Infrapunatekniikka on tulossa yhä useampiin innovatiivisiin kuluttajasovelluksiin. Tekniikka löydettiin ensimmäisen kerran 1800-luvun alussa. Kesti kuitenkin melko kauan ennen kuin sitä pystyttiin todella käyttämään ja integroimaan markkinakelpoisiin tuotteisiin. Nykyään tehokasta infrapunateknologiaa käytetään monin eri tavoin, ja se tuo lisäarvoa esimerkiksi autonomisten ajoneuvojen ja älykkäiden rakennusten kehittyneisiin järjestelmiin.
Infrapuna voidaan integroida olemassa oleviin järjestelmiin uusien teknisten valmiuksien lisäämiseksi. Ja kun tuotantomäärät kasvavat, kustannukset laskevat entisestään, mikä tekee teknologiasta entistäkin helpommin hyödynnettävissä entistäkin laajempaan käyttöön.
Tässä on viisi asiaa, jotka sinun on tiedettävä infrapunateknologiasta. Lue lisää ja opi, miten tämä edistyksellinen tekniikka tuo lisäarvoa useille teollisuudenaloille.
- Elektromagneettinen spektri ja eri aallonpituudet
Miten sähkömagneettinen spektri toimii?
Säteilyä luonnehtivat sen taajuus ja aallonpituus. Eikä kaikki säteily ole ihmissilmälle näkyvää. Infrapunasäteilyllä on pidempi aallonpituus kuin näkyvän spektrin säteilyllä ja lyhyempi aallonpituus kuin mikroaalto- tai terahertsisäteilyllä.
Sähkömagneettisessa spektrissä on useita aallonpituuksia, ja kullakin niistä on ainutlaatuiset ominaisuudet.
NIR (lähi-infrapuna): Nämä ovat infrapunaspektrin lyhyempiä aallonpituuksia ja lähimpänä näkyvää spektriä 0,78 µm:n ja 2,5 µm:n välillä. Esimerkiksi NIR-spektroskopian perusperiaatteena on molekyylien värähtely, joka aiheutuu molekyylien heräämisestä infrapunalähteen vaikutuksesta. Molekyylit absorboivat infrapuna-aaltoja, jolloin elektronien värähtelyaste muuttuu. Tämä synnyttää mitattavan signaalin.
SWIR (lyhytaaltoinfrapuna): Spektri 1 µm:stä 2,7 µm:iin.Piipohjaiset ilmaisimet rajoittuvat noin 1,0 µm:iin. Tästä syystä SWIR-kuvantaminen edellyttää optisia ja elektronisia komponentteja, jotka kykenevät toimimaan 0,9 µm-1,7 µm:n alueella, mitä jäähdyttämättömät InGaAs-ilmaisimet eivät tee.
MWIR (keskiaaltoinfrapuna): Spektri 3 µm:n ja 5 µm:n välillä. Lämpökuvaus alkaa tästä spektrin osasta, jossa havaittavassa kohteessa esiintyvät lämpötilagradientit alkavat muodostua. MWIR-tunnistus vaatii kryogeenisesti jäähdytettyä teknologiaa, kuten HgCdTe (MCT tai MerCad), II-VI-puolijohdemateriaalia.
LWIR (pitkäaaltoinfrapuna): Spektri 7 µm:n ja 14 µm:n välillä.Ilmaisin vangitsee havaittavassa kohteessa olevien kohteiden luovuttaman lämmön. Toisin kuin näkyvän valon ilmaisimet, jotka havaitsevat kohteista heijastuvan valon, LWIR-ilmaisimet eivät tarvitse valonlähdettä. Nämä ilmaisimet voivat tuottaa samanlaisia kuvia päivällä tai yöllä. Kuva on sama riippumatta ympäristön valosta.
