على مر السنين، حرص العلماء والباحثون وخبراء البحث والتطوير على استخدام كاميرات التصوير الحراري في مجالات واسعة، تشمل البحث والتطوير الصناعي، والبحوث الأكاديمية، والاختبارات غير المتلفة، واختبار المواد، بالإضافة إلى مجالات الدفاع والفضاء.

مع ذلك، لا تتمتع جميع كاميرات التصوير الحراري بنفس الجودة، كما لا يمكن استخدامها في بعض المجالات المتخصصة. فعلى سبيل المثال، يتطلب القياس الدقيق كاميرات تصوير حراري متطورة مزودة بإمكانيات تصوير متحرك بتقنية الإيقاف عالي السرعة. ستتناول هذه الورقة البحثية طرق اختيار كاميرات التصوير الحراري المبردة وغير المبردة.

كاميرا تصوير حراري مبردة

تتميز كاميرات التصوير الحراري المبردة الحديثة بكواشف تصوير مزودة بمبردات تبريد فائقة. تعمل هذه الكاميرات على خفض درجة حرارة الكاشف إلى درجة حرارة التبريد. ولتقليل التشويش الحراري إلى ما دون مستوى إشارة تصوير المشهد، يُعد خفض درجة حرارة الكاشف ضروريًا.

تُعد كاميرات التصوير الحراري المبردة من أكثر كاميرات التصوير الحراري حساسية، حيث ترصد أدق الفروقات في درجات الحرارة بين الأجسام. تعمل هذه الكاميرات في نطاقي الأشعة تحت الحمراء متوسطة الموجة (MWIR) وطويلة الموجة (LWIR) من الطيف، حيث تكون الحساسية الحرارية أعلى من الناحية الفيزيائية. تشير الحساسية الحرارية إلى تغير الإشارة نسبةً إلى تغير درجة حرارة الهدف. كلما زادت الحساسية الحرارية، سهُل رصد المشاهد التي لا تختلف فيها درجة حرارة الهدف كثيرًا عن درجة حرارة الخلفية.

GMZ45055UA: تأتي العدسة مع معدات تبريد ديوار وحركة، مما يساعد على حل تأثير تغيرات درجة الحرارة المحيطة بشكل أفضل أثناء تشغيل المعدات.

كاميرات التصوير الحراري غير المبردة

كاميرا التصوير الحراري غير المبردة هي كاميرا تصوير حراري تعمل بالأشعة تحت الحمراء، حيث لا يحتاج كاشف التصوير فيها إلى تبريد فائق. تعتمد تصميمات الكواشف الشائعة على الكواشف الكهروحرارية، وهي عبارة عن مقاومات صغيرة من أكسيد الفاناديوم تتميز بمعامل قياس حراري عالٍ، ومساحة سطح كبيرة، وسعة حرارية منخفضة، وعزل حراري جيد. تؤدي التغيرات في درجة حرارة المشهد إلى تغير درجة حرارة كاشف الأشعة تحت الحمراء، والذي يُحوّل إلى إشارات كهربائية تُعالج لإنتاج الصور.

تُستخدم الكواشف غير المبردة في نطاق الأشعة تحت الحمراء ذات الموجة الطويلة (LWIR)، حيث تُصدر الأهداف ذات درجات حرارة الأرض المتشابهة أكبر قدر من حرارة الأشعة تحت الحمراء. بالمقارنة مع الكواشف المبردة، تتطلب الكواشف غير المبردة خطوات تصنيع أقل، وإنتاجية أعلى، وتكلفة تغليف فراغي أقل، كما أن كاميرات التصوير الحراري غير المبردة لا تتطلب معدات تبريد فائقة التكلفة. تحتوي كاميرات التصوير الحراري غير المبردة على أجزاء متحركة أقل، وتميل إلى أن يكون عمرها أطول من كاميرات التصوير الحراري المبردة في ظل ظروف التشغيل المماثلة.

ITH1212IP: تتميز وحدة التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء ITH1212IP بصغر حجمها، وانخفاض استهلاكها للطاقة، وقوة أدائها.

تُثير مزايا كاميرات التصوير الحراري غير المبردة تساؤلاً: متى يُفضل استخدام كاميرات التصوير الحراري المبردة في تطبيقات البحث والتطوير/التطبيقات العلمية؟ والإجابة هي: يعتمد ذلك على متطلبات التطبيق.

