一、 مخطط التقسيم الفرعي الشائع للأشعة تحت الحمراء

يعتمد مخطط التقسيم الفرعي شائع الاستخدام للإشعاع بالأشعة تحت الحمراء (IR) على نطاق الطول الموجي. يتم تقسيم طيف الأشعة تحت الحمراء بشكل عام إلى المناطق التالية:

بالقرب من الأشعة تحت الحمراء (NIR):تتراوح هذه المنطقة من حوالي 700 نانومتر (نانومتر) إلى 1.4 ميكرومتر (ميكرومتر) في الطول الموجي. غالبًا ما يستخدم إشعاع NIR في الاستشعار عن بُعد ، والاتصالات البصرية الألياف بسبب خسائر التوهين المنخفضة في وسط SiO2 (السيليكا). تكثف الصورة حساسة لهذا المجال من الطيف. ومن الأمثلة على ذلك أجهزة الرؤية الليلية مثل نظارات الرؤية الليلية. التحليل الطيفي القريب من الأشعة تحت الحمراء هو تطبيق شائع آخر.

الأشعة تحت الحمراء ذات الطول الموجي القصيرة (SWIR):المعروف أيضًا باسم منطقة "الموجة القصيرة بالأشعة تحت الحمراء" أو "SWIR" ، فهي تمتد من حوالي 1.4 ميكرون إلى 3 ميكرون. يتم استخدام إشعاع SWIR بشكل شائع في تطبيقات التصوير والمراقبة والتنسيق الطيفي.

الأشعة تحت الحمراء ذات الطول الموجي (MWIR):تمتد منطقة MWIR من حوالي 3 ميكرون إلى 8 ميكرون. كثيرا ما يتم استخدام هذا النطاق في التصوير الحراري ، والاستهداف العسكري ، وأنظمة الكشف عن الغاز.

الأشعة تحت الحمراء الطول الموجي (LWIR):تغطي منطقة LWIR أطوال موجية من حوالي 8 ميكرون إلى 15 ميكرون. يستخدم عادة في التصوير الحراري ، وأنظمة الرؤية الليلية ، وقياسات درجة حرارة عدم الاتصال.

أشعة الأشعة تحت الحمراء (FIR):تمتد هذه المنطقة من حوالي 15 ميكرون إلى 1 ملليمتر (مم) في الطول الموجي. غالبًا ما يتم استخدام إشعاع التنوب في علم الفلك ، والاستشعار عن بعد ، وبعض التطبيقات الطبية.

مخطط نطاق الطول الموجي

يطلق على NIR و SWIR معًا أحيانًا "الأشعة تحت الحمراء المنعكسة" ، في حين يشار إلى MWIR و LWIR أحيانًا باسم "الأشعة تحت الحمراء الحرارية".

二、 تطبيقات الأشعة تحت الحمراء

رؤية ليلية

تلعب الأشعة تحت الحمراء (IR) دورًا مهمًا في معدات الرؤية الليلية ، مما يتيح اكتشاف وتصور الكائنات في البيئات المنخفضة الضوء أو المظلمة. تقوم أجهزة الرؤية الليلية التقليدية لتكثيف الصور ، مثل نظارات الرؤية الليلية أو الأحاديات ، بتضخيم الضوء المحيط المتاح ، بما في ذلك أي إشعاع الأشعة تحت الحمراء. تستخدم هذه الأجهزة جهازًا ضوئيًا لتحويل الفوتونات الواردة ، بما في ذلك فوتونات الأشعة تحت الحمراء ، إلى إلكترونات. ثم يتم تسريع الإلكترونات وتضخيمها لإنشاء صورة مرئية. غالبًا ما يتم دمج موانئ الإضاءة بالأشعة تحت الحمراء ، التي تنبعث منها ضوء الأشعة تحت الحمراء ، في هذه الأجهزة لتعزيز الرؤية في الظلام التام أو ظروف الإضاءة المنخفضة حيث تكون إشعاع الأشعة تحت الحمراء المحيطة غير كافية.

بيئة الضوء المنخفض

التصوير الحراري

يمكن استخدام إشعاع الأشعة تحت الحمراء لتحديد درجة حرارة الكائنات عن بُعد (إذا كانت الانبعاثات معروفة). يُطلق على هذا التصوير الحراري ، أو في حالة الكائنات الساخنة جدًا في NIR أو مرئيًا يطلق عليه القياس الحميد. يستخدم التصوير الحراري (التصوير الحراري) بشكل أساسي في التطبيقات العسكرية والصناعية ، لكن التكنولوجيا تصل إلى السوق العامة في شكل كاميرات بالأشعة تحت الحمراء على السيارات بسبب انخفاض تكاليف الإنتاج بشكل كبير.

