اصل کار یک دوربین حرارتی مینی چیست؟
بهعنوان تامینکننده دوربینهای حرارتی کوچک، اغلب در مورد اصل کار پشت این دستگاههای قابل توجه سؤال میشود. دوربین های حرارتی مینی به دلیل اندازه جمع و جور، قابل حمل بودن و قابلیت های تصویربرداری با کارایی بالا، محبوبیت قابل توجهی در صنایع مختلف به دست آورده اند. در این وبلاگ، من به علم و فناوری که باعث کارکرد این دوربین ها می شود می پردازم.
مبانی تصویربرداری حرارتی
تصویربرداری حرارتی بر این اصل استوار است که تمام اجسام بالای صفر مطلق (273.15- درجه سانتیگراد یا 0 K) تابش مادون قرمز (IR) ساطع می کنند. این تشعشع برای چشم انسان نامرئی است اما توسط دوربین های حرارتی قابل تشخیص و اندازه گیری است. میزان تابش مادون قرمز ساطع شده از یک جسم با دمای آن رابطه مستقیم دارد. هر چه جسم گرمتر باشد، تشعشعات مادون قرمز بیشتری ساطع می کند.
اجزای یک دوربین مینی حرارتی
یک مینی دوربین حرارتی معمولی از چندین جزء کلیدی تشکیل شده است:
- لنز مادون قرمز: لنز مادون قرمز برای تمرکز تابش مادون قرمز ساطع شده از اجسام بر روی آشکارساز طراحی شده است. درست مانند یک لنز دوربین معمولی که نور مرئی را متمرکز می کند، لنز مادون قرمز برای طیف مادون قرمز بهینه شده است. باید از موادی ساخته شود که نسبت به طول موج های مادون قرمز شفاف هستند، مانند ژرمانیوم یا سلنید روی.
- آشکارساز مادون قرمز: آشکارساز قلب دوربین حرارتی است. تابش مادون قرمز ورودی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. دو نوع اصلی از آشکارسازهای مادون قرمز مورد استفاده در دوربین های حرارتی وجود دارد: آشکارسازهای خنک نشده و ردیاب های خنک شده.
- آشکارسازهای خنک نشده: این دوربین ها به دلیل هزینه کمتر، اندازه کوچکتر و مصرف برق کمتر در دوربین های مینی حرارتی رایج تر هستند. آشکارسازهای خنک نشده بر اساس اصل میکروبولومترها کار می کنند. میکروبولومترها از مقاومت های ریز و حساس به گرما ساخته شده اند. هنگامی که اشعه مادون قرمز به میکروبولومتر برخورد می کند، دمای آن تغییر می کند که به نوبه خود مقاومت الکتریکی آن را تغییر می دهد. سپس این تغییر مقاومت اندازه گیری شده و به سیگنال دیجیتال تبدیل می شود.
- آشکارسازهای خنک شده:دوربین IR خنک کننده،هسته های حرارتی خنک شده، وهسته دوربین مادون قرمز خنک شدهاز آشکارسازهایی استفاده کنید که تا دمای بسیار پایین خنک می شوند، معمولاً با خنک کننده های برودتی. این امر نویز حرارتی در آشکارساز را کاهش می دهد و به آن اجازه می دهد تا تفاوت های بسیار کوچک در تابش مادون قرمز را تشخیص دهد و در نتیجه حساسیت بالاتر و کیفیت تصویر بهتر را ارائه دهد. با این حال، آشکارسازهای خنکشده گرانتر، بزرگتر هستند و انرژی بیشتری مصرف میکنند.
- واحد پردازش سیگنال: هنگامی که آشکارساز تابش مادون قرمز را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند، واحد پردازش سیگنال کار را به عهده می گیرد. این سیگنال را تقویت، فیلتر و دیجیتالی می کند. واحد پردازش همچنین الگوریتم های مختلفی را برای بهبود کیفیت تصویر اعمال می کند، مانند کاهش نویز، تنظیم کنتراست و نقشه برداری رنگ نادرست.
- نمایش: سیگنال دیجیتال پردازش شده سپس به نمایشگر ارسال می شود که می تواند صفحه نمایش LCD یا OLED باشد. نمایشگر تصویر حرارتی را معمولاً با رنگ های مختلف نشان دهنده دماهای مختلف به کاربر نشان می دهد. برای مثال، اجسام گرمتر ممکن است به رنگ قرمز یا زرد نشان داده شوند، در حالی که اجسام سردتر ممکن است به رنگ آبی یا سبز نشان داده شوند.