مثال للمقارنة:

إذا كنت ترغب في رصد اختلافات طفيفة في درجات الحرارة وتحتاج إلى جودة صورة عالية، أو تصوير أجسام سريعة الحركة أو ساخنة؛ أو إذا كنت بحاجة إلى رؤية التغيرات الحرارية بوضوح، أو قياس درجة حرارة أجسام صغيرة جدًا؛ أو إذا كنت ترغب في رؤية كيفية تغير درجة حرارة الأجسام في أجزاء محددة جيدًا من الطيف الكهرومغناطيسي؛ أو إذا كنت ترغب في مزامنة كاميرا التصوير الحراري مع معدات قياس درجة الحرارة الأخرى، فإن كاميرا التصوير الحراري المبردة هي الأداة المناسبة لك.

1. السرعة

تتميز كاميرات التصوير الحراري المبردة بقدرتها على التصوير بسرعة أكبر من كاميرات التصوير الحراري غير المبردة. إذ تصل سرعة التصوير الحراري عالي السرعة إلى أجزاء من الميكروثانية، مما يسمح بتجميد الحركة الظاهرية للمشاهد المتحركة، والتقاط صور بمعدل يزيد عن 62,000 إطار في الثانية. وتشمل تطبيقاتها التحليل الحراري والديناميكي لشفرات توربينات محركات الطائرات النفاثة، وفحص إطارات السيارات أو الوسائد الهوائية، ورصد المقذوفات الأسرع من الصوت، والانفجارات.

تتميز كاميرات التصوير الحراري المبردة باستجابتها الفائقة، وتستفيد استفادة كاملة من الغالق العالمي. وهذا يعني قدرتها على قراءة جميع البكسلات في آن واحد، بدلاً من قراءتها سطرًا سطرًا كما في الكاميرات غير المبردة، مما يُمكّنها من التقاط صور فائقة الوضوح وقياس درجة حرارة الأجسام المتحركة.

2. الدقة المكانية

تُظهر الصور الحرارية أدناه مقارنة بين التكبير القريب الذي يمكن تحقيقه باستخدام أنظمة التصوير الحراري المبردة وغير المبردة. التُقطت الصورة بالأشعة تحت الحمراء على اليسار باستخدام إعداد مُدمج يتضمن عدسة تركيز قريب 4x وكاميرا تصوير حراري مبردة بمسافة بكسل تبلغ 13 ميكرومترًا، وحجم بقعة يبلغ 3.5 ميكرومتر. أما الصورة بالأشعة تحت الحمراء على اليمين، فقد التُقطت باستخدام إعداد مُدمج يتضمن عدسة تركيز قريب 1x وكاميرا تصوير حراري غير مبردة بمسافة بكسل تبلغ 25 ميكرومترًا، وحجم بقعة يبلغ 25 ميكرومترًا.

بسبب قصر أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء المستخدمة في الاستشعار، تتمتع كاميرات التصوير الحراري المبردة بقدرات تكبير أعلى من كاميرات التصوير الحراري غير المبردة. ولأن كاميرات التصوير الحراري المبردة أكثر حساسية، يمكن استخدام عدسات ذات عناصر بصرية أكثر أو أكثر سمكًا دون التأثير سلبًا على نسبة الإشارة إلى الضوضاء، مما يُحسّن أداء التكبير.

3. الحساسية

غالباً ما لا تظهر فائدة تحسين حساسية كاميرات التصوير الحراري المبردة بشكل فوري. وللمقارنة بين مزايا الحساسية، أجرينا تجربة سريعة. أنشأنا صورة حرارية لبصمة اليد عن طريق الضغط بأيدينا على الحائط لبضع ثوانٍ للمقارنة.

تُظهر الصورتان الأوليان بصمة اليد لحظة رفعها. أما المجموعة الثانية من الصور فتُظهر البصمة الحرارية للبصمة بعد دقيقتين. تستطيع كاميرا التصوير الحراري المبردة التقاط معظم الخصائص الحرارية للبصمة، بينما لا تستطيع كاميرا التصوير الحراري غير المبردة التقاط سوى بعضها. من الواضح أن كاميرات التصوير الحراري المبردة قادرة على رصد فروق درجات الحرارة الدقيقة أكثر من كاميرات التصوير الحراري غير المبردة، كما أن مدة رصدها أطول. لذا، تُظهر كاميرات التصوير الحراري المبردة تفاصيل الجسم المراد قياسه بوضوح أكبر، وتساعد في رصد أدق التغيرات الحرارية.

