Budowa niezawodnej, precyzyjnej platformy termograficznej wymaga zrozumienia, \u017ce surowa rozdzielczo\u015b\u0107 sensora jest bez znaczenia bez wysokiej czu\u0142o\u015bci termicznej (r\u00f3\u017cnica temperatur r\u00f3wnowa\u017cna szumowi, NETD) i prawid\u0142owo skalibrowanej rozdzielczo\u015bci przestrzennej (chwilowe pole widzenia, IFOV). Niezale\u017cnie od tego, czy identyfikujesz mikroskopijne mostki lutownicze na p\u0142ytkach PCB o du\u017cej g\u0119sto\u015bci, monitorujesz gradienty rozpraszania ciep\u0142a w ogniwach akumulatorowych pojazd\u00f3w elektrycznych, czy \u015bledzisz integralno\u015b\u0107 strukturaln\u0105 z \u0142adunku drona na wysoko\u015bci 100 metr\u00f3w, tolerancje optyczne i surowe strumieniowanie radiometryczne musz\u0105 by\u0107 zr\u00f3wnowa\u017cone z ograniczeniami mechanicznymi i obliczeniowymi. Ten przewodnik techniczny omawia podstawow\u0105 fizyk\u0119, materia\u0142y detektor\u00f3w, parametry projektowania optycznego i potoki integracji sprz\u0119towej wymagane do in\u017cynierii niezawodnych system\u00f3w termowizyjnych.<\/p>\n
Spis tre\u015bci<\/h3>\n\n- \ud83d\udc49 Fizyka termowizji: promieniowanie, emisyjno\u015b\u0107 i radiometria<\/a><\/li>\n
- \ud83d\udc49 Architektury sensor\u00f3w: mikrobolometry niech\u0142odzone<\/a><\/li>\n
- \ud83d\udc49 Rozdzielczo\u015b\u0107 przestrzenna, optyka i dynamika zasi\u0119gu DRI<\/a><\/li>\n
- \ud83d\udc49 Integracja wbudowana, potoki ISP i sztuczna inteligencja brzegowa<\/a><\/li>\n
- \ud83d\udc49 Prezentacja wydajno\u015bci modu\u0142\u00f3w rdzeniowych OEM<\/a><\/li>\n
- \ud83d\udc49 Przemys\u0142owa termowizja \u2014 cz\u0119sto zadawane pytania in\u017cynieryjne<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/div>\n
Fizyka termowizji: promieniowanie, emisyjno\u015b\u0107 i radiometria<\/h2>\n
Kamera termowizyjna dzia\u0142a na zasadniczo innych zasadach fizycznych ni\u017c systemy obrazowania \u015bwiat\u0142a widzialnego. Podczas gdy standardowe czujniki z urz\u0105dzeniami ze sprz\u0119\u017ceniem \u0142adunkowym (CCD) i komplementarnymi p\u00f3\u0142przewodnikami tlenkowo-metalowymi (CMOS) rejestruj\u0105 odbite widzialne promieniowanie elektromagnetyczne w w\u0105skim pa\u015bmie od 0,38 do 0,75 mikrometra (\u00b5m), czujniki termiczne wykrywaj\u0105 emitowane promieniowanie w ca\u0142ym spektrum podczerwieni. Ta emitowana energia podlega fundamentalnym prawom termodynamiki, przede wszystkim prawu promieniowania Plancka, prawu przesuni\u0119\u0107 Wiena i prawu Stefana-Boltzmanna.<\/p>\n
Ca\u0142kowita emitancja promienista z idealnej powierzchni cia\u0142a doskonale czarnego we wszystkich d\u0142ugo\u015bciach fal jest wyra\u017cona matematycznie prawem Stefana-Boltzmanna:<\/p>\n