تطبيقات التصوير الحراري

يمكن استخدام إشعاع الأشعة تحت الحمراء لتحديد درجة حرارة الكائنات عن بُعد (إذا كانت الانبعاثات معروفة). يُطلق على هذا التصوير الحراري ، أو في حالة الكائنات الساخنة جدًا في NIR أو مرئيًا يطلق عليه القياس الحميد. يستخدم التصوير الحراري (التصوير الحراري) بشكل أساسي في التطبيقات العسكرية والصناعية ، لكن التكنولوجيا تصل إلى السوق العامة في شكل كاميرات بالأشعة تحت الحمراء على السيارات بسبب انخفاض تكاليف الإنتاج بشكل كبير.

تكتشف الكاميرات الحرارية الإشعاع في نطاق الأشعة تحت الحمراء للطيف الكهرومغناطيسي (ما يقرب من 9000 إلى 14000 نانومتر أو 9-14 ميكرون) وتنتج صورًا لهذا الإشعاع. نظرًا لأن الإشعاع بالأشعة تحت الحمراء ينبعث من جميع الأشياء بناءً على درجات حرارةها ، وفقًا لقانون إشعاع الجسم الأسود ، فإن التصوير الحراري يجعل من الممكن "رؤية" بيئة الفرد مع أو بدون إضاءة مرئية. تزيد كمية الإشعاع المنبعثة من كائن مع درجة الحرارة ، وبالتالي يتيح التصوير الحراري رؤية الاختلافات في درجة الحرارة.

التصوير الفائق الطيف

الصورة الفائقة الطيفية هي "صورة" تحتوي على طيف مستمر من خلال نطاق طيفي واسع في كل بكسل. يكتسب التصوير الفائق الطيف أهمية في مجال التحليل الطيفي التطبيقي وخاصة مع المناطق الطيفية NIR و SWIR و MWIR و LWIR. وتشمل التطبيقات النموذجية القياسات البيولوجية والمعدنية والدفاعية والصناعية.

صورة فرط الطيف

يمكن إجراء التصوير الفائق بالأشعة تحت الحمراء الحرارية بالمثل باستخدام كاميرا حرارية ، مع الاختلاف الأساسي الذي يحتوي عليه كل بكسل على طيف LWIR كامل. وبالتالي ، يمكن إجراء التعرف الكيميائي للكائن دون الحاجة إلى مصدر إضاءة خارجي مثل الشمس أو القمر. عادة ما يتم تطبيق هذه الكاميرات على القياسات الجيولوجية والمراقبة في الهواء الطلق وتطبيقات الطائرات بدون طيار.

التدفئة

يمكن بالفعل استخدام إشعاع الأشعة تحت الحمراء (IR) كمصدر للتدفئة المتعمد في التطبيقات المختلفة. ويرجع ذلك في المقام الأول إلى قدرة إشعاع الأشعة تحت الحمراء على نقل الحرارة مباشرة إلى الأشياء أو الأسطح دون تسخين الهواء المحيط بشكل كبير. يمكن بالفعل استخدام إشعاع الأشعة تحت الحمراء (IR) كمصدر للتدفئة المتعمد في التطبيقات المختلفة. ويرجع ذلك في المقام الأول إلى قدرة إشعاع الأشعة تحت الحمراء على نقل الحرارة مباشرة إلى الأشياء أو الأسطح دون تسخين الهواء المحيط بشكل كبير.

مصدر التدفئة

يستخدم الإشعاع بالأشعة تحت الحمراء على نطاق واسع في عمليات التدفئة الصناعية المختلفة. على سبيل المثال ، في التصنيع ، غالبًا ما يتم استخدام مصابيح أو ألواح الأشعة تحت الحمراء للمواد الحرارية ، مثل المواد البلاستيكية أو المعادن أو الطلاء ، لعلاج أو تجفيف أو تشكيل. يمكن التحكم في إشعاع الأشعة تحت الحمراء وتوجيهه بدقة ، مما يسمح بالتدفئة الفعالة والسريعة في مناطق محددة.