냉각식 또는 비냉각식?
냉각식 감지기가 장착된 열화상 카메라는 비냉각식 감지기가 장착된 열화상 카메라에 비해 몇 가지 이점을 제공합니다. 그러나 냉각식은 상대적으로 고가입니다. 최신 냉각식 열화상 카메라에는 극저온 냉동기가 통합된 이미징 센서가 장착되어 있어 센서 온도를 극저온 온도까지 낮춰줍니다. 이러한 센서 온도 감소는 열로 유도된 노이즈를 이미지화 중인 장면에서 신호의 노이즈보다 낮은 수준으로 낮추기 위해 필요합니다.
극저온 냉동기에는 가스 밀폐와 천천히 작용하는 헬륨 가스 뿐만 아니라 지속적으로 마모되는 기계적 공차에 매우 근접하게 제작된 이동 부품이 장착되어 있습니다. 결곡 극저온 냉동기는 10,000-13,000시간 사용 후에 교체해야 합니다.
비냉각식 카메라 이점과 관련한 질문: R&D 분야를 위한 냉각식 열화상 카메라는 언제 사용하는 것이 좋나요?
분야에 따라 다릅니다.
미세한 온도차를 확인하고 최상의 화질이 필요하며 고속 어플리케이션을 갖추고 있는 경우, 열 프로파일을 확인하거나 매우 작은 표적의 온도를 측정해야 하는 경우, 전자기 스펙트럼의 특정 부분에서 열 파노라마를 시각화하고 싶거나 열화상 카메라와 다른 측정 장치를 동기화 하고 싶은 경우, 냉각식 열화상 카메라가 적합합니다.
비교 예시
고속
이 적외선 이미지는 20mph로 회전하는 타이어를 캡쳐한 결과물입니다. 좌측은 냉각식 열화상 카메라로 촬영한 이미지입니다. 타이어가 회전하지 않는 것처럼 보이지만 냉각식 카메라의 매우 빠른 캡쳐 속도로 인해 타이어의 모션이 정지된 것처럼 보입니다. 비냉각식 카메라 캡쳐 속도는 회전하는 타이어를 캡쳐 하기에는 너무 느리기 때문에 휠 스포크가 투명하게 보입니다.
공간 해상도
위의 열화상은 냉각식과 비냉각식 카메라 시스템으로 얻을 수 있는 최상의 클로즈업 확대 결과물을 비교하였습니다. 좌측 이미지는 4× 클로즈업 렌즈와 13μm 피치 냉각식 카메라 조합으로 촬영된 3.5μm 스팟 크기의 결과물입니다. 우측 이미지는 1× 클로즈업 렌즈와 25μm 피치 비냉각식 센서 조합으로 촬영된 25μm 스팟 크기의 결과물입니다. 냉각식 카메라는 일반적으로 더 짧은 적외선 파장을 감지하기 때문에 비냉식 카메라보다 더 우수한 확대 성능을 갖추고 있습니다. 냉각식 카메라는 우수한 감도 특성을 지니기 때문에 신호 대 잡음비를 저하시키지 않고 우수한 확대 성능을 가능하게 하는 더 많은 광학 렌즈나 두꺼운 렌즈를 사용할 수 있습니다.
감도
냉각식 열화상 카메라의 향상된 감도가 제공하는 값을 완벽하게 평가하기가 쉽지 않은 경우도 종종 있습니다. 20mK 감도 냉각식 열화상 카메라와 비교했을 때 50mK 감도 비냉각식 열화상 카메라가 갖는 이점은 무엇이라고 생각하시나요? 이해를 돕기 위해 신속한 감도 실험을 진행했습니다. 이 비교에서 손을 몇 초 간 벽에 대어 열 자국을 만들었습니다. 첫 번째 두 이미지는 손을 뗀 직후 손 자국을 보여줍니다. 두 번 째 이미지 세트는 2분 후 열 자국을 보여줍니다. 보시다시피, 냉각식 카메라는 대부분의 열 자국을 볼 수 있지만 비냉각식 카메라는 자국의 일부만 보여줍니다. 냉각식 카메라는 비냉각식 카메라보다 더 작은 온도차를 더 오랫동안 감지할 수 있습니다. 즉, 냉각식 카메라는 표적에 더 많은 디테일을 제공하며 아주 희미한 열적 이상조차도 감지할 수 있습니다.
스펙트럼 필터링
냉각식 열화상 카메라의 가장 큰 이점은 비 냉각식 카메라에서는 가능하지 못했던 디테일을 보여주고 측정을 위해 간편하게 스펙트럼 필터링을 수행할 수 있는 능력입니다. 첫 번째 예시에서 우리는 스펙트럼 필터를 사용해 렌즈 뒤 필터 홀더에 배치하거나 듀어 (dewar) 탐지기 조립체에 설치해 불꽃을 통과한 이미지를 얻었습니다. 최종 사용자는 불꽃 안에서 석탄 입자의 연소를 측정하고 특성을 파악하기를 원했습니다. 불꽃을 통과해 볼 수 있는 스펙트럼 적외선 필터를 이용해 우리는 불꽃이 전달 특성이 있기 때문에 석탄 입자 연소를 이미지화 할 수 있는 스펙트럼 파장대로 냉각식 카메라를 필터링했습니다. 첫 번째 비디오는 불꽃 필터가 없으며 우리가 볼 수 있는 것을 불꽃 그 자체입니다. 두 번째는 불꽃 필터가 사용되었으며 석탄 입자의 연소를 선명하게 볼 수 있습니다.
두 번째 예시에서는 아산화질소 필터를 사용했습니다. 아산화질소는 적외선에 흡수되기 때문에 냉각식 열화상 카메라로 이를 확인할 수 있습니다. 이를 위해 우수한 아산화질소 마스크와 검사 시스템을 설계했습니다. 따라서 첫 번째 비디오는 기존 마스크 설계 이미지이며 두 번째 비디오는 새로운 마스크 설계 이미지입니다. 보시다시피, 기존 마스크 설계는 여러 이유로 인해 공간으로 다량의 질소 가스가 누출되고 있습니다. 새 마스크 설계는 누출이 최소화되었으며 더 나은 솔루션을 제공합니다.