十多年來，F(xiàn)LIR光學(xué)氣體成像（OGI）熱像儀一直用來可視化各種氣體泄漏。這些OGI熱像儀的開發(fā)是為了“看到”各種氣體，包括碳?xì)浠衔?、二氧化碳、六氟化硫、制冷劑、一氧化碳、氨等。FLIR OGI熱像儀被應(yīng)用于各行各業(yè)，包括減少排放、提高生產(chǎn)效率和確保安全的工作環(huán)境。與其他檢測(cè)技術(shù)相比，OGI熱像儀的一大優(yōu)勢(shì)是該技術(shù)能夠在不中斷工業(yè)過程的情況下精準(zhǔn)定位氣體泄漏部件。

從歷史上看，OGI熱像儀一直采用制冷型紅外探測(cè)器，與非制冷型紅外探測(cè)器相比具有多個(gè)優(yōu)勢(shì)，但成本往往更高。非制冷型紅外探測(cè)器技術(shù)的進(jìn)步使得像FLIR OGI熱像儀這樣的制造商，能夠?yàn)橄嚓P(guān)行業(yè)設(shè)計(jì)和開發(fā)成本較低的OGI解決方案。盡管成本較低，但與使用制冷型探測(cè)器的熱像儀相比，使用非制冷型紅外探測(cè)器的熱像儀存在一定局限性。

光學(xué)氣體成像背后的科學(xué)

在我們討論OGI熱像儀中制冷或非制冷探測(cè)器的問題之前，我們可以先解釋這項(xiàng)技術(shù)背后的理論。光學(xué)氣體成像可以比作通過普通的攝像機(jī)進(jìn)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(dòng)，OGI熱像儀使用了一種獨(dú)特的光譜(依賴于波長)過濾方法，使它能夠檢測(cè)到特定的氣體化合物。在制冷型探測(cè)器中，濾波器將允許通過探測(cè)器的輻射波長限制在一個(gè)非常窄的波段，稱為帶通，這種技術(shù)被稱為光譜自適應(yīng)。

光譜自適應(yīng)

OGI熱像儀利用某些分子的吸收特性，將它們?cè)谠h(huán)境中可視化。熱像儀焦平面陣列（FPAs）和光學(xué)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(cè)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(gè)光譜濾波器，設(shè)計(jì)用于對(duì)應(yīng)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(biāo)代表波長，縱坐標(biāo)代表甲烷氣體的透射率）

如果將OGI熱像儀對(duì)準(zhǔn)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(dá)探測(cè)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(guān)系，云與背景之間必須有一個(gè)輻射的對(duì)比。

總而言之，讓氣體可見的關(guān)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(duì)比；氣體云的表面溫度必須與背景不同。此外，運(yùn)動(dòng)使氣體云更容易可視化。

熟悉光學(xué)氣體成像相關(guān)的波長

為了解決理解“制冷與非制冷”光學(xué)氣體成像熱像儀的挑戰(zhàn)，您需要了解與光學(xué)氣體成像相關(guān)的波長以及這些熱像儀中使用的探測(cè)器。OGI熱像儀的兩個(gè)主要波長通常被稱為中波（3到5微米）和長波（7到12微米）。在氣體成像領(lǐng)域，這些區(qū)域也可以稱為“功能區(qū)”和“指紋區(qū)”。在功能區(qū)，一個(gè)熱像儀可以看到單一類別的更多氣體，而許多單獨(dú)的氣體在指紋區(qū)有特定的吸收特征。

幾乎所有碳?xì)浠衔餁怏w都在FLIR GF320的過濾區(qū)域(黃色部分)吸收能量，但在長波或指紋區(qū)域(藍(lán)色部分)有不同的吸收特征

雖然許多氣體在中波和長波區(qū)域都有吸收特性，但也有氣體僅在一個(gè)紅外波段發(fā)射和吸收。有些氣體在中波而非長波光譜中發(fā)射和吸收(如一氧化碳/CO)和吸收，另一些僅在長波光譜中發(fā)射和吸收（如六氟化硫/SF6）。這些氣體不屬于指紋或功能區(qū)，通常指烴類氣體。下面是CO和SF6氣體的紅外光譜圖。

制冷與非制冷型探測(cè)器