一、مخطط تقسيم فرعي شائع الاستخدام للأشعة تحت الحمراء

يعتمد أحد مخططات التقسيم الفرعي الشائعة الاستخدام للأشعة تحت الحمراء (IR) على نطاق الطول الموجي. ينقسم طيف الأشعة تحت الحمراء بشكل عام إلى المناطق التالية:

الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR):يتراوح طول هذه المنطقة من حوالي 700 نانومتر (نانومتر) إلى 1.4 ميكرومتر (ميكرومتر) في الطول الموجي. غالبًا ما يستخدم إشعاع NIR في الاستشعار عن بعد واتصالات الألياف الضوئية بسبب انخفاض خسائر التوهين في وسط زجاج SiO2 (السيليكا). مكثفات الصورة حساسة لهذه المنطقة من الطيف؛ تشمل الأمثلة أجهزة الرؤية الليلية مثل نظارات الرؤية الليلية. يعد التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة تطبيقًا شائعًا آخر.

الأشعة تحت الحمراء ذات الطول الموجي القصير (SWIR):تُعرف أيضًا باسم منطقة "الأشعة تحت الحمراء ذات الموجة القصيرة" أو "SWIR"، وتمتد من حوالي 1.4 ميكرومتر إلى 3 ميكرومتر. يُستخدم إشعاع SWIR بشكل شائع في تطبيقات التصوير والمراقبة والتحليل الطيفي.

الأشعة تحت الحمراء ذات الطول الموجي المتوسط ​​(MWIR):تمتد منطقة MWIR من حوالي 3 ميكرومتر إلى 8 ميكرومتر. يُستخدم هذا النطاق بشكل متكرر في التصوير الحراري والاستهداف العسكري وأنظمة الكشف عن الغاز.

الأشعة تحت الحمراء ذات الطول الموجي الطويل (LWIR):تغطي منطقة LWIR أطوال موجية تتراوح من حوالي 8 ميكرومتر إلى 15 ميكرومتر. يستخدم بشكل شائع في التصوير الحراري وأنظمة الرؤية الليلية وقياسات درجة الحرارة بدون تلامس.

الأشعة تحت الحمراء البعيدة (FIR):تمتد هذه المنطقة من حوالي 15 ميكرومتر إلى 1 ملليمتر (مم) في الطول الموجي. غالبًا ما يستخدم إشعاع FIR في علم الفلك والاستشعار عن بعد وبعض التطبيقات الطبية.

مخطط نطاق الطول الموجي

يُطلق على NIR وSWIR معًا أحيانًا اسم "الأشعة تحت الحمراء المنعكسة"، في حين يُشار إلى MWIR وLWIR أحيانًا باسم "الأشعة تحت الحمراء الحرارية".

ثالثا: تطبيقات الأشعة تحت الحمراء

رؤية ليلية

تلعب الأشعة تحت الحمراء (IR) دورًا حاسمًا في معدات الرؤية الليلية، مما يتيح اكتشاف وتصور الأشياء في البيئات منخفضة الإضاءة أو المظلمة. تعمل أجهزة الرؤية الليلية التقليدية لتكثيف الصورة، مثل نظارات الرؤية الليلية أو المناظير الأحادية، على تضخيم الضوء المحيط المتوفر، بما في ذلك أي إشعاع تحت الحمراء موجود. تستخدم هذه الأجهزة كاثودًا ضوئيًا لتحويل الفوتونات الواردة، بما في ذلك فوتونات الأشعة تحت الحمراء، إلى إلكترونات. يتم بعد ذلك تسريع الإلكترونات وتضخيمها لإنشاء صورة مرئية. غالبًا ما يتم دمج مصابيح الأشعة تحت الحمراء، التي ينبعث منها ضوء الأشعة تحت الحمراء، في هذه الأجهزة لتعزيز الرؤية في الظلام الدامس أو ظروف الإضاءة المنخفضة حيث لا يكون إشعاع الأشعة تحت الحمراء المحيط كافيًا.

