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1、技术说明远距离监测用制冷式与非制冷式L. 热像仪比较在低亮度或完全黑暗的环境中进行远距离监测，是热成像技术的一 种完美应用。这种监测常用于大多数威胁发生在夜间的边境地带或 宽阔的场地。市场上推出的用于中远距离监测的热成像仪为用户提 供了多种选择。用户经常会问：我应该使用制冷式还是非制冷式热 成像系统？哪一种系统最具成本效益？PTZ35g MS：帝有两个非制冷式徼刘绥射热计渓測 9i.用于中迖距謁监测的热成律仪FLIRCOMMERCIAL VISION SYSTEMS完全黑諳环境中的远距高盅测是热成像技术的一种完美应用安防行业市场对价格非常敏感而且竞 争特别激烈。在购买任何昂贵的中远 距离监测用
2、热成像仪系统时.都需 要具体分析情况。当市场上有其它功 能相当、成本更低的系统时，更需如 此。本篇技术说明介绍了当今市场上 提供的两种远距离热成像仪系统：制 冷式和非制冷式系统。这两种系统的 组件成本存在相当大的差异，因此对 于决定选择哪一种系统具有极为重要 的意义。制冷式热成像仪现代化制冷式热成像仪的成像传感器 中集成了一个低温制冷器。这种装置 可以给传感器降温度。降低探测器温 度，是为了使热噪声的信号低于成像 信号。低温制冷器的活动部件的机械公差 极小，会随着时间磨损，而且氨气也 会慢慢泄露？在使用时间达到&000- 10,000小时之后，就必须重新换置低 制冷式热成像仪是对场景中的细小温
3、 度差异最为敏感的一种热像仪。它们 可以探测到物体之间最细小的温度差 异。这种热像仪能够在中波红外或者 说光谱中的中波红外波段进行成像， 而这个波段的热对比度高度依赖于黑 体物理学。热对比度是由目标温度变 化而引起的信号变化。热对比度越 高，就越容易探测到与背景温度差别 不太大的目标。一般而言，中波红外热像仪在夜间成 像的对比度要比其他波段的红外热像 仪的图像更鲜明。制冷式热成像仪也 可以设计为在长波红外或LWIR波段下 工作。非制冷热成像仪非制冷红外热成像仪的成像传感器不 需要低温制冷。它采用的探测器通常 是以微测辐射热计为基础，这种探测 器由温度系数极大的小型氧化锐电阻 与硅元件结合而成，
4、具有面积大、低 热能和热绝缘性能良好等特点。场景 温度的变化会引起辐射热计温度的变 化，这些变化将被转化为电子信号， 随后被处理成图像，非制冷传感器设 计为在长波红外或波长为7至74微米 的LWIR波段中工作。在这种环境下， 陆地温度目标会散发出绝大部分的红 外能。技术说明冷却式和非冷却式摄燉Qi （包括镜头）的成本模型非制冷热像仪一般比制冷红外热像仪 的价格更低廉，其传感器的制造步 骤比制冷传感器少，产量更高，真空 包装成本也更便宜。此外，非制冷热 像仪不需要低温制冷器这种昂贵的装非制冷热像仪带有更少的运动组件， 在相同操作条件下，其使用寿命比制 冷热像仪更长。在安防应用中，通常 需要热像仪
5、连续不断的工作，以避免 遗漏任何威胁。制冷热像仪一般在使 用/至2年时间后就需要进行维修，而 非冷热像仪却可以连续工作多年。选择制冷还是非制冷热像仪7在非制冷热像仪的所有这些优点面 前，人们会提出一个问题：在什么惜 况下适合使用制冷热像仪？答案是： 当监测范围达到5km以上时，使用基 于制冷热像仪的热成像系统会更具成 本效益。在这里，需要注意强调“系统”这个 词。热像仪只是成像系统”的一个 组件。在远距离热成像系统中，最昂 贵的一种组件是镜头。随着有效范围 要求的增加，非制冷热像仪系统的镜 头会变得很庞大.并且价格很昂贵。 这样，采用相同焦距的镜头的制冷式 热像仪就显得更实惠。是采用制冷锚化1