فرآیند کار یک دوربین حرارتی کوچک
- مجموعه اشعه مادون قرمز: هنگامی که دوربین حرارتی کوچک به سمت یک شی یا یک صحنه نشانه می رود، لنز مادون قرمز تابش مادون قرمز ساطع شده از اجسام در میدان دید را جمع آوری می کند. لنز این تابش را بر روی آشکارساز متمرکز می کند و اطمینان حاصل می کند که می توان یک تصویر واضح و متمرکز بر روی سطح آشکارساز ایجاد کرد.
- تشخیص و تبدیل: همانطور که قبلا ذکر شد، آشکارساز تابش مادون قرمز را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. در مورد یک آشکارساز مبتنی بر میکروبولومتر خنک نشده، گرمای تابش مادون قرمز باعث تغییر در مقاومت الکتریکی عناصر میکروبولومتر می شود. این تغییر مقاومت توسط مدار آشکارساز اندازه گیری می شود و به سیگنال ولتاژ یا جریان تبدیل می شود.
- پردازش سیگنال: سپس سیگنال الکتریکی آشکارساز به واحد پردازش سیگنال ارسال می شود. در اینجا، سیگنال ابتدا برای افزایش قدرت آن تقویت می شود. در مرحله بعد، فیلتر می شود تا هرگونه نویز یا تداخل را حذف کند. سیگنال پردازش شده سپس دیجیتالی می شود، به این معنی که به یک سری اعداد تبدیل می شود که نشان دهنده شدت تابش مادون قرمز در هر نقطه از آشکارساز است.
- شکل گیری و نمایش تصویر: سیگنال دیجیتالی شده برای ایجاد یک تصویر حرارتی استفاده می شود. واحد پردازش سیگنال مقادیر دیجیتال را به یک مقیاس رنگی مانند رنگین کمان یا مقیاس خاکستری ترسیم می کند. هر پیکسل در تصویر مربوط به یک منطقه خاص در آشکارساز است و نشان دهنده دمای جسم در آن ناحیه است. سپس تصویر حرارتی نهایی روی صفحه دوربین نمایش داده می شود و به کاربر این امکان را می دهد که توزیع دما را در صحنه تجسم کند.
کاربردهای مینی دوربین های حرارتی
توانایی تشخیص و تجسم تفاوتهای دما، دوربینهای حرارتی کوچک را در طیف وسیعی از کاربردها مفید میسازد:
- بازرسی صنعتی: در ساخت و نگهداری، مینی دوربین های حرارتی را می توان برای تشخیص اجزای گرمای بیش از حد در سیستم های الکتریکی، شناسایی نقاط داغ در تجهیزات مکانیکی و نظارت بر توزیع دما در فرآیندهای صنعتی استفاده کرد.
- بازرسی ساختمان: آنها می توانند با نشان دادن تغییرات دما در سطوح ساختمان به تشخیص کمبودهای عایق، نشت آب و مشکلات الکتریکی در ساختمان ها کمک کنند.
- امنیت و نظارت: دوربین های حرارتی تحت تأثیر شرایط نور کم قرار نمی گیرند و آنها را برای برنامه های امنیتی و نظارتی ایده آل می کند. آنها می توانند حضور افراد یا حیوانات را حتی در تاریکی کامل تشخیص دهند و امنیت بیشتری را فراهم کنند.
- کاربردهای پزشکی: در زمینه پزشکی، مینی دوربین های حرارتی را می توان برای تشخیص زودهنگام التهاب، اختلالات جریان خون و سایر شرایط بهداشتی با تشخیص تغییرات دمایی بدن انسان استفاده کرد.
نتیجه گیری
دوربین های حرارتی مینی دستگاه های قابل توجهی هستند که اپتیک پیشرفته، فناوری تشخیص مادون قرمز و پردازش سیگنال را ترکیب می کنند تا بینش ارزشمندی را در مورد دنیای نامرئی گرما ارائه دهند. درک اصل کار آنها برای کاربران برای استفاده حداکثری از این دوربین ها در برنامه های مربوطه بسیار مهم است.
اگر علاقه مند به خرید دوربین های حرارتی کوچک برای نیازهای خاص خود هستید، من شما را تشویق می کنم تا برای یک بحث مفصل صحبت کنید. ما میتوانیم بهترین راهحلهایی را که با نیازهای شما از نظر عملکرد، ویژگیها و بودجه مطابقت دارد، بررسی کنیم. چه برای مصارف صنعتی، تجاری یا شخصی به دوربین نیاز داشته باشید، ما طیف وسیعی از محصولات را برای پاسخگویی به خواسته های شما داریم.
مراجع
- شوبرت، ای اف (2006). دیودهای ساطع کننده نور انتشارات دانشگاه کمبریج
- روگالسکی، ا. (2011). آشکارسازهای مادون قرمز: اصول و کاربردها مطبوعات CRC.
