解讀熱像儀之制冷型與非制冷型光學氣體成像背后的科學
2022-09-21
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在我們討論OGI熱像儀中制冷或非制冷探測器的問題之前，我們可以先解釋這項技術背后的理論。光學氣體成像可以比作通過普通的攝像機進行觀察，但操作員看到的是一股類似煙霧的氣體噴出。如果沒有OGI熱像儀，這將是肉眼完全看不見的。為了能看到這種氣體飄動，OGI熱像儀使用了一種獨特的光譜(依賴于波長)過濾方法，使它能夠檢測到特定的氣體化合物。在制冷型探測器中，濾波器將允許通過探測器的輻射波長限制在一個非常窄的波段，稱為帶通，這種技術被稱為光譜自適應。
解讀熱像儀之制冷型與非制冷型光學氣體成像背后的科學
OGI熱像儀利用某些分子的吸收特性，將它們在原生環(huán)境中可視化。熱像儀焦平面陣列（FPAs）和光學系統(tǒng)專門調(diào)整到非常窄的光譜范圍，通常在數(shù)百納米左右，因此具有超選擇性。只能檢測到由窄帶通濾波器分隔的紅外區(qū)域中的被氣體吸收的紅外波段。大多數(shù)化合物的紅外吸收特性取決于波長。氫、氧和氮等惰性氣體無法直接成像。
黃色區(qū)域顯示了一個光譜濾波器，設計用于對應大部分背景紅外能量將被甲烷吸收的波長范圍。（圖中橫坐標代表波長，縱坐標代表甲烷氣體的透射率）
如果將OGI熱像儀對準沒有氣體泄漏的場景，視野中的物體將通過熱像儀的鏡頭和濾光片透射和反射紅外輻射。如果物體和熱像儀之間存在氣體云，并且該氣體吸收濾波器帶通范圍內(nèi)的輻射，那么通過氣體云到達探測器的輻射量將減少或增加。具體情況要看氣體云與背景的關系，云與背景之間必須有一個輻射的對比。
總而言之，讓氣體可見的關鍵是：氣體必須吸收熱像儀看到的波段中的紅外輻射；氣體云必須與背景形成輻射對比；氣體云的表面溫度必須與背景不同。此外，運動使氣體云更容易可視化。