\n W = \u03b5 \u00b7 \u03c3 \u00b7 T4<\/sup>\n<\/p>\nGdzie W<\/em> oznacza ca\u0142kowit\u0105 p\u00f3\u0142sferyczn\u0105 emitancj\u0119 promienist\u0105 w watach na metr kwadratowy (W\/m\u00b2), \u03b5<\/em> to emisyjno\u015b\u0107 powierzchniowa obserwowanego materia\u0142u, \u03c3<\/em> to sta\u0142a Stefana-Boltzmanna (oko\u0142o 5,670 \u00d7 10\u207b\u2078 W\/(m\u00b2\u00b7K\u2074)), a T<\/em> to bezwzgl\u0119dna temperatura termodynamiczna obiektu wyra\u017cona w kelwinach (K). Poniewa\u017c emitowana energia promienista skaluje si\u0119 z czwart\u0105 pot\u0119g\u0105 temperatury bezwzgl\u0119dnej, nawet subtelne zmiany temperatury powierzchni powoduj\u0105 mierzalne przesuni\u0119cia ca\u0142kowitego emitowanego strumienia foton\u00f3w.<\/p>\n\n \ud83d\udd17 Polecane \u017ar\u00f3d\u0142o<\/strong>
\n OBRAZOWANIE TERMICZNE W CZASIE RZECZYWISTYM<\/a>\n<\/div>\nW monitoringu przemys\u0142owym, robotyce naziemnej i inspekcjach lotniczych ukierunkowanych na warunki pracy otoczenia w zakresie od -40\u00b0C do +500\u00b0C (-40\u00b0F do +932\u00b0F), rozk\u0142ad widmowy Plancka pokazuje, \u017ce szczytowa emisja promieniowania znajduje si\u0119 w atmosferycznym oknie transmisji d\u0142ugofalowej podczerwieni (LWIR), obejmuj\u0105cym zakres od 8,0 do 14,0 \u00b5m. Prawo przesuni\u0119\u0107 Wiena potwierdza, \u017ce cia\u0142o doskonale czarne w nominalnej temperaturze pokojowej (300 kelwin\u00f3w) emituje szczytow\u0105 emitancj\u0119 widmow\u0105 przy oko\u0142o 9,66 \u00b5m. W tym konkretnym pa\u015bmie widmowym t\u0142umienie atmosferyczne spowodowane przez cz\u0105steczki pary wodnej (H\u2082O) i dwutlenku w\u0119gla (CO\u2082) poch\u0142aniaj\u0105ce promieniowanie jest zminimalizowane. To niskie t\u0142umienie atmosferyczne pozwala niech\u0142odzonym czujnikom termicznym wykrywa\u0107 wyra\u017ane sygnatury cieplne w otwartym powietrzu bez konieczno\u015bci stosowania aktywnego zewn\u0119trznego o\u015bwietlenia podczerwonego.<\/p>\n
G\u0142\u00f3wnym wyzwaniem w termografii ilo\u015bciowej jest odbieganie rzeczywistych materia\u0142\u00f3w od teoretycznych cia\u0142 doskonale czarnych. Cia\u0142o doskonale czarne poch\u0142ania ca\u0142e padaj\u0105ce promieniowanie i ponownie je emituje z doskona\u0142\u0105 skuteczno\u015bci\u0105 (\u03b5 = 1,0). Rzeczywiste obiekty s\u0105 klasyfikowane jako \"cia\u0142a szare\" lub emitery selektywne, zgodnie z prawem promieniowania cieplnego Kirchhoffa:<\/p>\n
\n \u03b5 + \u03c1 + \u03c4 = 1\n<\/p>\n
W tej zale\u017cno\u015bci, \u03b5<\/em> oznacza emisyjno\u015b\u0107, \u03c1<\/em> oznacza refleksyjno\u015b\u0107, a \u03c4<\/em> oznacza przepuszczalno\u015b\u0107. W wi\u0119kszo\u015bci praktycznych scenariuszy inspekcji przemys\u0142owej obiekty b\u0119d\u0105ce przedmiotem zainteresowania \u2014 takie jak malowane obudowy maszyn, obudowy silnik\u00f3w elektrycznych, izolowane ruroci\u0105gi i grunt konstrukcyjny \u2014 s\u0105 ca\u0142kowicie nieprzepuszczalne dla promieniowania LWIR, co oznacza, \u017ce przepuszczalno\u015b\u0107 \u03c4<\/em> wynosi zero. W rezultacie r\u00f3wnanie zachowania upraszcza si\u0119 bezpo\u015brednio do postaci:<\/p>\n\n \u03b5 + \u03c1 = 1\n<\/p>\n
