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22 Jun 2022
應用新知
致冷式vs非致冷式 教你如何選擇光學氣體成像儀

 

 

光學氣體成像儀(Optical Gas Imaging Camera,OGI)有兩種類型:致冷式(cooled)與非致冷式(uncooled)。這兩種有甚麼分別?又要如何選擇出最合適的設備?

 

非致冷式的原理

即便是很低溫的物體,都會散發熱輻射能量。非致冷式的設備使用微輻射熱阻型感測器(microbolometer detector),此感測器在溫度變化時會發生電阻變化,可以藉此測量和顯示輻射能量。

當使用者將OGI設備對準目標時,目標發散的熱輻射能量將會透過鏡頭聚焦至感測器上。當感測器吸收熱輻射能量時,感測器中的元件將會依能量多寡,分別發生電阻變化。元件的電阻變化將會轉換成數值,經過校正與分配顏色,轉換成你我熟悉的熱影像。

 

致冷式的原理

致冷式的感測器則是吸收紅外線能量光子後,將光子直接轉換成電子。經過積分時間,可依照電性的改變讀出電訊號,轉換成數字且分配顏色,以視覺化的方式生成熱影像。

致冷式的關鍵在於低溫冷卻器。冷卻器與紅外線感測器整合,將溫度降至約 77K 或 -196°C/-321°F。使感測器的溫度維持在低溫狀態,此舉能夠大幅提高設備靈敏度與抑制熱雜訊。

 

兩者的優劣差異?

一般來說,致冷式的熱像儀靈敏度高於非致冷式的設備,最終的成像畫質也比較好。雖然價錢較為高昂,但是在氣體檢測上的表現,比非致冷式設備來的優秀許多,能夠量測到更多細微的洩漏。

 

左圖:用致冷式熱像儀拍攝在牆面上留下的手掌溫度:右圖:經過兩分鐘後,再次拍攝,依舊可見清晰的溫度殘留

左圖:用非致冷式熱像儀拍攝在牆面上留下的手掌溫度;右圖:經過兩分鐘後,再次拍攝,可見非致冷式熱像儀拍攝的影像,較致冷式熱像儀拍攝的影像要來的模糊

 

不過,致冷式熱像儀的冷卻器需要消耗大量電力,容易耗損動件,MTBF平均使用時間約10000至13000小時後須更換。而非致冷式的設備,不僅製造成本與維護成本皆比較低。

 

為何大部分的光學氣體成像儀皆使用致冷式感測器?

就像前面說的,在氣體成像上,致冷式感測器的表現優於非致冷式感測器。所以OGI的設計,皆以致冷式為主。

非致冷式的設備如GF77,雖然他們以更低的成本製造,仍能夠滿足基本的氣體成像需求,且因為它的設計相對簡單維護成本低,可能更適合全天候24小時的監控應用。

不過,需要注意的是,非致冷式的OGI設備,只能檢測一種或是少數種類的氣體;致冷式的設備則可以同時進行多種的氣體洩漏檢測。

 

 

該如何選擇?

致冷式的設備靈敏度高、影像畫質高,可檢測出微量或是低濃度的氣體洩漏,遠距離偵測洩漏也毫無問題。能輔導業者檢視設備廠房是否符合環境保護法規,也能增進稽查人員的稽查成效。

以經典暢銷的FLIR GF320為例,僅需一台設備即可檢測出數百種揮發性有機物(VOCs),已被多間石化業者與政府單位所用。此外,FLIR 光學氣體成像儀還能夠結合量化型產品工業分析平板電腦FLIR QL320,計算洩漏量,提供更多資訊。縱使冷卻器增加了重量和維護成本,但致冷式設備的優勢與其帶來的效益卻是毫無置疑的。

經典暢銷的GF系列可檢測出數百種揮發性有機物(VOCs),設計符合人體工學,靈敏檢測之餘也照顧到檢測人員的使用經驗

 

如果使用者僅需檢測大範圍且明確單一氣體的洩漏,那麼FLIR GF77這類的非致冷式熱像儀,則是較經濟實惠的選擇。FLIR GF77特地針對溫度進行了校正,提供了電氣機械檢測和氣體檢測雙重功能。與致冷式設備不同,若要偵測不同氣體,則需要使用不同的鏡頭。以GF77來說,透過更換鏡頭可以偵測到甲烷、六氟化硫、氨氣、乙烯等等。

FLIR GF77 非致冷式熱像儀 透過更換鏡頭也能檢測出多種氣體洩漏

 

歡迎致電強將公司,我們將會依照您的實務需求幫您找出最適合的設備。

 

文章編譯自:Cooled vs Uncooled Optical Gas Imaging Cameras

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