制冷式与非制冷式红外热像仪 菲力尔FLIR

非制冷式红外热像仪 非制冷式红外红外热像仪是一款其中 配备的成像探测器无需低温制冷的红 外热像仪。常见的探测器设计基于热 释电探测器，这是一种拥有较大温度 测量系数的小型氧化钒电阻，表面积 较大、热容量低，以及热绝缘效果 佳。场景温度变化会导致红外探测器 温度变化，从而将转化为电信号，并 经过处理产生图像。非制冷式探测器 用在长波红外(LWIR)波段中，与地面 温度类似的目标在该波段中放射出的 红外热能最多。相比制冷式探测器， 非制冷式探测器的制造步骤更少，产 率更高，真空包装成本更低，而且非 制冷式红外热像仪无需极其高昂的低 温制冷机设备。非制冷式红外热像仪 配有较少的活动部件，在类似的工作 条件下，其往往较制冷式红外热像仪 具有更长的使用寿命。
制冷式红外热像仪 先进的制冷式红外热像仪配有集成低 温制冷机的成像探测器。
这是一款可将探测器温度降低至制冷 温度的设备。为了将热噪声降至场景 成像信号水平之下，探测器温度的下 降必不可少。
制冷式红外热像仪是最敏感型红外热 像仪，可探测物体间最细微的温差。 它们工作在光谱中波红外(MWIR)波段 和长波红外(LWIR)波段波段，因为从 物理学角度来讲在这些波段热对比度 较高。热对比度是指信号变化相对于 目标温度变化。热对比度越高，就越 容易探测那些目标温度与背景差异不 大的场景。
用于研发应用的制冷式红外热像仪 非制冷式红外热像仪展现的优势带来了两 难的问题：研发/科学应用最好什么时候 使用制冷式红外热像仪？答案是：取决于 应用需求。
如果你想要发现微小的温差变化，需要 最优的图像质量，拍摄快速移动或发热 目标；如果你需要看清热变化过程，或 者测量极小目标的温度；如果你希望在 非常明确的电磁波谱部位可见热对象； 抑或你希望将红外热像仪与其他测温设 备同步工作，制冷式红外热像仪则是你 的首选仪器。 速度 制冷式红外热像仪的成像速度快于非制 冷式红外热像仪。高速热像成像的曝光 时间可达到微秒，能够停止动态场景的 表观运动，并可捕获每秒62,000帧以上 的帧速率。其应用包括热分析和动态分 析喷气式发动机涡轮叶片、汽车轮胎或 安全气囊检测、超音速弹丸，以及爆炸 等。
FLIR中国公司总部 前视红外光电科技(上海)有限公司
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制冷式与非制冷式红外热像仪
多年来，科学家、研究人员和研发专家热衷于将红外热像仪运用于广泛的应用领 域中，包括工业研发、学术研究、无损检测(NDT)和材料检测，以及国防与航空 航天等。但是，并非所有打造的红外热像仪均具有同等的品质功能，或者可用于 一些专门的应用。譬如，如要获得精确的测量值，则需要配备高速定格动画功能 的先进红外热像仪。
非制冷式红外热像仪拍摄的电路板图像
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配备较多光学元件或较厚光学元件的 镜头可供使用，且不会降低信噪比， 从而实现更佳的放大性能。
灵敏度 通常，我们很难完全体会制冷式红外 热像仪优异的灵敏度产生的价值。相 比50mK热灵敏度的非制冷式红外热像 仪，你如何感觉到20mK热灵敏度的制 冷式红外热像仪的好处？为了有助于 说明这一点，我们进行了一次快速灵 敏度实验(见图3)。比较中，我们将手 放在墙上几秒，以产生热手印。
配备制冷式探测器的红外热像仪可在快速移动活动中产生 清晰的热图像。
科学/研发应用红外热像仪堪称功能强 大的无创性工具。借助一款此类红外 热像仪，你可以在设计阶段及早发现问 题，以便在发展成更为严重且维修代价 高昂的故障之前，将其记录在案并予以 纠正。
应用于研发环境的红外热像仪 红外热像仪会接收无法被人眼所察觉热 辐射，并将其转化为描绘某个目标物或 场景中热量变化的图像。所有温度高于 绝对零度的物体均会放射热能，热能由 某些波段的电磁波谱辐射出来，而且辐 射量会随着温度的上升而增加。
FLIR A6700sc是一款配备制冷锑化铟 (InSb) 探测器的 紧凑型红外热像仪，价格极为经济实惠。
FLIR红外热像仪可用于实时捕获和记 录热分布和热变化，有助于工程师和 研究人员看清并精确测量设备、产品 和工艺过程中的发热方式、热耗散、 热泄漏以及其他温度因素。其中部分 红外热像仪可区分细微至0.02˚C的温
度变化。它们均搭载了先进的探测技 术和高级数学算法，以实现高性能， 以及在-80˚C至+3000˚C之间精确测 温。研发用红外热像仪系列整合了极 高的成像性能和精确的测温功能，并 配备强大的分析报告工具和软件，从 而造就其成为范围广泛的研究、热试 验和产品验证应用的理想之选。
制冷式和非制冷式红外热像仪 研发/科学应用的红外热像仪系统拥有 大量选择。因此，我们经常听到这样 的问题：“我应该使用制冷式还是非制 冷式红外热像仪系统？