Ta zale\u017cno\u015b\u0107 termodynamiczna niesie ze sob\u0105 istotne implikacje in\u017cynieryjne. Obiekty o wysokiej emisyjno\u015bci (takie jak niematowa ta\u015bma elektryczna, matowa czarna farba, anodowane aluminium i ludzka sk\u00f3ra; gdzie \u03b5 mie\u015bci si\u0119 w zakresie od 0,92 do 0,98) emituj\u0105 strumie\u0144 podczerwieni wprost proporcjonalnie do ich kinetycznej temperatury powierzchni. Z kolei powierzchnie o niskiej emisyjno\u015bci i silnie zwierciadlane (takie jak nieutlenione, go\u0142e \u015bcie\u017cki miedziane na p\u0142ytkach drukowanych, obrabiane maszynowo radiatory aluminiowe lub polerowane ruroci\u0105gi ze stali nierdzewnej; gdzie \u03b5 cz\u0119sto wynosi poni\u017cej 0,15) emituj\u0105 bardzo ma\u0142o w\u0142asnej energii cieplnej. Zamiast tego dzia\u0142aj\u0105 jak lustra podczerwieni, odbijaj\u0105c otaczaj\u0105ce promieniowanie t\u0142a do obiektywu detektora.<\/p>\n
Je\u015bli nieskalibrowana kamera termowizyjna dokonuje inspekcji polerowanej powierzchni metalowej bez kompensacji odbitej temperatury otoczenia (T_refl) i rzeczywistej emisyjno\u015bci obiektu, wynikowy obraz b\u0119dzie przedstawia\u0142 odbicie termiczne otaczaj\u0105cego pomieszczenia lub operatora, a nie rzeczywisty stan termodynamiczny komponentu. Przemys\u0142owe silniki termograficzne uwzgl\u0119dniaj\u0105 to, wykorzystuj\u0105c wieloparametrowe potoki radiometrycznych solver\u00f3w. Solvery te przeliczaj\u0105 warto\u015bci temperatury w ca\u0142ej macierzy pikseli, uwzgl\u0119dniaj\u0105c emisyjno\u015b\u0107 obiektu, odbicie t\u0142a, temperatur\u0119 atmosfery otoczenia, wilgotno\u015b\u0107 wzgl\u0119dn\u0105 oraz fizyczn\u0105 odleg\u0142o\u015b\u0107 mi\u0119dzy obiektem a obiektywem.<\/p>\n
Architekci system\u00f3w musz\u0105 r\u00f3wnie\u017c zachowa\u0107 wyra\u017ane rozr\u00f3\u017cnienie mi\u0119dzy termografi\u0105 jako\u015bciow\u0105 a radiometri\u0105 ilo\u015bciow\u0105:<\/p>\n
\n- \u2699\ufe0f Termografia jako\u015bciowa (wynik obrazowania):<\/strong> Czujnik przetwarza promieniowanie cieplne wy\u0142\u0105cznie w celu odwzorowania wzgl\u0119dnych r\u00f3\u017cnic temperatur w polu widzenia. Wynikowy obraz jest konwertowany na 8-bitow\u0105 wizualn\u0105 palet\u0119 fa\u0142szywych kolor\u00f3w (tak\u0105 jak Ironbow, Rainbow, White Hot lub Black Hot) zoptymalizowan\u0105 pod k\u0105tem ludzkiej percepcji. Obrazowanie jako\u015bciowe jest cenne w nawigacji i omijaniu przeszk\u00f3d, jednak poszczeg\u00f3lne warto\u015bci pikseli reprezentuj\u0105 wzgl\u0119dny kontrast termiczny, a nie skalibrowane jednostki in\u017cynierskie.<\/li>\n
