Cada objeto que vemos ao nosso redor irradia energia na forma de radiação infravermelha (IR). Dispositivos semelhantes a câmeras (microbolômetros) detectam-nos com seus sensores de calor e convertem as informações de energia em uma forma visual. A imagem térmica infravermelha (TI) é uma das melhores técnicas de imagem que funciona independentemente da temperatura, atmosfera e condições de iluminação. É por isso que ganhou popularidade em muitas áreas em tão pouco tempo.
Nosso artigo se concentra no uso de câmeras termográficas infravermelhas em vários campos, incluindo militares, médicos, cidades inteligentes e vigilância de segurança. Há também informações detalhadas sobre a fabricação de câmeras termográficas personalizadas.
Aplicação militar de dispositivos de imagem térmica infravermelha
A tecnologia de imagem térmica foi originalmente introduzida para fins militares, como detecção de movimento na indústria aeroespacial e visibilidade em condições de pouca luz. A tecnologia já penetrou em todos os equipamentos militares, desde as armas de soldados individuais até veículos terrestres.
1. Miras de imagens térmicas
As miras de imagem térmica, um tipo de câmera de imagem térmica militar, identificam e detectam energia infravermelha (calor) emitida por objetos. Essa energia é convertida em uma imagem eletrônica que representa a distribuição de temperatura no ambiente. Eles também são conhecidos como miras quando usados em armas como rifles e metralhadoras.
Essas câmeras de imagem térmica contêm um Focal Plane Array (FPA), que é feito de materiais especiais de sensor IR. O óxido de vanádio (VOx) é a tecnologia mais recente e é mais comumente usado em equipamentos militares de imagem térmica devido à sua maior sensibilidade e confiabilidade. As câmeras militares de imagem térmica permitem que os soldados detectem e identifiquem rapidamente perigos ou ameaças.
A maioria das câmeras termográficas militares são resfriadas, o que significa que o material do sensor deve ser resfriado durante a operação. Esta câmera termográfica infravermelha resfriada permite muito mais detalhes em comparação com a versão não resfriada e detecta até as menores diferenças de temperatura.
Uma matriz de alta resolução é recomendada para aplicações militares de imagem térmica. Um padrão comum é 640 x 480 pixels, que fornece uma imagem detalhada que é crítica para identificar alvos com precisão em várias distâncias.
Em contraste com as miras de imagens térmicas civis, as miras militares são robustas e duráveis. Eles têm revestimentos externos duráveis e são feitos de materiais modernos que são leves, mas capazes de resistir às duras condições do campo de batalha.
Exemplos comuns de miras de imagens térmicas militares incluem miras montadas em armas para mira precisa de rifles de precisão e rifles de assalto, monóculos portáteis e binóculos de imagens térmicas de nível militar para missões de reconhecimento e sistemas montados em veículos que fornecem ao operador do veículo uma visão melhor em más condições de visibilidade.
2. Monóculos e binóculos de imagem térmica
Os binóculos de imagem térmica, o tipo mais comum e universal de equipamento militar de imagem térmica, são projetados para melhor consciência situacional e reconhecimento de longo alcance. Possui lentes de alta resolução cobertas com revestimentos avançados para minimizar o brilho e maximizar a transmissão de luz.
Além da tecnologia de imagem térmica de nível militar, eles apresentam estabilização de imagem avançada que dá aos soldados uma visão clara e distinta do ambiente ao seu redor. Além disso, a maioria dos binóculos refrigerados vem com outros sistemas integrados. Por exemplo, GPS, magnetismo e inclinômetros são comuns nesses dispositivos militares de imagem térmica. Alguns binóculos de imagem térmica estão disponíveis como dispositivos portáteis, mas algumas versões um pouco mais pesadas possuem um tripé.
Os monóculos de imagem térmica, por outro lado, são uma opção mais compacta e leve para soldados que precisam ser ágeis e móveis. Apesar do seu tamanho menor, estes monóculos de nível militar não comprometem a qualidade da imagem.
Os monóculos de nível militar geralmente estão no espectro do infravermelho médio (MWIR); eles podem fornecer imagens nítidas em longas distâncias em todas as condições climáticas. Possuem uma construção sólida e robusta feita de polímeros reforçados. Todo o corpo dos monóculos de imagem térmica é firmemente aparafusado para resistir a choques e qualquer tipo de dano ambiental.
3. Imagens térmicas em veículos militares
O escopo da tecnologia de imagem térmica também se estende a veículos terrestres blindados, como tanques, onde sistemas de imagem e sensores são usados principalmente para identificação de alvos e navegação. Para navegação, eles contam com um sistema compacto denominado Driver Vision Enhancer (DVE). O sistema DVE consiste em câmeras de imagem térmica de alta resolução que capturam as assinaturas de calor de objetos e terrenos. Isto permite que os soldados vejam além das capacidades dos dispositivos tradicionais de visão noturna.