同步 精确的红外热像仪同步和触发功能使 红外热像仪成为高速、高热灵敏度 应用的理想之选。通过快照模式工 作，FLIR A6750sc能够同步捕捉热活 动中的所有像素。这对于监测快速移 动物体时尤其重要，在这种时候，标 准的非制冷式红外热像仪会使图像变 得模糊。 图5中的图像即是良好的示例。在该 例中，我们扔下一枚硬币，并通过传 感器触发红外热像仪拍摄图像。两次 抛扔相同硬币时，同时触发红外热像 仪，你每次都会看到物体处于相同的 位置。借助非制冷式红外探测器红外 热像仪，你根本无法捕获硬币，因为 其无法触发此类型探测器。如果不走 运的话，图像可能模糊不清。
图1
制冷式红外热像仪拍摄的转动轮胎图像
非制冷式红外热像仪拍摄的转动轮胎图像
模糊不清(图1下图)。此时，模糊不清 的图像无法进行精确测温。 空间分辨率 制冷式红外热像仪通常拥有比非制冷 式红外热像仪大得多的放大率，因为 它们检测较短的红外波长。由于制冷 式红外热像仪具有较高的灵敏特征，
图2
制冷式红外热像仪拍摄的电路板图像
带火焰光谱滤片的制冷 式红外热像仪拍摄的 图像
FLIR打造的红外热像仪 高性能A6750sc、A8300sc、SC6000、 SC7000、SC8000、X6000sc和 X8000sc制冷式红外热像仪在红外中波 和红外长波光谱波段中具有超快速、超 灵敏性能，而FLIR A6250sc则可在近 红外光谱波段中操作。这些红外热像仪 在富有挑战性的环境中提供卓越的测温 能力，可实现快速运动和热事件、较广 的测温范围、较小的振幅现象、多光谱 分析或对极小物体的评估。
哪种系统更具有成本效益？”事实上， 如今市场上售有两种类型的红外热 像仪系统：制冷式和非制冷式系统。 这两种类型的系统的组件成本大相径 庭，因而决定选择哪种系统则变得极 为重要。
FLIR T650sc 非制冷式研发用红外热像仪具有较高的分 辨率。高分辨率的图像可获得精确结果和可靠的测温 精确度。
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光谱滤波 制冷式红外热像仪最大的优势之一是 能够轻松进行光谱滤波，以便侦测细 节和测温，而这两点采用非制冷式红 外热像仪则难以做到。
在图4所示的第一个示例中，我们使用 了滤片，将其置于镜头后的滤片支架 内或者内置在杜瓦探测器组件内，以 便让火焰完整成像。过去，终端用户 希望测量和表征火焰内的煤颗粒的燃 烧现象。借助“看穿火焰”的光谱红外 滤片，我们对制冷式红外热像仪进行 了光谱波段滤波处理，在该波段中火 焰为穿透式，因而我们能够对煤颗粒 进行成像。第一张图为不带火焰滤片 拍摄的图像，我们看到的都是火焰本 身。第二张图为带火焰滤片拍摄的图 像，我们能够清晰地看清煤颗粒燃烧 情况。
前两张图为手移开后立即显示的情 况。第二行的两张图像显示了2分钟 后的手印热痕迹。制冷式红外热像仪 依旧能够看清大部分的手印热痕迹， 而非制冷式红外热像仪只显示部分保 留的手印。相较于非制冷式红外热像 仪，制冷式红外热像仪可清晰探测 更小的温差和保持物体痕迹更长的时 间。这意味着制冷式红外热像仪提供 更佳的目标细节，帮助你探测甚至最 微小的热异常。
图3
制冷式红外热像仪拍摄的手印在墙上的初始图像
非制冷式红外热像仪拍摄的手印在墙上的初始图像
Байду номын сангаас
制冷式红外热像仪拍摄的手印在墙上2分钟后的图像
非制冷式红外热像仪拍摄的手印在墙上2分钟后的图像
图4
图5
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两次抛扔相同硬币时，同时触发红外热像仪，你每次都会看到物体处于相同的位置。
不带火焰光谱滤片的制 冷式红外热像仪拍摄的 图像
FLIR还提供各种非制冷式红外热像仪， 包括入门级桌面实验套件和像FLIR T650sc一样的高端系统。专用镜头和 软件将让您的红外热像仪解决方案满足 特定的应用。如需了解您真正需要哪款 制冷式或非制冷式红外热像仪，敬请联 系您的FLIR销售代表。
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制冷式红外热像仪具有极快的响应速 度，并充分利用全局快门优势。这意味 着它们能够同时读出所有的像素，而 并非如非制冷式红外热像仪一样逐行读 取，从而使制冷式红外热像仪能够捕获 清晰的图像和对移动物体进行测温。
图1中的红外图像为轮胎在20mph转 速下的捕获结果比较。图1上图采用 制冷式红外热像仪拍摄。有人可能会 认为轮胎不在转动，但是这确实是制 冷式红外热像仪以极快捕捉速率拍摄 的结果，这种速率让轮胎的运动瞬间 停留。非制冷式红外热像仪的捕捉速 率太慢，因而导致无法捕捉转动的轮 胎，进而造成轮辐看起来是透明状且