- \u2699\ufe0f Radiometria ilo\u015bciowa (pomiar precyzyjny):<\/strong> Ka\u017cdy pojedynczy piksel mikrobolometru na matrycy ogniskowej mierzy i przechowuje dyskretn\u0105, skalibrowan\u0105 14-bitow\u0105 lub 16-bitow\u0105 surow\u0105 warto\u015b\u0107 cyfrow\u0105 (DN). Ta surowa warto\u015b\u0107 jest bezpo\u015brednio mapowana na obliczenie temperatury bezwzgl\u0119dnej w stopniach Celsjusza, Fahrenheita lub Kelwina za pomoc\u0105 dedykowanego r\u00f3wnania kalibracji wielomianowej. Radiometria ilo\u015bciowa jest niezb\u0119dna w zadaniach oblicze\u0144 brzegowych, automatycznym wykrywaniu anomalii, walidacji produkcji inline oraz ostrzeganiu o konserwacji predykcyjnej, gdzie zautomatyzowane decyzje logiczne opieraj\u0105 si\u0119 na precyzyjnych progach fizycznych.<\/li>\n<\/ul>\n
Architektury sensor\u00f3w: mikrobolometry niech\u0142odzone<\/h2>\n
Systemy obrazowania termowizyjnego w podczerwieni dziel\u0105 si\u0119 zasadniczo na dwie g\u0142\u00f3wne klasyfikacje in\u017cynieryjne: detektory fotonowe ch\u0142odzone i detektory termiczne niech\u0142odzone. Systemy ch\u0142odzone zazwyczaj wykorzystuj\u0105 materia\u0142y p\u00f3\u0142przewodnikowe o w\u0105skiej przerwie energetycznej, takie jak antymonek indu (InSb) lub tellurek kadmu i rt\u0119ci (MCT), pracuj\u0105ce w zakresie \u015bredniej podczerwieni (MWIR, 3,0 do 5,0 \u00b5m). Detektory te wymagaj\u0105 zintegrowanych krioch\u0142odziarek (takich jak silniki Stirlinga o obiegu zamkni\u0119tym), aby sch\u0142odzi\u0107 matryc\u0119 ogniskow\u0105 do temperatur kriogenicznych (oko\u0142o 77 kelwin\u00f3w \/ -196\u00b0C) w celu st\u0142umienia termicznie generowanych pr\u0105d\u00f3w ciemnych. Chocia\u017c systemy ch\u0142odzone oferuj\u0105 niezwyk\u0142\u0105 czu\u0142o\u015b\u0107 i bardzo wysokie szybko\u015bci przechwytywania klatek, ich ogromny koszt, du\u017ce gabaryty, wysoki pob\u00f3r mocy (cz\u0119sto od 10 W do 50 W) oraz ograniczona \u017cywotno\u015b\u0107 mechaniczna krioch\u0142odziarek sprawiaj\u0105, \u017ce nie nadaj\u0105 si\u0119 one do kosztowoczu\u0142ej integracji komercyjnej, kompaktowych \u0142adunk\u00f3w dron\u00f3w oraz d\u0142ugoterminowego monitorowania bezobs\u0142ugowego.<\/p>\n
Natomiast nowoczesne komercyjne i przemys\u0142owe systemy LWIR opieraj\u0105 si\u0119 na niech\u0142odzonych matrycach ogniskowych mikrobolometr\u00f3w (FPA). Niech\u0142odzony mikrobolometr sk\u0142ada si\u0119 z dwuwymiarowej siatki mikroskopijnych pikseli detektora wytworzonych bezpo\u015brednio na krzemowym uk\u0142adzie scalonym odczytu (ROIC) za pomoc\u0105 technik MEMS (uk\u0142ad\u00f3w mikroelektromechanicznych) mikromaszynowania powierzchniowego. Ka\u017cdy pojedynczy piksel posiada cienk\u0105 membran\u0119 absorpcyjn\u0105 zawieszon\u0105 nad pod\u0142o\u017cem krzemowym za pomoc\u0105 mikromaszynowych mostk\u00f3w lub n\u00f3\u017cek izolacji termicznej. Ta zawieszona architektura tworzy izolowan\u0105 mas\u0119 termiczn\u0105 o wyj\u0105tkowo wysokiej rezystancji termicznej (R_th) wzgl\u0119dem pod\u0142o\u017ca, zamkni\u0119t\u0105 w sta\u0142ej pr\u00f3\u017cniowej obudowie na poziomie wafla (WLP), aby wyeliminowa\u0107 konwekcyjne rozpraszanie ciep\u0142a.<\/p>\n
