小菲课堂｜“杀鸡焉用牛刀”，FLIR高速热像仪并不适合所有场景哦~
最近和大家分享了不少FLIR高速热像仪的案例
想必大家对FLIR高速与定格红外成像很感兴趣
今天，小菲就来给大家详细解说下
我们为什么要选择FLIR高速热像仪？
如何根据需求选择最合适的热像仪？
01
制冷与非制冷热像仪的操作原理
目前，红外热像仪大体可分为两类：一类是高性能制冷型光子计数红外热像仪，另一类是经济实惠的非制冷型微测热辐射计红外热像仪。
现今市面上的大多数制冷型热像仪采用锑化铟(InSb)探测器。制冷型红外热像仪通过对特定波段（通常为介于3-5μm的中波红外波段）内能量的光子计数进行工作。光子撞击像素，转化成电子并储存在积分电容器中。像素点以电子的方式，通过断开或短路积分电容器来控制快门。根据不同的热像仪型号，FLIR锑化铟热像仪扫描-20至350˚C物体的积分时间为6ms-50μs，这些极短的积分时间为定格画面、精确测量每个快速变化的瞬间提供了可能性。
FLIR制冷型锑化铟热像仪捕获的“黄蜂”战斗机的定格图像
一个传统热电偶的热图像
与制冷型热像仪相比，非制冷型热像仪成本更低、质量更轻、功耗更小。非制冷热像仪像素点采用特定材料制成，其电阻可随温度的变化发生明显变化。常见材料为：氧化钒或非晶硅。当热能聚焦于像素点时，像素点会随之升温或冷却。因像素点的电阻随着温度的变化而变化，其大小可测量，能通过校准操作映射回目标温度。由于像素点有限定的质量，因此它们有相应的热时间常数。现今基于非制冷型微测辐射热计红外探测器的热像仪，其时间常数一般为8-12ms。但这并不意味着像素点能在8-12ms内立即响应，并提供精确结果！一般经验是：处理跃阶输入信号的一阶系统达到稳定状态的所需时间是时间常数的5倍。
02
时间常数和思维实验
为了探讨微测辐射热计探测器的响应时间，我们来打一个有趣的比方，假想有两桶水：一桶是装满已搅拌均匀的0℃冰水，另一桶是100˚C快速沸腾的沸水。让微测辐射热计探测器先对准冰水，然后瞬间切换到沸水(100˚C的跃阶输入)，记录这一过程的测温结果。如果我们将10ms的热时间常数转换成一半时间以便于计算，我们得到的值大约为7ms。
从0°C过渡到100°C的系统响应，tau=10ms，一半时间=7ms
我们来看微测辐射热计探测器的报告结果，在7ms(即一个减半时间)时温度为50˚C，2个减半时间时温度为75˚C，3个减半时间时温度为87.5˚C等。如果我们尝试以100帧/秒或在10ms时读取温度，结果会怎样？热像仪的读数为63˚C，产生了37˚C的误差。热像仪会精确报告像素点的温度，但是像素点尚未达到正检测的场景的温度。一般说来，如果将非制冷型微测热辐射计的帧频设置为30帧/秒以上时，结果毫无意义！
03
真实案例反应的实际情况
案例一：
我们来探讨一下打印的过程，此过程需要将打印纸加热至60˚C。打印纸绕着显影辊输出的速率为127厘米/秒，且在长、宽两个边上的温度必须均匀。
打印纸离开加热辊的热图像
使用制冷型光子计数热像仪与非制冷型微测热辐射计热像仪捕捉每边的数据。
制冷型锑化铟探测器与非制冷型微测辐射热计探测器在测量热瞬时事件中的性能对比
上图表明，两类热像仪所获得的数据明显不同。微测热辐射计热像仪获得的数据沿着长度方向表现出大而相对稳定的突起。而光子计数热像仪的数据随着时间的推移，温度明显有所不同。制冷型热像仪表明，经过加热的显影辊组件在转动的第一周时，由于与纸张接触，温度会有所降低。继电器式控制器感应到降温后，会全功率开启加热控制器。最后，当显影辊加热至预设温度后，控制器会关闭加热过程，由此反复进行。一幅图像足以帮助研发工程师确认两项事宜：检测产品需要一台光子计数热像仪；如需获得理想的设计目标，需要在加热的显影辊上加装PID（比例积分微分）系统，而不是简单的继电器式温度控制器。
案例二：
现在来看第2个例子，我们观察快速旋转风扇的叶片，为了精确测量叶片的温度，我们尝试获得叶片的定格画面。如你所料，如果没有足够快的曝光时间，拍摄的图像将会很模糊。实际上，为了获得真实的温度读数，我们又不能让叶片停止转动。
为了精确测量叶片表面与加热线圈的温度，注意制冷型热像仪的快速积分时间如何获得叶片的定格画面。与之相反的是，因叶片转速过快，非制冷型红外热像仪无法记录叶片表面与加热线圈的温度。而且线圈被旋转叶片所遮挡，所测的温度将会偏低。
案例三：
光子计数探测器拍摄的直升机螺旋桨的定格画面
非制冷型微测辐射热计探测器拍摄的直升机螺旋桨的模糊画面
为了进一步说明问题，来看最后一例：测量直升机螺旋桨的热效应。螺旋桨与空气之间产生的摩擦会沿着螺旋桨形成一定的热梯度，越靠近叶片尖端，温度越高。使用非制冷微测热辐射计热像仪，无法有效地定格目标，不能准确地描述和测量真实的温度。
04
根据任务目标选择最合适的工具
为完成工作，选择正确的热像仪十分重要。如果选择的热像仪响应时间较慢，然后又使用高帧频来获取读数，那么得到的数据可能是无效的。一般而言，非制冷红外热像仪的帧频最高可达50帧/秒。当对快速热瞬变事件检测或对帧频有一定要求时，最佳选择通常是性能较高的制冷型光子计数热像仪。然而，当不需要高帧频时，非制冷型红外探测器热像仪自然是实惠之选。
FLIR A6700sc
FLIR T650sc
为满足客户的热成像需求，FLIR提供各种制冷型锑化铟和碲镉汞热像仪，如：A6700sc，A6750sc，X6520/30/70sc，X6900sc，X8500sc。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。
FLIR高速与定格红外成像虽然能够拍摄
定格快速移动目标
或定格快速升温或冷却目标的热动态画面
但如果工作中帧频不需要超过50帧/秒
FLIR高速红外热像仪也并不一定适合你哦~
适合自己的工具才是最好
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目前，Teledyne FLIR正在进行一场2021年终新品免费试用的活动，无论是FLIR A50/A70研发套件，还是FLIR A50/A70图像流/智能传感器热像仪，亦或是FLIR Si124-PD:局部放电检测声像仪，还有FLIR Si124-LD:压缩空气泄漏检测声像仪，以及FLIR E96 高级热像仪都在此次活动当中哦~当然如果您想试用其他产品，小菲也会尽量满足您的需求！所以，小伙伴们赶紧扫描下方二维码填写资料，我们将安排专人上门为您演示！
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｜Teledyne FLIR｜
Teledyne FLIR是Teledyne Technologies旗下子公司，是国防和工业应用智能传感解决方案的优秀领先者，在全球拥有约4000名员工。公司成立于1978年，创造先进的技术帮助专业人士做出更好、更快的决策，拯救生命，改善生活。
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