6、8 （hSb）探测務的热成像仪的一 个示例。在短焦距环境中，由于镜头的成本只 占系统成本的一小部分，因此制冷式 系统的成本就显得较高。随着焦距变 大，制冷系统的成本不会迅速增加， 但非制冷系统却会。这种成本差异是 由镜头引起的，在迅速发展的全球红 外光学市场上，其交叉点也在不断变 化（当前对于一般系统而言，交叉点 是在 350mm ）。长焦距环境中非制冷系统的镜头为什么会如此昂贵7这涉及到另一个极为重要的镜头参 数 f数。f数决定着镜头的聚光能力， 因此对热像仪系统的敏感度有重大影 响。镜头焦距增大时，前端镜头的直 径必须增大，以保持系统f数不变。非制冷热像仪必须在较低f数（通常为 L4至2）
7、下运行， 才能获得与制冷 热像仪相当的敏 感度。更高的f数 会降低非制冷热 像仪的敏感度， 而且没办法弥补 镜头光信号的减 少。光学系统的f数 是镜头焦距与前 端镜头直径的 比率。焦距为 500mm的化镜 头，必须采用直径为250mm的前端镜 头。这样的前端镜头元件非常昂贵， 并且已经达到用错金属制造的极限， 部分原因在于很难用原始的错材料生 产出足够大的光学毛坯件。相比之下，制冷热像仪系统可以在光 圈数为甚至更高的情况下操作，而 不会对系统的敏感度造成重大影响。这果因为制冷热像仪可以増大曝光时 间或积分时间来弥补光吞吐量的减 少。采用5镜头时，其需要的积分时间少 于10毫秒，即可产生50/6
8、0HZ甚至更 高的视频帧速，因此可以达到安防行 业的标准。非制冷热像仪无法增大积 分时间，它会连续不断地整合来自场 景的红外光线。焦距为500mm的f/4 镜头只需要直径为125mm前端镜头元 件，这比250mm前端镜头元件要便宜 得多。目前，商用做到制冷系统可以 做到焦距更长的f/4镜头（最大焦距可 达1000mm ）,极远焦距（几米甚至更 远）的5镜头也已经问世。结论远距离热红外监测需要使用长焦距镜 头，非制冷热像仪系统的镜头成本会 随着焦距的增大而迅速增加，制冷热 像仪系统的成本相对而言增加较慢。 因此，虽然制冷热像仪机芯的成本比 非制冷热像仪的机芯要高出很多，当 焦距达到350mm以上
9、时，非制冷系统 的系统成本（机芯加镜头）会超过制 冷式系统。要在数公里的范围内获得 人类大小的目标的图像，热像仪镜头 的焦距必须超过350mmo因此，在这 种应用条件下，使用制冷热像仪系统会更具成本效益，至少初始系统成本 会更低。系统设计师在构建成本模型时必须 考虑低温制冷器的使用寿命为&000 血000小时这一因素，以获得最佳解决 方案o如果低温制冷器每2年需要进 行一次维修，每次维修的费用是系统 整体费用的1096.则在4年当中使用 制冷系统的成本即为初始系统成本的 7.2倍。由于FUR Systems在热成像仪领 域已拥有50余年的专业经验，并可同 时生产制冷和非制冷系统，因此我们 可以始终为您提供必需的信息，帮助 您针对特定的应用目的做出明智的决 策特此感谢Dr. Austin Richards博士撰写此 文，并感谢Pierre Boulanger先生所做的 贡献。如需更多信息，请联系:FUR商业视觉系统中圉办公室地址：北京市朝阳区建外SOHO A座2308 邮编:100022电话：+86 10 5869 8762 /9786传真：+8610 58698763电子邮件:flir
远距离监测用制冷式与非制冷式热像仪比较
