Tehnologia cu infraroșu își face loc într-o gamă din ce în ce mai largă de aplicații inovatoare pentru consumatori. Tehnologia a fost descoperită pentru prima dată la începutul secolului al XIX-lea. Cu toate acestea, a fost nevoie de destul de mult timp pentru a putea să o folosim efectiv și să o integrăm în produse comercializabile. În prezent, puternica tehnologie cu infraroșu este utilizată într-o varietate de moduri noi, adăugând valoare sistemelor avansate pentru vehicule autonome și clădiri inteligente, de exemplu.
Infraroșul poate fi integrat în sistemele existente pentru a adăuga noi capacități tehnice. Și, pe măsură ce volumele de producție cresc, costurile vor continua să scadă, făcând tehnologia și mai accesibilă pentru o gamă și mai largă de utilizări.
Iată cinci lucruri pe care trebuie să le știți despre tehnologia cu infraroșu. Citiți mai departe pentru a afla cum această tehnologie avansată aduce valoare adăugată unei serii de industrii.
- Spectrul electromagnetic și diferitele lungimi de undă
Cum funcționează spectrul electromagnetic?
Radiația este caracterizată prin frecvența și lungimea de undă. Și nu toate radiațiile sunt vizibile pentru ochiul uman. Radiația infraroșie are lungimi de undă mai mari decât radiația din spectrul vizibil și lungimi de undă mai mici decât radiația de microunde sau terahertz.
Există mai multe lungimi de undă în spectrul electromagnetic și fiecare dintre ele are caracteristici unice.
NIR (infraroșu apropiat): acestea sunt lungimile de undă mai scurte din spectrul infraroșu și cele mai apropiate de spectrul vizibil, între 0,78 µm și 2,5 µm. Principiul care stă la baza spectroscopiei NIR, de exemplu, este vibrația moleculară cauzată de excitarea moleculelor de către sursa de infraroșu. Moleculele absorb undele infraroșii, modificând gradul de vibrație al electronilor. Acest lucru creează un semnal măsurabil.
SWIR (infraroșu cu unde scurte): Spectrul de la 1 µm la 2,7 µm.Detectoarele pe bază de siliciu sunt limitate la aproximativ 1,0 µm. Din acest motiv, imagistica SWIR necesită componente optice și electronice capabile să funcționeze în domeniul de la 0,9 µm la 1,7 µm, ceea ce nu este cazul detectoarelor InGaAs nerefrigerate.
MWIR (infraroșu cu unde medii): Spectrul de la 3 µm la 5 µm. Imagistica termică începe în această parte a spectrului, unde încep să se formeze gradienții de temperatură prezenți în scena observată. Detecția MWIR necesită tehnologii cu răcire criogenică, cum ar fi HgCdTe (MCT, sau MerCad), un material semiconductor II-VI.
LWIR (infraroșu cu unde lungi): Spectrul de la 7 µm la 14 µm.Un detector captează căldura degajată de obiectele din scena observată. Spre deosebire de detectoarele de lumină vizibilă, care detectează lumina reflectată de obiecte, detectoarele LWIR nu au nevoie de o sursă de lumină. Aceste detectoare pot genera imagini identice pe timp de zi sau de noapte. Imaginea va fi aceeași indiferent de lumina ambientală.
- Cele două tehnologii principale
Există în prezent două tipuri principale de detectoare:
– Răcit: Acești detectori sunt menținuți la o temperatură extrem de scăzută cu ajutorul unui sistem de răcire criogenică. Acest sistem scade temperatura senzorului la temperaturi criogenice și reduce zgomotul indus de căldură la un nivel mai mic decât cel al semnalului emis de scenă.
Principalele avantaje ale acestui tip de detector sunt rezoluția și sensibilitatea incredibil de ridicate și calitatea ridicată a imaginii care rezultă. Cu toate acestea, detectoarele răcite sunt mai voluminoase și mai scumpe decât detectoarele nerefrigerate. Acest lucru îi face mai puțin potriviți pentru anumite aplicații în care factorul de formă este mai important decât calitatea imaginii.
– Detectoare nerefrigerate sau microbolometre: Aceste detectoare nu necesită un sistem de răcire. Cu tehnologia microbolometrică, diferențele de temperatură dintr-o scenă declanșează modificări ale temperaturii microbolometrului. Aceste modificări sunt apoi convertite în semnale electrice și apoi în imagini. sistemele echipate cu detectoare nerăcite sunt mai rentabile și necesită mai puțină întreținere decât sistemele cu detectoare răcite.
- NETD, indicatorul cheie al sensibilității detectorului
NETD (diferența de temperatură echivalentă cu zgomotul) măsoară sensibilitatea termică a unei camere. Este cea mai mică diferență de temperatură pe care o poate detecta o cameră. Este exprimată în miliKelvin (mK) sau în grade Celsius (° C). Cu cât NETD este mai mic, cu atât camera va fi mai bună la detectarea contrastului termic. Prin urmare, NETD poate fi considerat analog cu contrastul în detectoarele de lumină vizibilă.
În detectoarele de infraroșu, NETD poate varia între 25 mK și 100 mK pentru microbolometrele nerefrigerate. Pentru detectoarele răcite, este de aproximativ 10 mK.
NETD este deosebit de important pentru scenele cu contrast termic scăzut (scene în care toate obiectele sunt cam la aceeași temperatură, cum ar fi peisajele, de exemplu).
- Rezoluția și câmpul de vizualizare (FOV)
Câmpul de vizualizare (FOV) reprezintă cât de larg este unghiul pe care o cameră îl poate capta. FOV trebuie să fie luat în considerare împreună cu rezoluția imaginii (numărul de pixeli).
Rezoluția va indica cât de clară este imaginea, în timp ce FOV va arăta cât de largă este aceasta. Cu cât rezoluția este mai mare (cu alte cuvinte, cu cât are mai mulți pixeli), cu atât imaginea este mai clară. Cu toate acestea, pentru a crește numărul de pixeli, trebuie să reduceți FOV.
- Analogic sau digital
După cum sugerează și numele său, un convertor analog-digital (ADC) este un sistem care convertește un semnal analogic într-un semnal digital (binar). Un convertor digital-analogic (DAC) convertește un semnal digital într-un semnal analogic. În cazul modelelor complet digitale, ADC-ul este integrat în senzor. Acesta convertește semnalul video analogic într-un semnal digital care poate fi procesat de un software pentru a extrage informațiile dorite din scenă. Modelele complet digitale pot include, de asemenea, un DAC de comutare a polarizării pentru elementul de detecție. În acest caz, integratorii de detectoare nu mai trebuie să dezvolte componente de alimentare pentru detectoare, ceea ce face ca acestea să fie mult mai ușor de implementat.