بيئة الإضاءة المنخفضة

التصوير الحراري

يمكن استخدام الأشعة تحت الحمراء لتحديد درجة حرارة الأجسام عن بعد (إذا كانت الابتعاثية معروفة). وهذا ما يسمى التصوير الحراري، أو في حالة الأجسام الساخنة جدًا في NIR أو المرئية يُطلق عليها اسم قياس الحرارة. يستخدم التصوير الحراري (التصوير الحراري) بشكل أساسي في التطبيقات العسكرية والصناعية، لكن التكنولوجيا تصل إلى السوق العامة في شكل كاميرات تعمل بالأشعة تحت الحمراء على السيارات بسبب انخفاض تكاليف الإنتاج بشكل كبير.

تطبيقات التصوير الحراري

يمكن استخدام الأشعة تحت الحمراء لتحديد درجة حرارة الأجسام عن بعد (إذا كانت الابتعاثية معروفة). وهذا ما يسمى التصوير الحراري، أو في حالة الأجسام الساخنة جدًا في NIR أو المرئية يُطلق عليها اسم قياس الحرارة. يستخدم التصوير الحراري (التصوير الحراري) بشكل أساسي في التطبيقات العسكرية والصناعية، لكن التكنولوجيا تصل إلى السوق العامة في شكل كاميرات تعمل بالأشعة تحت الحمراء على السيارات بسبب انخفاض تكاليف الإنتاج بشكل كبير.

تكتشف الكاميرات الحرارية الإشعاع في نطاق الأشعة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي (حوالي 9000-14000 نانومتر أو 9-14 ميكرومتر) وتنتج صورًا لهذا الإشعاع. وبما أن الأشعة تحت الحمراء تنبعث من جميع الأجسام بناءً على درجات حرارتها، وفقًا لقانون إشعاع الجسم الأسود، فإن التصوير الحراري يجعل من الممكن "رؤية" البيئة المحيطة بالفرد مع أو بدون إضاءة مرئية. تزداد كمية الإشعاع المنبعثة من جسم ما مع ارتفاع درجة الحرارة، وبالتالي يسمح التصوير الحراري للمرء برؤية التغيرات في درجة الحرارة.

التصوير الفائق الطيفي

الصورة فائقة الطيف هي "صورة" تحتوي على طيف مستمر من خلال نطاق طيفي واسع عند كل بكسل. يكتسب التصوير الفائق الطيفي أهمية في مجال التحليل الطيفي التطبيقي خاصة مع المناطق الطيفية NIR وSWIR وMWIR وLWIR. وتشمل التطبيقات النموذجية القياسات البيولوجية والمعدنية والدفاعية والصناعية.

الصورة الفائقة الطيفية

يمكن إجراء التصوير الحراري الفائق الطيفي بالأشعة تحت الحمراء بالمثل باستخدام كاميرا تصوير حراري، مع اختلاف أساسي وهو أن كل بكسل يحتوي على طيف LWIR كامل. وبالتالي، يمكن إجراء التحديد الكيميائي للجسم دون الحاجة إلى مصدر ضوء خارجي مثل الشمس أو القمر. تُستخدم هذه الكاميرات عادةً لإجراء القياسات الجيولوجية والمراقبة الخارجية وتطبيقات الطائرات بدون طيار.

التدفئة

يمكن بالفعل استخدام الأشعة تحت الحمراء (IR) كمصدر تسخين متعمد في تطبيقات مختلفة. ويرجع ذلك في المقام الأول إلى قدرة الأشعة تحت الحمراء على نقل الحرارة مباشرة إلى الأشياء أو الأسطح دون تسخين الهواء المحيط بشكل كبير. يمكن بالفعل استخدام الأشعة تحت الحمراء (IR) كمصدر تسخين متعمد في تطبيقات مختلفة. ويرجع ذلك في المقام الأول إلى قدرة الأشعة تحت الحمراء على نقل الحرارة مباشرة إلى الأشياء أو الأسطح دون تسخين الهواء المحيط بشكل كبير.

مصدر التدفئة

تستخدم الأشعة 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 لتسخين المواد، مثل البلاستيك أو المعادن أو الطلاءات، لأغراض المعالجة أو التجفيف أو التشكيل. يمكن التحكم في الأشعة تحت الحمراء وتوجيهها بدقة، مما يسمح بالتسخين الفعال والسريع في مناطق محددة.