选择性。只能检测到由窄带通滤波器分隔的红外区域中的被气体吸收的红外波段。大多数化合物的红外吸收特性取决于波长。氢、氧和氮等惰性气体无法直接成像。


黄色区域显示了一个光谱滤波器,设计用于对应大部分背景红外能量将被甲烷吸收的波长范围。(图中横坐标代表波长,纵坐标代表甲烷气体的透射率)


如果将OGI热像仪对准没有气体泄漏的场景,视野中的物体将通过热像仪的镜头和滤光片透射和反射红外辐射。如果物体和热像仪之间存在气体云,并且该气体吸收滤波器带通范围内的辐射,那么通过气体云到达探测器的辐射量将减少或增加。具体情况要看气体云与背景的关系,云与背景之间必须有一个辐射的对比。


总而言之,让气体可见的关键是:气体必须吸收热像仪看到的波段中的红外辐射;气体云必须与背景形成辐射对比;气体云的表面温度必须与背景不同。此外,运动使气体云更容易可视化。


熟悉光学气体成像相关的波长


为了解决理解“制冷与非制冷”光学气体成像热像仪的挑战,您需要了解与光学气体成像相关的波长以及这些热像仪中使用的探测器。OGI热像仪的两个主要波长通常被称为中波(3到5微米)和长波(7到12微米)。在气体成像领域,这些区域也可以称为“功能区”和“指纹区”。在功能区,一个热像仪可以看到单一类别的更多气体,而许多单独的气体在指纹区有特定的吸收特征。


几乎所有碳氢化合物气体都在FLIR GF320的过滤区域(黄色部分)吸收能量,但在长波或指纹区域(蓝色部分)有不同的吸收特征


虽然许多气体在中波和长波区域都有吸收特性,但也有气体仅在一个红外波段发射和吸收。有些气体在中波而非长波光谱中发射和吸收(如一氧化碳/CO)和吸收,另一些仅在长波光谱中发射和吸收(如六氟化硫/SF6)。这些气体不属于指纹或功能区,通常指烃类气体。下面是CO和SF6气体的红外光谱图。




制冷与非制冷型探测器


关键词:制冷型 非制冷型 光学气体成像热像仪    浏览量:646

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