Gdy padaj\u0105ce promieniowanie d\u0142ugofalowe podczerwieni uderza w membran\u0119 piksela mikrobolometru, materia\u0142 absorpcyjny wychwytuje strumie\u0144 foton\u00f3w, podnosz\u0105c temperatur\u0119 zawieszonej membrany. Ta lokalna zmiana temperatury bezpo\u015brednio zmienia rezystancj\u0119 elektryczn\u0105 cienkowarstwowego materia\u0142u termistorowego osadzonego w strukturze membrany. Szybko\u015b\u0107 tej zmiany rezystancji wzgl\u0119dem temperatury jest definiowana jako temperaturowy wsp\u00f3\u0142czynnik rezystancji (TCR), oznaczany jako \u03b1:<\/p>\n
\n \u03b1 = (1 \/ R) \u00b7 (dR \/ dT)\n<\/p>\n
Podstawowy uk\u0142ad ROIC przyk\u0142ada stabilizowane napi\u0119cie polaryzacji lub pr\u0105d do matrycy pikseli, sekwencyjnie mierz\u0105c wynikaj\u0105ce zmiany napi\u0119cia lub pr\u0105du kolumna po kolumnie i wiersz po wierszu. Te sygna\u0142y analogowe s\u0105 nast\u0119pnie digitalizowane za pomoc\u0105 wysokorozdzielczych wbudowanych przetwornik\u00f3w analogowo-cyfrowych (ADC), generuj\u0105c surowe 14-bitowe lub 16-bitowe warto\u015bci radiometryczne dla ka\u017cdego cyklu klatki.<\/p>\n
Wydajno\u015b\u0107 niech\u0142odzonej matrycy FPA mikrobolometru jest w du\u017cej mierze determinowana sk\u0142adem chemicznym cienkiej warstwy termistora. Na rynku przemys\u0142owych kamer termowizyjnych dominuj\u0105 dwie g\u0142\u00f3wne technologie materia\u0142owe: tlenek wanadu (VOx) i krzem amorficzny (a-Si).<\/p>\n
Fizyka termowizji: promieniowanie, emisyjno\u015b\u0107 i radiometria<\/h2>\n
Kamera termowizyjna dzia\u0142a na zasadniczo innych zasadach fizycznych ni\u017c systemy obrazowania \u015bwiat\u0142a widzialnego. Podczas gdy standardowe czujniki z urz\u0105dzeniami ze sprz\u0119\u017ceniem \u0142adunkowym (CCD) i komplementarnymi p\u00f3\u0142przewodnikami tlenkowo-metalowymi (CMOS) rejestruj\u0105 odbite widzialne promieniowanie elektromagnetyczne w w\u0105skim pa\u015bmie od 0,38 do 0,75 mikrometra (\u00b5m), czujniki termiczne wykrywaj\u0105 emitowane promieniowanie w ca\u0142ym spektrum podczerwieni. Ta emitowana energia podlega fundamentalnym prawom termodynamiki, przede wszystkim prawu promieniowania Plancka, prawu przesuni\u0119\u0107 Wiena i prawu Stefana-Boltzmanna.<\/p>\n
Ca\u0142kowita emitancja promienista z idealnej powierzchni cia\u0142a doskonale czarnego we wszystkich d\u0142ugo\u015bciach fal jest wyra\u017cona matematycznie prawem Stefana-Boltzmanna:<\/p>\n
\n W = \u03b5 \u00b7 \u03c3 \u00b7 T4<\/sup>\n<\/p>\n Gdzie W<\/em> oznacza ca\u0142kowit\u0105 p\u00f3\u0142sferyczn\u0105 emitancj\u0119 promienist\u0105 w watach na metr kwadratowy (W\/m\u00b2), \u03b5<\/em> to emisyjno\u015b\u0107 powierzchniowa obserwowanego materia\u0142u, \u03c3<\/em> to sta\u0142a Stefana-Boltzmanna (oko\u0142o 5,670 \u00d7 10\u207b\u2078 W\/(m\u00b2\u00b7K\u2074)), a T<\/em> to bezwzgl\u0119dna temperatura termodynamiczna obiektu wyra\u017cona w kelwinach (K). Poniewa\u017c emitowana energia promienista skaluje si\u0119 z czwart\u0105 pot\u0119g\u0105 temperatury bezwzgl\u0119dnej, nawet subtelne zmiany temperatury powierzchni powoduj\u0105 mierzalne przesuni\u0119cia ca\u0142kowitego emitowanego strumienia foton\u00f3w.