- Kaksi tärkeintä tekniikkaa
Tällä hetkellä on olemassa kahdenlaisia ilmaisimia:
– Jäähdytetyt: Nämä ilmaisimet pidetään erittäin alhaisessa lämpötilassa kryogeenisen jäähdytysjärjestelmän avulla. Tämä järjestelmä laskee anturin lämpötilan kryogeenisiin lämpötiloihin ja vähentää lämmön aiheuttamaa kohinaa alhaisemmalle tasolle kuin kohtauksen lähettämä signaali.
Tämän tyyppisen ilmaisimen ensisijaiset edut ovat uskomattoman korkea resoluutio ja herkkyys ja siitä johtuva korkea kuvanlaatu. Jäähdytetyt ilmaisimet ovat kuitenkin järeämpiä ja kalliimpia kuin jäähdyttämättömät ilmaisimet. Tämän vuoksi ne soveltuvat huonommin tiettyihin sovelluksiin, joissa muototekijä on kuvanlaatua tärkeämpi.
– Jäähdyttämättömät ilmaisimet eli mikrobolometrit: Nämä ilmaisimet eivät tarvitse jäähdytysjärjestelmää. Mikrobolometritekniikassa kohtauksen lämpötilaerot aiheuttavat muutoksia mikrobolometrin lämpötilassa. Nämä muutokset muunnetaan sitten sähköisiksi signaaleiksi ja sen jälkeen kuviksi.Jäähdyttämättömillä ilmaisimilla varustetut järjestelmät ovat kustannustehokkaampia ja vaativat vähemmän huoltoa kuin jäähdytetyillä ilmaisimilla varustetut järjestelmät.
- NETD, ilmaisimen herkkyyden keskeinen indikaattori
NETD (noise-equivalent temperature difference) mittaa kameran lämpöherkkyyttä. Se on pienin lämpötilaero, jonka kamera pystyy havaitsemaan. Se ilmoitetaan millikelvineinä (mK) tai celsiusasteina (° C). Mitä pienempi NETD on, sitä paremmin kamera havaitsee lämpökontrastin. Siksi NETD:tä voidaan pitää analogisena näkyvän valon ilmaisimien kontrastin kanssa.
Infrapuna-ilmaisimissa NETD voi olla 25 mK:n ja 100 mK:n välillä jäähdyttämättömillä mikrobolometreillä. Jäähdytetyissä ilmaisimissa se on noin 10 mK.
NETD on erityisen tärkeä kohtauksissa, joissa lämpökontrasti on vähäinen (kohtaukset, joissa kaikki kohteet ovat lähes samassa lämpötilassa, kuten esimerkiksi maisemat).
- Resoluutio ja näkökenttä (FOV)
Näkökenttä (FOV) tarkoittaa sitä, kuinka laajan kuvakulman kamera pystyy kuvaamaan. FOV on otettava huomioon kuvan resoluution (pikselimäärän) kanssa.
Resoluutio kertoo, kuinka terävä kuva on, kun taas FOV kertoo, kuinka laaja se on. Mitä suurempi resoluutio (toisin sanoen mitä enemmän pikseleitä), sitä terävämpi kuva. Jos kuitenkin haluat lisätä pikselien määrää, sinun on pienennettävä FOV:tä.
- Analoginen vai digitaalinen
Analogi-digitaalimuunnin (ADC) on nimensä mukaisesti järjestelmä, joka muuntaa analogisen signaalin digitaaliseksi (binääriseksi) signaaliksi. Digitaali-analogiamuunnin (DAC) muuntaa digitaalisen signaalin analogiseksi signaaliksi. Täysin digitaalisissa malleissa ADC on integroitu anturiin. Se muuntaa analogisen videosignaalin digitaaliseksi signaaliksi, jota voidaan käsitellä ohjelmistolla halutun tiedon poimimiseksi kohtauksesta. Täysdigitaaliset mallit voivat sisältää myös polarisaatiokytkentäisen DAC:n anturielementtiä varten. Tällöin ilmaisimien integroijien ei enää tarvitse kehittää tehokomponentteja ilmaisimille, mikä tekee niiden toteuttamisesta paljon helpompaa.