Além do DVE, muitos veículos militares estão equipados com Sistemas de Conscientização Situacional Local (LSA). Os sistemas LSA são uma combinação de câmeras térmicas e outros sensores que trabalham juntos para detectar, identificar e rastrear ameaças potenciais. Eles fornecem uma visão de 360 graus do veículo blindado, fornecendo aos ocupantes informações importantes sobre o entorno imediato.
Tecnologia de imagem térmica infravermelha para construção de cidades inteligentes
Além do uso militar, os sistemas de imagem térmica também são usados na maioria das aplicações práticas – desde carros autônomos até carros de bombeiros e drones.
1. Piloto automático/veículos sem motorista
Atualmente, a maioria dos veículos autônomos depende de uma combinação de câmeras de visão, LiDAR e radar para navegação e detecção de obstáculos. No entanto, esses sensores têm suas limitações. O LiDAR pode mapear os arredores do carro com detalhes incríveis, mas se torna significativamente menos eficaz na chuva ou na neve. O radar é mais resistente em condições climáticas adversas, mas não possui resolução espacial para identificar pedestres e outros detalhes de maneira confiável. Finalmente, as câmeras ópticas requerem excelentes condições de iluminação para funcionar.
As câmeras termográficas preenchem essa lacuna. Eles podem detectar comprimentos de onda do infravermelho distante entre 8 e 15 micrômetros. Como os humanos emitem uma assinatura de calor de cerca de 9,25 micrômetros, essas imagens podem detectá-la facilmente. Além disso, a tecnologia de imagem pode identificar veículos com base em suas áreas de hotspot, como: B. Tubos de escape.
2. Carros de bombeiros com tecnologia de imagem térmica
Os carros de bombeiros que extinguem incêndios e resgatam pessoas durante incêndios possuem uma câmera de imagem térmica adequada. O módulo da câmera, feito de materiais à prova de fogo, está localizado no topo da escada ou no ponto mais alto do veículo. A característica especial das câmeras termográficas para veículos é a função pan-tilt-zoom (PTZ).
As câmeras termográficas são operadas sem fio a uma distância segura. Os bombeiros podem ajustar remotamente o foco e o ângulo da câmera para obter uma visão abrangente da cena do incêndio. As pessoas presas no incêndio são visíveis através de pontos de acesso na imagem térmica, permitindo esforços de resgate mais rápidos e eficientes.
3. Monitoramento de incêndio
Antes do início de um incêndio, a respectiva região começa a aquecer. As câmeras de segurança normais não são capazes ou fortes o suficiente para resistir e funcionar em condições tão críticas. Uma câmera termográfica em forma de drone que monitora a região detecta a origem do incêndio e envia em tempo real ao sistema de controle para que uma resposta rápida e imediata seja realizada. Além disso, o drone de imagem térmica pode ser emparelhado com um sistema de alarme que automatiza o sistema de supressão de incêndio.
4. Térmica DRuma linguagem visual
Nos drones, uma câmera termográfica compacta e não resfriada é montada em uma junta universal, que estabiliza a imagem e permite que a lente gire 360°. Quando o drone decola, os dados são enviados continuamente ao controlador. Um sistema integrado de imagem e sensor converte os dados térmicos em imagens térmicas.
Você também obtém diferentes modos de cores. Os objetos mais quentes parecem mais brilhantes enquanto as áreas mais frias são mais escuras. Esta dupla de drones e imagens térmicas é muito útil para detectar problemas em áreas de difícil acesso.
Operações de busca e salvamento
Tradicionalmente, os helicópteros têm sido utilizados para operações de busca e salvamento. No entanto, eles não conseguem alcançar áreas remotas e não conseguem ver seres vivos no escuro. Câmeras termográficas, mesmo aquelas montadas em drones, podem detectar a assinatura térmica de criaturas vivas à distância. Além disso, com a tecnologia de imagem, eles funcionam melhor independentemente das condições climáticas. No Vietname, o envio de forças de busca e salvamento durante as chuvas de monções e deslizamentos de terra é bastante comum.
Monitoramento agrícola e produção agrícola
Um drone térmico não só fornece uma visão aérea, mas também uma imagem térmica que pode ajudar os agricultores a identificar problemas com as suas colheitas. Por exemplo, uma área aquecida termicamente pode indicar doenças e infestação de pragas nas plantas.
