Тепловизионные камеры с охлаждаемым детектором обладают некоторыми преимуществами по сравнению с тепловизионными камерами с неохлаждаемым детектором. Однако они дороже. Современная охлаждаемая тепловизионная камера имеет датчик изображения, который интегрирован с криоохладителем, понижающим температуру датчика до криогенной температуры. Это снижение необходимо для уменьшения теплового шума до уровня, который ниже уровня сигнала от изображения сцены.

Криокулеры изготовлены из материалов с высокой механической прочностью, которые со временем все же изнашиваются за счет высоких скоростей вращения. Кроме того, происходит потеря газообразного гелия, который постепенно вытекает через уплотняющие узлы. Поэтому через каждые 10 — 13 тыс. часов работы криокулеры необходимо менять.

Так когда лучше использовать охлаждаемые тепловизионные камеры для исследований и разработок?

Ответ: это зависит от применения.

Если вы хотите:

  • увидеть минутные перепады температур;
  • лучшее качество изображения;
  • увидеть тепловой профиль или измерить температуру очень маленькой цели;
  • визуализировать тепловые явления в очень специфической части электромагнитного спектра;
  • синхронизировать тепловизор с другими измерительными приборами —

То охлаждаемая тепловизионная камера Flir является предпочтительным инструментом.

Примеры и сравнения

Высокая скорость.

 
Эти ИК-изображения сравнивают результаты захвата шины, вращающейся со скоростью 32 км в час. Изображение слева было получено с помощью охлаждаемой тепловизионной камеры. Можно было бы подумать, что шина не вращается, но это результат очень высокой скорости захвата охлажденной камеры, которая “остановила” движение шины. Скорость захвата неохлаждаемой камеры слишком мала, чтобы запечатлеть вращающуюся шину, из-за чего спицы колеса выглядят прозрачными.

Пространственное разрешение.

   
Выше приводятся сравнения качества увеличения тепловых изображений крупным планом, достигнутое при использовании систем с охлаждением и неохлаждением. Снимок слева получен с помощью 4х-кратного объектива и камеры с датчиком охлаждения (с шагом 13 мкм), который приводит к размеру пятна 3,5 мкм. Изображение справа получено с помощью 1-кратного объектива и неохлаждаемого датчика с шагом 25 мкм, что увеличивает размер пятна до 25 мкм. Охлаждаемые камеры, как правило, имеют большие возможности увеличения, чем неохлаждаемые камеры, из-за чувствительности к более коротким инфракрасным волнам. Поскольку охлаждаемые камеры обладают повышенными характеристиками чувствительности, можно использовать линзы с большим количеством оптических элементов, без ухудшения отношения сигнал / шум, что обеспечивает лучшие качество увеличения.

Чувствительность.

 

 
Часто, сложно в полной мере оценить ценность улучшенной чувствительности охлаждаемых тепловизоров. Как вы чувствуете выгоду от неохлаждаемой тепловой камеры с чувствительностью 50 мК, по сравнению с охлаждаемой тепловой камерой с чувствительностью 20 мК? Чтобы проиллюстрировать это преимущество, мы провели быстрый эксперимент по чувствительности. Для этого сравнения мы положили руку на стену на несколько секунд, чтобы создать тепловой отпечаток. Первые два изображения показывают отпечаток руки сразу же после того, как рука была убрана. Второй набор изображений показывает след теплового отпечатка руки через две минуты. Как вы можете видеть, охлажденная камера все еще может видеть большую тепловую сигнатуру отпечатка руки, тогда как неохлаждаемые камеры показывают только частичные остатки отпечатка. Охлаждаемая камера умеет четко обнаруживать меньшую разницу температур и дольше, чем неохлаждаемая камера Это означает, что охлаждаемая камера обеспечит лучшую детализацию конкретной цели и поможет выявить даже самые слабые тепловые аномалии.

Спектральная фильтрация.

 
Важным преимуществом охлаждаемых тепловизионных камер является возможность легко выполнять спектральную фильтрацию для обнаружения деталей и проведения измерений, которые недостижимы для неохлаждаемых тепловизионных камер. В первом примере используется спектральный фильтр, размещенный либо в держателе фильтра за линзой, либо встроенный в узел детектора Дьюара, чтобы изображение проходило через пламя. Конечный пользователь хотел измерить и охарактеризовать сгорание частиц угля в пламени. Используя спектральный инфракрасный фильтр «сквозь пламя», мы отфильтровали охлаждаемую камеру до спектрального диапазона волн, где пламя было пропускающим и, следовательно, было в состоянии отобразить сгорание частиц угля. Первое изображение без фильтра пламени, и все, что мы видим — это само пламя. Второе с фильтром пламени, где можно отчетливо видеть сгорание частиц угля.

 

На втором примере показано испытание фильтра, задерживающего оксид (закись) азота. Поскольку оксид азота поглощает ИК-излучение, то можно «видеть его» как парообразную субстанцию на левом снимке, полученном с помощью охлаждаемой тепловой камеры. На втором снимке, где использовалась камера без охлаждения, наличие окиси азота камера "не обнаруживает". Задача заключалась в разработке улучшенной маски и системы удаления закиси азота. Таким образом, первое изображение отображает старый дизайн маски, а второе представляет новый дизайн. Как вы можете видеть, старая конструкция маски пропускает много оксида азота в комнату, что вызывает дискомфорт у окружающих.Тогда как новая модель характерна минимальной утечкой и является лучшим решением.