4. الترشيح الطيفي

من مزايا كاميرات التصوير الحراري المبردة سهولة ترشيحها الطيفي لتحسين رصد التفاصيل وقياس درجة الحرارة، وهما أمران يصعب تحقيقهما باستخدام كاميرات التصوير الحراري غير المبردة.

مثال: استخدمنا مرشحًا وُضع في حامل المرشحات خلف العدسة أو دُمج في وحدة كاشف ديوار للسماح بتصوير اللهب بشكل كامل. في السابق، كان المستخدمون النهائيون يرغبون في قياس وتوصيف احتراق جزيئات الفحم داخل اللهب. باستخدام مرشح الأشعة تحت الحمراء الطيفي "الشفاف عبر اللهب"، قمنا بترشيح كاميرا التصوير الحراري المبردة في النطاق الطيفي الذي يخترقه اللهب، مما سمح لنا بتصوير جزيئات الفحم. يوضح الشكل 1 صورة ملتقطة بدون مرشح اللهب؛ حيث لا نرى سوى اللهب نفسه. أما الصورة الثانية فهي ملتقطة باستخدام مرشح اللهب، ويمكننا من خلالها رؤية جزيئات الفحم وهي تحترق بوضوح.

5. المزامنة

بفضل دقة مزامنة الكاميرا وتفعيلها، تُعدّ هذه الكاميرا مثالية للتطبيقات عالية السرعة والحساسة للحرارة. عند العمل في وضع اللقطة السريعة، تستطيع كاميرات التصوير الحراري المبردة التقاط جميع وحدات البكسل التي تشهد نشاطًا حراريًا في آنٍ واحد. وهذا أمر بالغ الأهمية لمراقبة الأجسام سريعة الحركة، حيث أن كاميرات التصوير الحراري التقليدية غير المبردة تُشوّش الصورة.

الصورة أعلاه مثال جيد. عند إسقاط عملة معدنية، يقوم المستشعر بتفعيل كاميرا التصوير الحراري لالتقاط صورة. عند رمي العملة نفسها مرتين، وتفعيل كاميرا التصوير الحراري في الوقت نفسه، نرى العملة في الموضع نفسه في كل مرة. أما مع كاميرا التصوير الحراري المزودة بكاشف الأشعة تحت الحمراء غير المبرد، فلا يمكنك التقاط العملات المعدنية إطلاقًا لأنها لا تستطيع تفعيل هذا النوع من الكواشف. وغالبًا ما تكون الصورة ضبابية.

باختصار، يمكنك الاختيار بين كاميرات التصوير الحراري المبردة وغير المبردة حسب استخدامك وتقدير التكلفة. إذا كانت لديك أي أسئلة أو ترغب في شراء منتجات الأشعة تحت الحمراء ذات الصلة، يُرجى التواصل معنا.

Quanhom هي مورد متخصص للعدسات الحرارية والمكونات البصرية المخصصة حسب الطلب. تحظى حلولنا الشاملة للتحديات المعقدة في تطبيقات الدفاع والأمن والتجارة بتقدير العملاء في جميع أنحاء العالم. من خلال التصميم المبتكر والهندسة المخصصة وتقييم النظم البصرية والتصنيع، يضمن فريقنا متعدد اللغات (الإنجليزية والإسبانية والإيطالية والروسية) تواصلًا سلسًا بدءًا من مرحلة بدء المشروع وحتى اكتماله. من الاستشارات إلى الإنتاج النهائي، يتم تنفيذ ما يقرب من 60 مشروعًا كل عام. لقد حقق فريق Quanhom الموهوب العديد من قصص النجاح لتطبيقات متنوعة مثل منظارات التصوير الحراري للاستخدام الخارجي والدفاعي، ومناظير التصوير الحراري أحادية/ثنائية العين، وأمن الحدود والسواحل، والتطبيقات البحرية، وحمولات الطائرات بدون طيار بالأشعة تحت الحمراء.