Manutenção e reparação de infraestruturas prediais
Problemas subterrâneos elétricos ou de água são bastante difíceis de detectar. No entanto, estas irregularidades podem ser diagnosticadas com uma câmara de imagem térmica, que pode detectar flutuações de temperatura mesmo alguns centímetros abaixo da superfície.
Os drones levam dispositivos de imagem térmica para áreas de difícil acesso, tornando-os ideais para uso industrial onde a segurança é uma prioridade. Na Argentina, drones de imagem térmica são usados para inspecionar refinarias de petróleo. A fotografia aérea é tirada sem a necessidade de fechar a instalação ou visitar pessoalmente a instalação potencialmente perigosa.
Proteção de espécies e monitoramento ambiental
O sistema de imagem térmica pode detectar a assinatura de calor de todos os animais. A vantagem de usar um drone imager é que os animais podem ser monitorados em seu habitat natural sem perturbá-los, principalmente à noite.
Um exemplo concreto é a Suíça, onde a tecnologia de drones com imagens térmicas está a ser utilizada de forma inovadora para proteger os filhotes durante a época de corte. Drones equipados com imagens térmicas e câmeras de imagem podem localizar filhotes escondidos na grama alta, evitando que sejam mortos acidentalmente.
Câmeras termográficas infravermelhas para imagens médicas
A termografia médica, técnica que utiliza câmeras de imagem térmica, é frequentemente utilizada no diagnóstico pré-clínico de diversas doenças. Por ser uma tecnologia não invasiva e sem contato, é eficaz para examinar todos os órgãos e seus sistemas.
Por exemplo, distúrbios circulatórios e doenças inflamatórias podem ser diagnosticados com base em padrões anormais de temperatura. O tecido canceroso, por outro lado, geralmente apresenta uma temperatura mais elevada do que o tecido circundante.
Na medicina, a qualidade da imagem é crucial. As lentes usadas aqui para procedimentos de imagens médicas diferem, portanto, daquelas para outras aplicações. Eles são feitos de vidro calcogeneto por moldagem de vidro de precisão. Eles também apresentam um revestimento antirreflexo (AR) avançado que cobre toda a banda LWIR.
Processos de fabricação personalizados para dispositivos de imagem térmica
Ao usinar componentes mecânicos para câmeras de imagem térmica, como carcaças de lentes e sensores, armações e peças plásticas, os principais processos incluem usinagem CNC, técnicas de moldagem como fundição sob pressão e moldagem por injeção, e fabricação de chapas metálicas.
Processamento CNC
A fresagem CNC de 5 eixos é usada principalmente para criar geometrias complexas de estruturas de imagens térmicas e componentes de alojamento. A capacidade de manobra expandida e a rotação multieixos das máquinas de 5 eixos permitem a usinagem de ângulos e rebaixos complexos que não seriam possíveis com máquinas tradicionais de 3 eixos.
Uma broca em forma de T pode ser usada para processar os componentes internos da caixa de câmeras termográficas. Esta furadeira especial permite a fabricação precisa de recursos internos e melhora a precisão dos alojamentos de lentes e sensores em câmeras de imagem térmica.
Fundição sob pressão e moldagem por injeção
A fundição sob pressão é um processo valioso para a produção de componentes de sensores térmicos à base de metal. É particularmente indicado para a produção de peças que exijam alta resistência, precisão e durabilidade, tais como: B. Películas protetoras para caixas. Metais não ferrosos, como o alumínio, comumente usados em componentes de sensores térmicos, são adequados para fundição sob pressão. As peças resultantes são robustas e precisas e possuem um excelente acabamento superficial.
Em contraste, a moldagem por injeção é predominantemente usada para componentes plásticos de sensores térmicos. Sua versatilidade permite o uso de uma variedade de plásticos e polímeros, tornando-o ideal para a produção de componentes leves, porém robustos, de invólucros de sensores. A moldagem por injeção é geralmente mais barata e rápida do que a fundição sob pressão ao produzir grandes quantidades de peças plásticas de sensores.
Processamento de chapa metálica
A caixa e os componentes mecânicos dos dispositivos de imagem térmica são projetados para oferecer durabilidade e proteção. A fabricação de chapas metálicas utiliza diversas técnicas, como corte, dobra e montagem, para produzir peças duráveis e de alta precisão, como molduras, invólucros e suportes estruturais que melhoram a resistência e a resistência ao meio ambiente.
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Concluindo
A imagem térmica infravermelha é, sem dúvida, uma tecnologia revolucionária. Foi originalmente desenvolvido para fins militares. No entanto, já penetrou numa série de aplicações, desde carros autónomos até drones de imagem térmica. Essa expansão requer um design individual para cada câmera termográfica.