<\/p>\n W monitoringu przemys\u0142owym, robotyce naziemnej i inspekcjach lotniczych ukierunkowanych na warunki pracy otoczenia w zakresie od -40\u00b0C do +500\u00b0C (-40\u00b0F do +932\u00b0F), rozk\u0142ad widmowy Plancka pokazuje, \u017ce szczytowa emisja promieniowania znajduje si\u0119 w atmosferycznym oknie transmisji d\u0142ugofalowej podczerwieni (LWIR), obejmuj\u0105cym zakres od 8,0 do 14,0 \u00b5m. Prawo przesuni\u0119\u0107 Wiena potwierdza, \u017ce cia\u0142o doskonale czarne w nominalnej temperaturze pokojowej (300 kelwin\u00f3w) emituje szczytow\u0105 emitancj\u0119 widmow\u0105 przy oko\u0142o 9,66 \u00b5m. W tym konkretnym pa\u015bmie widmowym t\u0142umienie atmosferyczne spowodowane przez cz\u0105steczki pary wodnej (H\u2082O) i dwutlenku w\u0119gla (CO\u2082) poch\u0142aniaj\u0105ce promieniowanie jest zminimalizowane. To niskie t\u0142umienie atmosferyczne pozwala niech\u0142odzonym czujnikom termicznym wykrywa\u0107 wyra\u017ane sygnatury cieplne w otwartym powietrzu bez konieczno\u015bci stosowania aktywnego zewn\u0119trznego o\u015bwietlenia podczerwonego.<\/p>\n G\u0142\u00f3wnym wyzwaniem w termografii ilo\u015bciowej jest odbieganie rzeczywistych materia\u0142\u00f3w od teoretycznych cia\u0142 doskonale czarnych. Cia\u0142o doskonale czarne poch\u0142ania ca\u0142e padaj\u0105ce promieniowanie i ponownie je emituje z doskona\u0142\u0105 skuteczno\u015bci\u0105 (\u03b5 = 1,0). Rzeczywiste obiekty s\u0105 klasyfikowane jako \"cia\u0142a szare\" lub emitery selektywne, zgodnie z prawem promieniowania cieplnego Kirchhoffa:<\/p>\n \n \u03b5 + \u03c1 + \u03c4 = 1\n<\/p>\n W tej zale\u017cno\u015bci, \u03b5<\/em> oznacza emisyjno\u015b\u0107, \u03c1<\/em> oznacza refleksyjno\u015b\u0107, a \u03c4<\/em> oznacza przepuszczalno\u015b\u0107. W wi\u0119kszo\u015bci praktycznych scenariuszy inspekcji przemys\u0142owej obiekty b\u0119d\u0105ce przedmiotem zainteresowania \u2014 takie jak malowane obudowy maszyn, obudowy silnik\u00f3w elektrycznych, izolowane ruroci\u0105gi i grunt konstrukcyjny \u2014 s\u0105 ca\u0142kowicie nieprzepuszczalne dla promieniowania LWIR, co oznacza, \u017ce przepuszczalno\u015b\u0107 \u03c4<\/em> wynosi zero. W rezultacie r\u00f3wnanie zachowania upraszcza si\u0119 bezpo\u015brednio do postaci:<\/p>\n \n \u03b5 + \u03c1 = 1\n<\/p>\n Ta zale\u017cno\u015b\u0107 termodynamiczna niesie ze sob\u0105 istotne implikacje in\u017cynieryjne. Obiekty o wysokiej emisyjno\u015bci (takie jak niematowa ta\u015bma elektryczna, matowa czarna farba, anodowane aluminium i ludzka sk\u00f3ra; gdzie \u03b5 mie\u015bci si\u0119 w zakresie od 0,92 do 0,98) emituj\u0105 strumie\u0144 podczerwieni wprost