使用热像仪可视化气体泄漏

热像仪通过可视化来检测对人类健康和环境有害的气体泄漏。这种气体检测方法背后的原理很简单：一些气体表现为选择性辐射体，具有低吞吐量和反射率 - 以及高发射率。这意味着校准到正确光谱范围的高灵敏度热像仪可以轻松观察各种气体。因此，开发了特殊的 LWIR 和 MWIR 热像仪来检测气体泄漏，例如，有问题的 SF 6对环境的危害是温室气体 CO 2 的24,000 倍。只要气体是热像仪及其过滤器光谱范围内的选择性辐射体，它就会被检测到。

用于检测气体的热像仪不同于其他热像仪。除了镜头、检测器、冷却装置和图像处理电子设备等标准组件外，检测器的前部还装有 冷却光带门滤波器。滤光片限制允许作用在检测器上的加热辐射波长以缩小波段，这称为光谱适应。在实践中，热像仪通常配备一个特殊的过滤器来检测一种选定的气体或一组指定的气体（即 CO 2 、CO、SF 6）。检测其他气体被认为是一种特殊的“奖励”。表 1 中给出了 MWIR 和 LWIR 相机的典型带门波长。当然，在实践中，我们也会遇到其他类型的光谱灵敏度，

这取决于相机的预期用途。

工作原理

如果热像仪读取没有气体泄漏的场景，视角中的物体将辐射并反射红外线辐射，红外线辐射会通过镜头和探测器上的滤光片发生反应。过滤器只让某些波长的辐射进入检测器，相机从中生成辐射辐射强度的未补偿图像 - 这对应于表观温度。如果镜头和热像仪之间有一团气体，气体将选择性地吸收辐射到其光谱吸收的程度，并且通过气体影响检测器的辐射量将较低。示意图见图 1 和图 2。

要看到背景中的气体，云和背景之间必须有高对比度。换句话说，离开云的辐射量不能与进入云的辐射量相同。事实上，气体云中分子反射的辐射量非常小，可以忽略不计。气体能见度的关键是其温度与背景温度之间的差异。

因此，了解单个气体的光谱吸收——它们的吸收光谱非常重要。为了确定气体的红外辐射吸收光谱，将样品置于红外光谱仪中，并在不同波长下测量红外辐射的吸收或透射。然后将结果绘制为光谱吸收线，例如在图 3 或图 4 中。

NIST 的网络数据库是此信息的一个非常有用的来源。

图 3：苯的光谱吸收。气体在大约 3.2μm 的波长上被大量吸收。这可以在通过热像仪检测这种气体时使用。

图 4：SF6 气体的光谱吸收。该气体在约 10.6 μm 的波长下具有很强的吸收性，这在设计用于检测该气体的热像仪时使用。

热像仪读数中气体能见度的关键条件如下：气体必须吸收热像仪和滤光片可见波长的红外辐射/与背景相比，气体云必须具有很高的明亮对比度/瞬时气体温度必须与背景不同/气体云的运动有助于提高其能见度那些对原理的详细物理解释感兴趣的人可以参考我们的出版物。