Охлаждаемые тепловизионные модули: разбираемся, стоит ли переплачивать за охлаждение
Тепловизионные модули с охлаждаемым фотодетектором существенно превосходят по стоимости варианты без охлаждения. Но этот недостаток — лишь плата за более высокие эксплуатационные характеристики и даже незаменимость для ряда задач.
Почему фоточувствительную матрицу нужно охлаждать
Одной из важнейших характеристик тепловизионных модулей является чувствительность — NETD (Noise Equivalent Temperature Difference). Она показывает способность прибора уловить разницу между температурой фона и температурой наблюдаемого объекта. В самых чувствительных системах достигается значение менее 18 мК (миллиКельвинов), но для уменьшения тепловых шумов приходится охлаждать матрицу до криогенных температур.
Изобретение микрокриогенных машин на базе генератора Стирлинга позволило создать относительно компактные, легкие и не требовательные к питанию тепловизоры с охлаждаемыми матрицами для переносных установок, прицелов, беспилотных летательных аппаратов и т.д.
Например, представленные в нашем каталоге модели LV 288x4, MV 640x512 и Mini MV 640x512 имеют массу менее 1 кг и потребляют менее 16 Вт во время выхода на режим (менее 8 Вт в установившемся режиме).
Когда необходимо использовать охлаждаемые тепловизионные модули
Тепловизионные камеры с охлаждаемыми фотоприемными матрицами (ФПМ) работают в окнах прозрачности 3-5 и 8-12 мкм. На этих длинах волн атмосфера пропускает тепловое излучение лучше всего.
На дистанциях до 1 км и в случае, когда нет необходимости в идентификации целей на большом расстоянии, целесообразнее использовать тепловизоры с неохлаждаемыми матрицами: это дешевле и проще. Но если стоит задача по обнаружению и идентификации объектов на дальности свыше 2 км или необходима регистрация незначительных температурных градиентов — лучше не экономить и воспользоваться охлаждаемым тепловизионным модулем.
Таким образом, охлаждаемые матрицы имеют два существенных преимущества:
- высокая контрастная чувствительность;
- большая дальность обнаружения.
Это делает их незаменимыми при проведении высокоточных научных исследований или в системах охраны, наблюдения и наведения на больших дистанциях.
Наибольшее применение тепловизоры с охлаждаемыми матрицами находят у военных: по данным Yole Development за 2018 год, на их долю приходится почти треть всех применений. На втором месте оказалась термография (почти четверть всех применений).
Однако за преимущества приходится расплачиваться не только ценой.
Недостатки охлаждаемых тепловизионных модулей
Микрокриогенные устройства на базе генератора Стирлинга чрезвычайно сложны в производстве, поскольку являются прецизионными механизмами и создаются на высокоточных станках.
Несмотря на то, что микрокриогенные генераторы продаются в том числе и отдельно, их интеграция с ФПМ должна осуществляться в специальном помещении и под строгим контролем, поскольку нарушается герметичность системы и в будущем есть риск загрязнения рабочего газа и, как следствие, ухудшение важнейшей характеристики генератора Стирлинга — холодопроизводительности.
Вторым существенным недостатком микрокриогенных устройств является необходимость частой замены криокулера из-за утечки через уплотняющие узлы гелия — основного теплоносителя в системе. Время наработки на отказ составляет более 10 тысяч часов, что в условиях непрерывного использования не такой уж и большой срок.
Заключение
В ряде случаев альтернативы охлаждаемым тепловизионным модулям просто нет. Их высокая стоимость и короткий срок наработки на отказ с лихвой компенсируются дальностью обнаружения свыше 10 км и контрастной чувствительностью менее 20 мК.
Они используются в наземных стационарных охранных системах, дублируют или даже заменяют радиолокационные станции, устанавливаются на суда и самолеты, используются для мониторинга акваторий, портов и в других сферах.
В каталоге компании «Лазерные компоненты» представлены модули фотоприемных устройств на базе KPT-матриц, охлаждаемых микрокриогенной системой Стирлинга, с разрешением от 288x4 до 1280x1024 пикселей.
Свяжитесь с нами, и наши специалисты помогут подобрать наиболее подходящее для вашей задачи устройство.