proporcjonalnie do ich kinetycznej temperatury powierzchni. Z kolei powierzchnie o niskiej emisyjno\u015bci i silnie zwierciadlane (takie jak nieutlenione, go\u0142e \u015bcie\u017cki miedziane na p\u0142ytkach drukowanych, obrabiane maszynowo radiatory aluminiowe lub polerowane ruroci\u0105gi ze stali nierdzewnej; gdzie \u03b5 cz\u0119sto wynosi poni\u017cej 0,15) emituj\u0105 bardzo ma\u0142o w\u0142asnej energii cieplnej. Zamiast tego dzia\u0142aj\u0105 jak lustra podczerwieni, odbijaj\u0105c otaczaj\u0105ce promieniowanie t\u0142a do obiektywu detektora.<\/p>\n Je\u015bli nieskalibrowana kamera termowizyjna dokonuje inspekcji polerowanej powierzchni metalowej bez kompensacji odbitej temperatury otoczenia (T_refl) i rzeczywistej emisyjno\u015bci obiektu, wynikowy obraz b\u0119dzie przedstawia\u0142 odbicie termiczne otaczaj\u0105cego pomieszczenia lub operatora, a nie rzeczywisty stan termodynamiczny komponentu. Przemys\u0142owe silniki termograficzne uwzgl\u0119dniaj\u0105 to, wykorzystuj\u0105c wieloparametrowe potoki radiometrycznych solver\u00f3w. Solvery te przeliczaj\u0105 warto\u015bci temperatury w ca\u0142ej macierzy pikseli, uwzgl\u0119dniaj\u0105c emisyjno\u015b\u0107 obiektu, odbicie t\u0142a, temperatur\u0119 atmosfery otoczenia, wilgotno\u015b\u0107 wzgl\u0119dn\u0105 oraz fizyczn\u0105 odleg\u0142o\u015b\u0107 mi\u0119dzy obiektem a obiektywem.<\/p>\n Architekci system\u00f3w musz\u0105 r\u00f3wnie\u017c zachowa\u0107 wyra\u017ane rozr\u00f3\u017cnienie mi\u0119dzy termografi\u0105 jako\u015bciow\u0105 a radiometri\u0105 ilo\u015bciow\u0105:<\/p>\n Systemy obrazowania termowizyjnego w podczerwieni dziel\u0105 si\u0119 zasadniczo na dwie g\u0142\u00f3wne klasyfikacje in\u017cynieryjne: detektory fotonowe ch\u0142odzone i detektory termiczne niech\u0142odzone. Systemy ch\u0142odzone zazwyczaj wykorzystuj\u0105 materia\u0142y p\u00f3\u0142przewodnikowe o w\u0105skiej przerwie energetycznej, takie jak antymonek indu (InSb) lub tellurek kadmu i rt\u0119ci (MCT), pracuj\u0105ce w zakresie \u015bredniej podczerwieni (MWIR, 3,0 do 5,0 \u00b5m). Detektory te wymagaj\u0105 zintegrowanych krioch\u0142odziarek (takich jak silniki Stirlinga o obiegu zamkni\u0119tym), aby sch\u0142odzi\u0107 matryc\u0119 ogniskow\u0105 do temperatur kriogenicznych (oko\u0142o 77 kelwin\u00f3w \/ -196\u00b0C) w celu st\u0142umienia termicznie generowanych pr\u0105d\u00f3w ciemnych. Chocia\u017c systemy ch\u0142odzone oferuj\u0105 niezwyk\u0142\u0105 czu\u0142o\u015b\u0107 i bardzo wysokie szybko\u015bci przechwytywania klatek, ich ogromny koszt, du\u017ce gabaryty, wysoki pob\u00f3r mocy (cz\u0119sto od 10 W do 50 W) oraz ograniczona \u017cywotno\u015b\u0107 mechaniczna krioch\u0142odziarek sprawiaj\u0105, \u017ce nie nadaj\u0105 si\u0119 one do kosztowoczu\u0142ej integracji komercyjnej, kompaktowych \u0142adunk\u00f3w dron\u00f3w oraz d\u0142ugoterminowego monitorowania bezobs\u0142ugowego.