Telecamere per rilevamento ottico di gas a raffreddamento e non a raffreddamento

Nel mondo del rilevamento ottico di gas (OGI), esistono due tipi principali di telecamere per il rilevamento dei gas: a raffreddamento e non a raffreddamento. Ciascuno di essi dispone di una tecnologia di rilevamento a infrarossi con vantaggi e limitazioni specifici che è importante comprendere quando si sceglie una telecamera. Continua a leggere per scoprire come funzionano le telecamere OGI e per quali applicazioni sono più adatte.

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Come funziona una telecamera per la rilevazione ottica di gas non a raffreddamento?

Praticamente ogni oggetto emette radiazioni infrarosse, anche quelli che sembrano molto freddi. Una telecamera per la rilevazione di gas non a raffreddamento utilizza quello che viene chiamato rilevatore microbolometro — un sensore termico che subisce una variazione di resistenza quando è riscaldato o raffreddato — per misurare e visualizzare la radiazione. Ecco come funziona:

L'obiettivo della telecamera mette a fuoco le radiazioni infrarosse sugli “elementi rivelatori”. Ogni elemento rivelatore è responsabile della produzione di un pixel nell'immagine visiva finale. In altre parole, la risoluzione della telecamera indica il numero di elementi rilevatori.

Quando le radiazioni colpiscono gli elementi rilevatori, si riscaldano e la loro rispettiva resistenza cambia. Il cambiamento di resistenza viene misurato per ciascun elemento, convertito in un conteggio digitale, calibrato mediante temperatura, assegnato a un valore di colore o scala di grigi e presentato come pixel nell'immagine visualizzabile.

Come funziona una termocamera a raffreddamento?

Le telecamere a raffreddamento funzionano raccogliendo fotoni di energia a infrarossi che passano attraverso l’ottica. Questi fotoni sono convertiti in elettroni che vengono accumulati in un condensatore di integrazione. Dopo un determinato periodo di tempo — chiamato tempo di integrazione — la carica viene letta nel conteggio digitale, le viene assegnato un colore o una scala di grigi e presentata come immagine visualizzabile.

L'elemento fondamentale di una telecamera a raffreddamento è il refrigeratore criogenico integrato con il sensore per abbassare la temperatura a temperature criogeniche (circa 77 K o -196 °C/-321 °F). Questo raffreddamento del sensore aumenta notevolmente la sensibilità della telecamera riducendo il rumore a un livello inferiore a quello del segnale proveniente dalla scena inquadrata.

Quali sono i vantaggi di ognuno?

Le telecamere a raffreddamento sono più sensibili e costose di quelle non a raffreddamento, sono più facili da produrre e mantenere. L'aumento della sensibilità e della qualità dell'immagine sono fattori importanti per alcune applicazioni, in particolare per il rilevamento ottico di gas.

Immagini dell'impronta di una mano su una parete riprese con una termocamera a raffreddamento in sequenza e a distanza di due minuti.

Immagini dell'impronta di una mano su una parete riprese con una termocamera non a raffreddamento in successione a distanza di due minuti.

Il refrigeratore criogenico di una fotocamera a raffreddamento assorbe una grande quantità di energia e alla fine si usurerà e dovrà essere sostituito dopo circa 10.000-13.000 ore di funzionamento. Le telecamere non a raffreddamento non richiedono la stessa quantità di manutenzione, hanno un consumo energetico inferiore e sono più economiche rispetto alle telecamere a raffreddamento.

Anche a fronte di un prezzo più elevato, i vantaggi offerti da una termocamera a raffreddamento sono notevoli. Le telecamere a raffreddamento hanno frequenze di fotogrammi più elevate, consentono la sincronizzazione con altri dispositivi di misurazione e sono sufficientemente sensibili da rivelare i dettagli e adottare misure che altrimenti sarebbero irraggiungibili con una termocamera non a raffreddamento.

Perché la maggior parte delle telecamere di rilevamento ottico di gas dispone di rilevatori raffreddati?

Molti gas non visibili ad occhio nudo possono essere visualizzati con il rilevamento ottico di gas.

In passato, le telecamere OGI venivano progettate con rilevatori IR a raffreddamento che fornivano la sensibilità necessaria per visualizzare il gas. Le nuove innovazioni tecnologiche hanno permesso di realizzare telecamere OGI non a raffreddamento come FLIR GF77, che possono essere prodotte a un costo molto inferiore. Inoltre, sono meno costose da mantenere grazie alla semplicità di progettazione, che non prevede il raffreddamento, fattore che le rende potenzialmente più adatte per esigenze di funzionamento continuo 24/7.

Le telecamere OGI non a raffreddamento, tuttavia, sono limitate al rilevamento di un solo gas o di un numero ridotto di gas, mentre le telecamere OGI a raffreddamento sono più sensibili e in grado di rilevare una gamma più ampia di emissioni di gas differenti.

Di quale telecamera ho bisogno per la mia applicazione?

Le telecamere a raffreddamento offrono una maggiore sensibilità, una migliore qualità dell'immagine e una frequenza di fotogrammi più elevata rispetto alle fotocamere non a raffreddamento. Questo le rende ideali per rilevare piccole perdite di gas o a bassa concentrazione, in particolare da lontano, e per l'uso nel rispetto delle normative ambientali per il rilevamento delle perdite. Inoltre, diverse telecamere FLIR OGI a raffreddamento sono compatibili con la tecnologia che può quantificare le perdite di gas (vedere FLIR QL320). Tuttavia, il refrigeratore criogenico aggiunge peso, consumo energetico e un costo significativamente maggiore.

Se l'applicazione richiede solo il rilevamento di perdite più grandi, una telecamera non a raffreddamento come FLIR GF77 è un'opzione più leggera, più flessibile e meno costosa, in grado di fornire comunque risultati fenomenali. Questa telecamera è calibrata per la temperatura, quindi offre doppia capacità per il rilevamento dei gas e il monitoraggio delle condizioni di impianti elettrici e meccanici. A differenza delle telecamere a raffreddamento, dotate di filtri interni per gas specifici, la tecnologia di filtraggio dei gas è presente negli obiettivi intercambiabili di GF77, il che significa che è possibile utilizzare questa telecamera per trovare metano, esafluoruro di zolfo, ammoniaca, etilene e altro ancora.

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