Тепловизионные камеры для обнаружения утечек газа

Тепловизионные камеры выявляют утечки газа, опасные для здоровья человека и окружающей среды. Принцип, лежащий в основе данного метода обнаружения газов, прост: ряд газов относятся к категории селективных излучателей низкой пропускной способности и коэффициентом отражения, но с высоким коэффициентом излучения, что означает, что высокочувствительная тепловизионная камера, откалиброванная в правильном спектральном диапазоне, может легко видеть широкий спектр газов. Как результат были разработаны специальные тепловизионные камеры LWIR и MWIR для обнаружения утечек газа, в том числе,  газа SF6, который в 24.000 раз более опасен для окружающей среды, чем парниковый газ CO2. Данный газ будет обнаружен поскольку выступает селективным излучателем в спектральном диапазоне тепловизионной камеры и ее фильтра.

Тепловизионные камеры, используемые для обнаружения газов, отличаются от других тепловизионных измерительных камер. В дополнение к таким стандартным компонентам, как объектив, детектор, блок охлаждения и электроника обработки изображений, в передней части детектора находится охлаждаемый оптический полосовой затворный фильтр. Фильтр ограничивает длины волн нагревающего излучения, которые могут воздействовать на детектор, чтобы сузить полосу частот, что известно как спектральная адаптация. На практике тепловизионные камеры обычно оснащены специальным фильтром для обнаружения выбранного типа газа или определенной группы газов (например, CO2, CO, SF6). Обнаружение других газов, это своего рода «бонус». Длина волны стандартных полосовых затворов для MWIR и LWIR камер приведены в Таблице 1. Конечно, на практике мы встречаемся и с другими типами спектральной чувствительности, в зависимости от назначения камеры.

Принцип работы

Если тепловизионная камера считывает зону без утечки газа, объекты, попадающие в поле зрения, будут излучать и отражать инфракрасное излучение. Фильтр пропускает в детектор только волны определенной длины, после чего камера формирует некомпенсированное изображение интенсивности излучения. Если между объективом и тепловизионной камерой находится облако газа, газ будет избирательно поглощать излучение в пределах его спектрального поглощения, и количество излучения, прошедшего через газ и воздействующего на детектор, будет меньше. См. схему на рис. 1 и рис. 2.

При обнаружении газа на конкретном фоне, должен быть высокий контраст между облаком и фоном. Другими словами, уровень радиации из облака, не должен совпадать с уровнем, входящим в него. На самом деле количество излучения, отражающегося от молекул в газовом облаке, очень мало и им можно пренебречь. Ключевым фактором для выявления газа является разница между его температурой и фоновой температурой.

Поэтому очень важно знать спектр поглощения отдельных газов – их спектр поглощения. Для определения спектра поглощения инфракрасного излучения газа образец помещают в инфракрасный спектрометр и измеряют поглощение или пропускание инфракрасного излучения на различных длинах волн. Затем результат отображается в виде спектральной линии поглощения, см. рис. 3 или рис. 4.

Ключевые пункты отображения газа на тепловизионной камеры:

• Газ должен поглощать инфракрасное излучение с длиной волны, которая фиксируется тепловизионной камерой и оптическим фильтром.
• Облако газа должно иметь яркий контраст по сравнению с фоном.
• Мгновенная температура газа должна отличаться от фоновой
• Движение газового облака помогает при его обнаружении