<\/p>\n Natomiast nowoczesne komercyjne i przemys\u0142owe systemy LWIR opieraj\u0105 si\u0119 na niech\u0142odzonych matrycach ogniskowych mikrobolometr\u00f3w (FPA). Niech\u0142odzony mikrobolometr sk\u0142ada si\u0119 z dwuwymiarowej siatki mikroskopijnych pikseli detektora wytworzonych bezpo\u015brednio na krzemowym uk\u0142adzie scalonym odczytu (ROIC) za pomoc\u0105 technik MEMS (uk\u0142ad\u00f3w mikroelektromechanicznych) mikromaszynowania powierzchniowego. Ka\u017cdy pojedynczy piksel posiada cienk\u0105 membran\u0119 absorpcyjn\u0105 zawieszon\u0105 nad pod\u0142o\u017cem krzemowym za pomoc\u0105 mikromaszynowych mostk\u00f3w lub n\u00f3\u017cek izolacji termicznej. Ta zawieszona architektura tworzy izolowan\u0105 mas\u0119 termiczn\u0105 o wyj\u0105tkowo wysokiej rezystancji termicznej (R_th) wzgl\u0119dem pod\u0142o\u017ca, zamkni\u0119t\u0105 w sta\u0142ej pr\u00f3\u017cniowej obudowie na poziomie wafla (WLP), aby wyeliminowa\u0107 konwekcyjne rozpraszanie ciep\u0142a.<\/p>\n Gdy padaj\u0105ce promieniowanie d\u0142ugofalowe podczerwieni uderza w membran\u0119 piksela mikrobolometru, materia\u0142 absorpcyjny wychwytuje strumie\u0144 foton\u00f3w, podnosz\u0105c temperatur\u0119 zawieszonej membrany. Ta lokalna zmiana temperatury bezpo\u015brednio zmienia rezystancj\u0119 elektryczn\u0105 cienkowarstwowego materia\u0142u termistorowego osadzonego w strukturze membrany. Szybko\u015b\u0107 tej zmiany rezystancji wzgl\u0119dem temperatury jest definiowana jako temperaturowy wsp\u00f3\u0142czynnik rezystancji (TCR), oznaczany jako \u03b1:<\/p>\n \n \u03b1 = (1 \/ R) \u00b7 (dR \/ dT)\n<\/p>\n Podstawowy uk\u0142ad ROIC przyk\u0142ada stabilizowane napi\u0119cie polaryzacji lub pr\u0105d do matrycy pikseli, sekwencyjnie mierz\u0105c wynikaj\u0105ce zmiany napi\u0119cia lub pr\u0105du kolumna po kolumnie i wiersz po wierszu. Te sygna\u0142y analogowe s\u0105 nast\u0119pnie digitalizowane za pomoc\u0105 wysokorozdzielczych wbudowanych przetwornik\u00f3w analogowo-cyfrowych (ADC), generuj\u0105c surowe 14-bitowe lub 16-bitowe warto\u015bci radiometryczne dla ka\u017cdego cyklu klatki.<\/p>\n Wydajno\u015b\u0107 niech\u0142odzonej matrycy FPA mikrobolometru jest w du\u017cej mierze determinowana sk\u0142adem chemicznym cienkiej warstwy termistora. Na rynku przemys\u0142owych kamer termowizyjnych dominuj\u0105 dwie g\u0142\u00f3wne technologie materia\u0142owe: tlenek wanadu (VOx) i krzem amorficzny (a-Si).<\/p>\n
\n OBRAZOWANIE TERMICZNE W CZASIE RZECZYWISTYM<\/a>\n<\/div>\n\n
Architektury sensor\u00f3w: mikrobolometry niech\u0142odzone<\/h2>\n
![\"Niesch\u0142adzany](\"https:\/\/www.thermal-image.com\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/Mini-256-Uncooled-LWIR-thermal-Camera-Module.jpg\")
<\/p>\n![\"Niech\u0142odzony](\"https:\/\/www.thermal-image.com\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/Hand-Holding-Mini-640-Uncooled-LWIR-thermal-Camera-Module-.jpg\")
<\/p>\n