ا مستشعر الكاميرا الحرارية (وتسمى أيضا مستشعر الأشعة تحت الحمراء أو استشعار الأشعة تحت الحمراء) هو المكون الأساسي لجهاز التصوير الحراري الذي يكتشف إشعاع الأشعة تحت الحمراء (حرارة) ينبعث من الكائنات ويحولها إلى إشارة إلكترونية. ثم تتم معالجة هذه الإشارة لإنشاء تمثيل مرئي للاختلافات في درجة الحرارة, المعروف باسم الرسم البياني. على عكس كاميرات الضوء المرئي, أجهزة الاستشعار الحرارية “يرى” الحرارة بدلا من الضوء, تمكينهم من العمل في الظلام التام, من خلال الدخان, ضباب, أو غيرها من الغموض.

---

كيف تعمل

1. اكتشاف الأشعة تحت الحمراء:
   • جميع الكائنات فوق الصفر المطلق (-273° C) تنبعث من إشعاع الأشعة تحت الحمراء.
   • يكتشف المستشعر أطوال موجية في طويلة الموجة الأشعة تحت الحمراء (لوير) نطاق (8-14 ميكرون), وهو ما يتوافق مع الحرارة المنبعثة من معظم الأشياء اليومية.
2. تحويل الحرارة إلى الإشارة:
   • تمتص وحدات البكسل المستشعر إشعاع الأشعة تحت الحمراء, تسبب في تغير درجة الحرارة.
   • يتم تحويل هذا التغيير إلى إشارة كهربائية (الجهد أو المقاومة).
3. معالجة الصور:
   • تتم ترجمة الإشارات إلى صورة حرارية, بألوان أو رمادي تمثل الاختلافات في درجة الحرارة (على سبيل المثال, أحمر = ساخن, الأزرق = بارد).

---

أنواع رئيسية من أجهزة الاستشعار الحرارية

اكتب	كيف تعمل	تطبيقات
مقياس الميكروبول	يستخدم مقاومات حساسة للحرارة (بكسل) التي تغير المقاومة مع درجة الحرارة. شائع في الأنظمة غير المبردة.	طائرات بدون طيار, الأمان, عمليات التفتيش الصناعية.
كاشف الفوتون	يستخدم مواد أشباه الموصلات (على سبيل المثال, خصوصاً, HGCDTE) التي تولد الإلكترونات عند تعرضها للأشعة تحت الحمراء. يتطلب التبريد (برودة مبردة أو ستيرلنغ).	جيش, البحث العلمي, علم الفلك.
الحموضة	يكتشف التغيرات السريعة في درجات الحرارة (على سبيل المثال, استشعار الحركة). ليس للتصوير الثابت.	أجهزة الكشف عن الحركة, إنذارات الدخيل.

---

المواصفات الرئيسية

1. القرار:
   • عدد البكسل (على سبيل المثال, 160× 120, 320× 240, 640× 512). دقة أعلى = التفاصيل الدقيقة.
2. الحساسية الحرارية (NETD):
   • فرق درجة الحرارة المكافئ للضوضاء: القيم المنخفضة (<50 MK) يعني قدرة أفضل على اكتشاف الاختلافات الصغيرة في درجات الحرارة.
3. النطاق الطيفي:
   • لوير (8-14 ميكرون) لمعظم الاستخدام المستهلك/الصناعي; موير (3-5 ميكرون) للكشف عن درجة الحرارة العالية أو الغاز.
4. معدل الإطارات:
   • سرعة التقاط الصور (على سبيل المثال, 9 هرتز للنماذج الأساسية, 60 هرتز للتطبيقات عالية السرعة).
5. نطاق درجة حرارة:
   • من -40 درجة مئوية إلى +2000 درجة مئوية + (يعتمد على نوع المستشعر).

---

مثال مستشعرات

1. فلير بوسون (مقياس الميكروبول):
   • 640× 512 القرار, NETD <50 MK, تستخدم في الطائرات بدون طيار والكاميرات الحرارية المحمولة.
2. Teledyne Flir Tau 2 (مقياس الميكروبول):
   • 640× 512 القرار, الوعرة للاستخدام العسكري/الصناعي.
3. البحث عن Compactpro الحرارية (مقياس الميكروبول):
   • 320× 240 القرار, متوافق مع الهواتف الذكية.
4. Sofradir Quantum Well Infrared Countor (QWIP):
   • مستشعر MWIR المتطور للكشف عن الغاز والفضاء.

---

تطبيقات

• مكافحة الحرائق: اكتشف النقاط الساخنة من خلال الدخان.
• التصوير الطبي: شاشة للحمى أو الالتهاب.
• بناء عمليات التفتيش: ابحث عن تسرب العزل أو الأخطاء الكهربائية.
• مراقبة الحياة البرية: تتبع الحيوانات في الليل.
• السيارات: أنظمة الرؤية الليلية للسيارات.
• صناعي: مراقبة الآلات لارتفاع درجة الحرارة.

---

القيود

• يكلف: مستشعرات عالية الدقة (على سبيل المثال, 640× 512) باهظة الثمن.
• التدخل البيئي: مطر, تراب, أو الأسطح العاكسة (على سبيل المثال, زجاج) يمكن تشويه القراءات.
• لا تفاصيل واضحة: تفتقر الصور الحرارية.

---

الإشعاع مقابل. أجهزة استشعار غير راديومترية

• الإشعاع: توفير بيانات درجة الحرارة لكل بكسل (تستخدم في عمليات التفتيش والتحليلات).
• غير راديومتر: إظهار التدرجات الحرارية ولكن لا توجد قيم درجة حرارة دقيقة (تستخدم في المراقبة الأساسية).

---

تبريد مقابل. أجهزة استشعار غير مبردة

ميزة	أجهزة استشعار مبردة	أجهزة استشعار غير مبردة
طريقة التبريد	برودة مبردة أو ستيرلنغ (إلى ~ -200 درجة مئوية).	لا تبريد (تعمل في درجة الحرارة المحيطة).
حساسية	عالية للغاية (يكشف <10 اختلافات MK).	معتدل (50-100 MK).
يكلف	عالية جدا ($10,000+).	بسعر معقول ($500-$5,000).
استخدام الحالات	جيش, اكتشاف الغاز, البحث العلمي.	الطائرات بدون طيار المستهلك, الأمان, تفتيش HVAC.

---

علم المواد

• مادة عدسة: الجرمانيوم (ينقل ضوء الأشعة تحت الحمراء) أو زجاج تشالكوجينيد.
• صفيف بكسل: أكسيد الفاناديوم (VOx) أو السيليكون غير المتبلور (أنا) لميكروبولومتر.

---

الاتجاهات المستقبلية

• التصغير: أجهزة استشعار أصغر للهواتف الذكية والأجهزة القابلة للارتداء.
• تكامل الذكاء الاصطناعي: التحليلات على المستشعر للكشف عن الشذوذ التلقائي.
• أجهزة استشعار متعددة الأطياف: الجمع بين الحرارية, مرئي, وبيانات LIDAR.

---

باختصار, ا مستشعر الكاميرا الحرارية هل “العين” التي ترى الحرارة, تمكين الآلات من إدراك العالم خارج الضوء المرئي. قدراتها تتشكل بالقرار, حساسية, ومتطلبات التبريد, جعلها أداة مهمة في الحقول من الاستجابة لحالات الطوارئ لكفاءة الطاقة.