냉각식 광학 가스 이미징 카메라와 비냉각식 광학 가스 이미징 카메라의 차이

광학 가스 이미징(OGI) 카메라의 경우, 감지 방식에 따라 기본적으로 냉각식과 비냉각식 카메라로 나뉩니다. 냉각식과 비냉각식 감지 기술은 그 특징과 장단점이 각각 다르기 때문에 카메라를 선택할 때에는 필요한 감지 유형을 꼼꼼히 고려해 보아야 합니다. 적정한 카메라 유형 선택에 도움이 필요한 경우, 광학 가스 이미징 카메라의 작동 방식과 적합한 용도를 자세히 살펴보시기 바랍니다.

비냉각식 광학 가스 이미징 카메라의 작동 원리는?

지구상의 사물(온도가 극저온인 사물 포함)은 대부분 적외선을 방출합니다. 비냉각식 가스 감지 카메라는 마이크로볼로미터 디텍터(가열 또는 냉각 시, 저항이 변화되는 열 기반의 센서)를 사용하여, 방사되는 적외선을 측정하고 표시합니다. 구체적인 작동 원리는 다음과 같습니다:

카메라의 렌즈는 적외선을 "디텍터 소자"에 집중시키고, 각 디텍터 소자는 최종적으로 구현되는 실화상에서 하나의 픽셀을 생성합니다. 다시 말해, 카메라의 해상도는 카메라를 구성하고 있는 디텍터 소자의 수를 나타내는 개념으로 이해하면 됩니다.

방사되는 적외선이 디텍터 소자와 접촉하면 온도가 상승하고 각각의 저항에 변화가 발생합니다. 저항 변화는 각 소자를 대상으로 측정되고 디지털 카운트로 변환되어 온도 값을 통해 보정된 후, 색상 또는 그레이 스케일 값이 할당되고, 육안으로 확인이 가능한 이미지에서 픽셀로 표시됩니다.

냉각식 열화상 카메라의 작동원리는 ?

냉각식 카메라는 렌즈를 통과하는 적외선 에너지의 광자를 수집하는 원리로 작동합니다. 이러한 광자는 픽셀과 충돌하고 전자로 변환되어 통합 캐패시터에 저장됩니다. 일반적으로 "노출 시간"이라고 하는 특정 시간이 지나면 전하가 디지털 카운트로 판독되고 컬러 또는 그레이 스케일 값이 할당되어 육안으로 확인 가능한 이미지로 표시됩니다.

냉각식 카메라의 구성 요소 중에는 극저온(약 77K 또는 -196°C)으로 온도를 낮추기 위해 센서와 통합되어 있는 극저온 냉동기라고 불리는 요소가 있습니다. 이렇듯 센서 온도를 낮추면 이미지를 측정하는 장면의 신호 수준보다 낮은 수준으로 노이즈를 줄임으로써 카메라의 감도를 크게 증가시킵니다.

각 카메라 유형의 장점은 무엇인가요?

냉각식 카메라는 비냉각식 카메라에 비해 가격대가 높고 감도가 우수한 것이 특징이며, 제작 및 유지 관리가 더 용이합니다. 감도 및 이미지 품질 향상은 특정 응용 분야, 특히 광학 가스 이미징에 매우 중요한 요소로 작용합니다.

냉각식 열화상카메라로 측정한 벽면의 손자국. 2분 후에 재차 측정한 이미지

비냉각식 열화상카메라로 측정한 벽면의 손자국. 2분 후에 재차 측정한 이미지

냉각식 카메라의 극저온 냉동기는 전력 소비량이 높고 시간에 따라 마모되기 때문에 약 10,000 ~ 13,000 시간 정도 작동한 후에는 교체를 해주어야 합니다. 비냉각식 카메라는 냉각식 카메라보다 유지 보수의 필요성이 적고 전력 소비가 적으며, 비용도 경제적입니다.

냉각식 광학 가스 이미징 카메라의 경우, 가격대는 상대적으로 높지만, 비냉각식 카메라와 비교했을 때 상당한 장점도 갖고 있으며, 프레임률이 더 높고 다른 측정 장치와 동기화도 가능하며, 비냉각식 열화상 카메라로는 측정할 수 없는 세세한 정보까지 파악하고 측정할 수 있을 만큼 감도가 우수합니다.

대부분의 광학 가스 이미징 카메라에 냉각식 디텍터가 사용되는 이유는 무엇인가요?

대부분의 가스는 육안으로 확인이 불가능하지만, 광학 가스이미징(OGI) 기술로는 확인이 가능합니다.

지금까지 광학 가스 이미징 카메라는 가스의 시각화 및 표시에 필요한 감도를 제공하는 냉각식 적외선 디텍터가 사용되어 왔습니다. 새로운 기술 혁신으로 FLIR GF77과 같은 비냉각식 광학 가스 이미징 카메라를 훨씬 경제적인 비용으로 생산할 수 있습니다. 아울러, 냉각기도 없고 디자인도 간소하기 때문에 유지관리 비용도 적게 소요되는 것이 특징입니다. 때문에 24시간 동안 상시 활용해야 하는 경우에는 비냉각식 카메라가 더 적합 할 수도 있습니다.

그러나 비냉각식 광학 가스 이미징 카메라는 하나 또는 제한된 수의 가스만 감지할 수 있는 반면, 냉각식 광학 가스 이미징 카메라는 감도가 더 높기 때문에 다양한 가스 방출을 감지할 수 있습니다.

각 카메라는 어떤 용도에 적합한가요?

냉각식 카메라는 비냉각식 카메라보다 높은 감도, 우수한 이미지 품질과 빠른 프레임률을 제공합니다. 따라서 먼 거리에서 크기가 작거나 낮은 농도의 가스 누출을 감지하고 누출 감지를 위한 환경 규정을 충족하는데 이상적인 솔루션입니다. FLIR 냉각식 광학 가스 이미징 카메라 중에는 가스 누출을 정량화 할 수 있는 기술을 갖춘 모델이 많습니다(FLIR QL320 참조). 그러나 극저온 냉동기는 무게, 전력 소비 뿐만 아니라, 가격 부담 또한 대폭 증가시키는 단점이 있습니다.

상대적으로 큰 규모의 누출만 감지하면 되는 경우, 가벼운 무게, 우수한 활용성, 경제적인 비용에도 놀라울 만큼의 유용한 결과를 제공하는 FLIR GF77 등의 비냉각식 카메라를 선택해볼 수 있습니다. 해당 카메라 모델은 온도에 맞게 보정되어 있기 때문에 전기 및 기계 시스템의 가스 감지 및 상태 모니터링을 위한 복수의 기능을 제공합니다. 특정 가스에 대한 내부 필터가 있는 냉각식 카메라와 달리, GF77은 교환식 렌즈에 가스 필터링 기술이 적용되어 있어, 메탄, 육플루오르화황, 암모니아, 에틸렌 등을 찾아낼 수 있습니다.

카메라 선택 시에는 전문가에게 문의하여 필요한 용도와 니즈에 맞는 카메라를 선택하시기 바랍니다.

광학 가스 이미징은 어떤 기술인가요?

광학 가스 이미징 카메라는 특정 가스가 발산하는 파장을 감지할 수 있는 스펙트럼 필터를 이용해 가스를 찾아내는 원리를 바탕으로 작동합니다. 이를 통해 탄화수소, 이산화탄소, 육플루오르화황, 각종 냉매, 일산화탄소, 암모니아 등을 포함한 다양한 가스를 육안으로 "보여"줍니다. 광학 가스 이미징 카메라의 과학적 원리는 이곳에서 자세히 살펴보시기 바랍니다.