مبادئ التصوير MWIR

1. أساسيات التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء

يشير التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء عادةً إلى تصوير MWIR عند 3-5 ميكرومتر وتصوير LWIR عند 8-12 ميكرومتر. في هذه النطاقات الموجية، يكون التركيز على مصدر الحرارة، وليس الضوء المرئي. التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء له العديد من التطبيقات المختلفة، مثل الاختبارات غير المدمرة، أو التقاط النقاط الساخنة للمعدات أو مواقع فقدان الحرارة في المباني بواسطة كاميرات الأشعة تحت الحمراء، ويمكن قياس الاختلافات في درجة حرارة الأسطح المحلية في المجال الطبي، والبحث عن التسرب الحراري نقاط في أنظمة التبريد لمحطات الطاقة النووية بسرعة، وحماية السلامة، وما إلى ذلك.

العين البشرية حساسة لنطاقات تتراوح من 0.4 إلى 0.7 ميكرومتر ولا يمكنها رؤية الطاقة الحرارية بأطوال موجية أطول. لتسجيل هذه الطاقة، يلزم وجود أجهزة استشعار أو أجهزة استشعار خاصة، كما يجب على نظام التصوير البصري أيضًا نقل هذه الأطوال الموجية للضوء بكفاءة.

معظم الزجاج البصري له طول موجة إرسال لا يزيد عن 2.5 ميكرومتر. يصل الطول الموجي للإرسال لبعض الزجاج الخاص إلى 4.5 ميكرومتر، ويصل الطول الموجي للإرسال للكوارتز المنصهر إلى 4 ميكرومتر. ولذلك تعتبر مواد نقل الأشعة تحت الحمراء محورية، ولكن اختيارها محدود للغاية، وهناك مشاكل أخرى.

2. خصائص النظام البصري للتصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء

(1) تجميع زجاجة ديوار، والحجاب الحاجز للضوء البارد، والدرع البارد

عندما تراقب الأنظمة الحرارية مصادر الحرارة، تستخدم معظم الأنظمة الحرارية كاشفات التبريد المبردة لضمان عمل الكاشفات عند درجات حرارة منخفضة لتحقيق أقصى قدر من الحساسية.

إذا تمكنت هذه الكاشفات من اكتشاف طاقة حرارية أخرى غير المشهد المرصود، فسيتم تقليل الحساسية. بالإضافة إلى ذلك، إذا كان حجم طاقة غير المشهد يختلف باختلاف مجال الرؤية، فعادةً ما ترى صورة المشهد مشوهة.

للحصول على أقصى قدر من الحساسية وتجنب تشويه الصورة، يتم تبريد PFA بالأشعة تحت الحمراء في درجات حرارة منخفضة ويتم تثبيتها في مجموعة زجاجات ديوار عازلة.

زجاجة ديوار عبارة عن زجاجة ذات جدران مزدوجة الطبقات وفراغ، ويجب أن تنقل النافذة الواردة الأشعة تحت الحمراء، وتلامس الإصبع البارد مع نهاية FPA للحفاظ على FPA في درجة حرارة منخفضة. الإصبع البارد عبارة عن قضيب عقلي مصنوع من الحديد أو الفولاذ ذو حرارة نوعية عالية، ويحيط به أنابيب ويتم ضخ النيتروجين السائل من الأنابيب. تسمح هذه الدورة بتبريد نهاية FPA.

(2) كفاءة الحجاب الحاجز للضوء البارد

إذا كان الكاشف قادرًا فقط على اكتشاف أو تسجيل الطاقة من مكان الحادث، فيقال إن نظام الأشعة تحت الحمراء يتمتع بكفاءة غشاء الضوء البارد بنسبة 100%. إذا كانت كفاءة حاجز الضوء البارد 100%، فإن الكاشف يسجل كلا من طاقة مخروط الضوء من الطاقة التي تمثل المشهد والطاقة من حاجز التبريد ذو درجة الحرارة المنخفضة. يُطلق على الحاجز اسم الحجاب الحاجز للضوء البارد، وليس له إشعاع طاقة خاص به. لكل بكسل في FPA، يتمتع النظام بكفاءة غشاء الضوء البارد بنسبة 100% إذا تم اكتشاف جزء صغير فقط من الطاقة، بما في ذلك زاوية الاستريو لضوء التصوير والحاجز الحراري لحجاب الضوء البارد.

إذا تم تركيب الكاشف في مجموعة زجاجة ديوار لا تتمتع بكفاءة غشاء الضوء البارد بنسبة 100%، فيمكن للكاشف ملاحظة زاوية الاستريو التي تمثل المشهد، والتي لا تأتي من المشهد، ولكن من جزء من النظام. يشبه هذا الجزء من الطاقة غير المشهدية الضوضاء الموجودة في النظام البصري المرئي. إذا كان هذا الجزء من الطاقة غير المشهدية "ساخنًا"، فإن حساسية الكاشف ستكون أقل من قيمتها الاسمية. ومع ذلك، إذا حدث تغيير في السعة لهذا الجزء من الطاقة غير المشهدية ضمن نطاق FPA أو أثناء عملية المسح، فسوف تتشوه الصورة، وهو ما يشبه صورة الشبح في نظام الضوء المرئي التقليدي.