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“杀鸡焉用牛刀”,FLIR高速热像仪并不适合所有场景


  来源: 菲力尔 时间:2022-01-13 编辑:清风
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最近和大家分享了不少FLIR高速热像仪的案例,想必大家对FLIR高速与定格红外成像很感兴趣。小菲给大家详细解说下,我们为什么要选择FLIR高速热像仪?如何根据需求选择最合适的热像仪?


1、制冷与非制冷热像仪的操作原理


目前,红外热像仪大体可分为两类:一类是高性能制冷型光子计数红外热像仪,另一类是经济实惠的非制冷型微测热辐射计红外热像仪。


现今市面上的大多数制冷型热像仪采用锑化铟(InSb)探测器。制冷型红外热像仪通过对特定波段(通常为介于3-5μm的中波红外波段)内能量的光子计数进行工作。光子撞击像素,转化成电子并储存在积分电容器中。像素点以电子的方式,通过断开或短路积分电容器来控制快门。根据不同的热像仪型号,FLIR锑化铟热像仪扫描-20至350˚C物体的积分时间为6ms-50μs,这些极短的积分时间为定格画面、精确测量每个快速变化的瞬间提供了可能性。


FLIR制冷型锑化铟热像仪捕获的“黄蜂”战斗机的定格图像


一个传统热电偶的热图像


与制冷型热像仪相比,非制冷型热像仪成本更低、质量更轻、功耗更小。非制冷热像仪像素点采用特定材料制成,其电阻可随温度的变化发生明显变化。常见材料为:氧化钒或非晶硅。当热能聚焦于像素点时,像素点会随之升温或冷却。因像素点的电阻随着温度的变化而变化,其大小可测量,能通过校准操作映射回目标温度。由于像素点有限定的质量,因此它们有相应的热时间常数。现今基于非制冷型微测辐射热计红外探测器的热像仪,其时间常数一般为8-12ms。但这并不意味着像素点能在8-12ms内立即响应,并提供精确结果!一般经验是:处理跃阶输入信号的一阶系统达到稳定状态的所需时间是时间常数的5倍。


2、时间常数和思维实验


为了探讨微测辐射热计探测器的响应时间,我们来打一个有趣的比方,假想有两桶水:一桶是装满已搅拌均匀的0℃冰水,另一桶是100˚C快速沸腾的沸水。让微测辐射热计探测器先对准冰水,然后瞬间切换到沸水(100˚C的跃阶输入),记录这一过程的测温结果。如果我们将10ms的热时间常数转换成一半时间以便于计算,我们得到的值大约为7ms。


从0°C过渡到100°C的系统响应,tau=10ms,一半时间=7ms


我们来看微测辐射热计探测器的报告结果,在7ms(即一个减半时间)时温度为50˚C,2个减半时间时温度为75˚C,3个减半时间时温度为87.5˚C等。如果我们尝试以100帧/秒或在10ms时读取温度,结果会怎样?热像仪的读数为63˚C,产生了37˚C的误差。热像仪会精确报告像素点的温度,但是像素点尚未达到正检测的场景的温度。一般说来,如果将非制冷型微测热辐射计的帧频设置为30帧/秒以上时,结果毫无意义!


3、真实案例反应的实际情况


案例一:


我们来探讨一下打印的过程,此过程需要将打印纸加热至60˚C。打印纸绕着显影辊输出的速率为127厘米/秒,且在长、宽两个边上的温度必须均匀。


打印纸离开加热辊的热图像


使用制冷型光子计数热像仪与非制冷型微测热辐射计热像仪捕捉每边的数据。


制冷型锑化铟探测器与非制冷型微测辐射热计探测器在测量热瞬时事件中的性能对比


关键词:FLIR 高速热像仪 红外热像仪    浏览量:1000

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