十多年來，FLIR光學氣體成像（OGI）熱像儀一直用來可視化各種氣體泄漏。這些OGI熱像儀的開發是為了“看到”各種氣體，包括碳氫化合物、二氧化碳、六氟化硫、制冷劑、一氧化碳、氨等。FLIR OGI熱像儀被應用于各行各業，包括減少排放、提高生產效率和確保安全的工作環境。與其他檢測技術相比，OGI熱像儀的一大優勢是該技術能夠在不中斷工業過程的情況下精準定位氣體泄漏部件。

從歷史上看，OGI熱像儀一直采用制冷型紅外探測器，與非制冷型紅外探測器相比具有多個優勢，但成本往往更高。非制冷型紅外探測器技術的進步使得像FLIR OGI熱像儀這樣的制造商，能夠為相關行業設計和開發成本較低的OGI解決方案。盡管成本較低，但與使用制冷型探測器的熱像儀相比，使用非制冷型紅外探測器的熱像儀存在一定局限性。

光學氣體成像背后的科學

在我們討論OGI熱像儀中制冷或非制冷探測器的問題之前，我們可以先解釋這項技術背后的理論。光學氣體成像可以比作通過普通的攝像機進行觀察，但操作員看到的是一股類似煙霧的氣體噴出。如果沒有OGI熱像儀，這將是肉眼完全看不見的。為了能看到這種氣體飄動，OGI熱像儀使用了一種獨特的光譜(依賴于波長)過濾方法，使它能夠檢測到特定的氣體化合物。在制冷型探測器中，濾波器將允許通過探測器的輻射波長限制在一個非常窄的波段，稱為帶通，這種技術被稱為光譜自適應。

光譜自適應

OGI熱像儀利用某些分子的吸收特性，將它們在原生環境中可視化。熱像儀焦平面陣列（FPAs）和光學系統專門調整到非常窄的光譜范圍，通常在數百納米左右，因此具有超選擇性。只能檢測到由窄帶通濾波器分隔的紅外區域中的被氣體吸收的紅外波段。大多數化合物的紅外吸收特性取決于波長。氫、氧和氮等惰性氣體無法直接成像。

黃色區域顯示了一個光譜濾波器，設計用于對應大部分背景紅外能量將被甲烷吸收的波長范圍。（圖中橫坐標代表波長，縱坐標代表甲烷氣體的透射率）

如果將OGI熱像儀對準沒有氣體泄漏的場景，視野中的物體將通過熱像儀的鏡頭和濾光片透射和反射紅外輻射。如果物體和熱像儀之間存在氣體云，并且該氣體吸收濾波器帶通范圍內的輻射，那么通過氣體云到達探測器的輻射量將減少或增加。具體情況要看氣體云與背景的關系，云與背景之間必須有一個輻射的對比。

總而言之，讓氣體可見的關鍵是：氣體必須吸收熱像儀看到的波段中的紅外輻射；氣體云必須與背景形成輻射對比；氣體云的表面溫度必須與背景不同。此外，運動使氣體云更容易可視化。

熟悉光學氣體成像相關的波長

為了解決理解“制冷與非制冷”光學氣體成像熱像儀的挑戰，您需要了解與光學氣體成像相關的波長以及這些熱像儀中使用的探測器。OGI熱像儀的兩個主要波長通常被稱為中波（3到5微米）和長波（7到12微米）。在氣體成像領域，這些區域也可以稱為“功能區”和“指紋區”。在功能區，一個熱像儀可以看到單一類別的更多氣體，而許多單獨的氣體在指紋區有特定的吸收特征。

幾乎所有碳氫化合物氣體都在FLIR GF320的過濾區域(黃色部分)吸收能量，但在長波或指紋區域(藍色部分)有不同的吸收特征

雖然許多氣體在中波和長波區域都有吸收特性，但也有氣體僅在一個紅外波段發射和吸收。有些氣體在中波而非長波光譜中發射和吸收(如一氧化碳/CO)和吸收，另一些僅在長波光譜中發射和吸收（如六氟化硫/SF6）。這些氣體不屬于指紋或功能區，通常指烴類氣體。下面是CO和SF6氣體的紅外光譜圖。

制冷與非制冷型探測器