一، طرح تقسیم‌بندی رایج مادون قرمز

یکی از طرح‌های تقسیم‌بندی رایج برای تابش فروسرخ (IR) بر اساس محدوده طول موج است. طیف فروسرخ عموماً به نواحی زیر تقسیم می‌شود:

مادون قرمز نزدیک (NIR):این ناحیه از طول موج تقریباً از ۷۰۰ نانومتر (nm) تا ۱.۴ میکرومتر (μm) متغیر است. تابش NIR اغلب در سنجش از دور و مخابرات فیبر نوری به دلیل تلفات کم میرایی در محیط شیشه‌ای SiO2 (سیلیس) استفاده می‌شود. تقویت‌کننده‌های تصویر به این ناحیه از طیف حساس هستند؛ به عنوان مثال می‌توان به دستگاه‌های دید در شب مانند عینک‌های دید در شب اشاره کرد. طیف‌سنجی مادون قرمز نزدیک یکی دیگر از کاربردهای رایج است.

مادون قرمز با طول موج کوتاه (SWIR):این ناحیه که با نام ناحیه «مادون قرمز موج کوتاه» یا «SWIR» نیز شناخته می‌شود، از حدود ۱.۴ میکرومتر تا ۳ میکرومتر امتداد دارد. تابش SWIR معمولاً در تصویربرداری، نظارت و طیف‌سنجی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مادون قرمز با طول موج متوسط (MWIR):ناحیه MWIR تقریباً از ۳ میکرومتر تا ۸ میکرومتر را شامل می‌شود. این محدوده اغلب در تصویربرداری حرارتی، هدف‌گیری نظامی و سیستم‌های تشخیص گاز به کار می‌رود.

مادون قرمز با طول موج بلند (LWIR):ناحیه LWIR طول موج‌هایی از حدود ۸ میکرومتر تا ۱۵ میکرومتر را پوشش می‌دهد. این ناحیه معمولاً در تصویربرداری حرارتی، سیستم‌های دید در شب و اندازه‌گیری‌های دمای غیرتماسی استفاده می‌شود.

مادون قرمز دور (FIR):این ناحیه از طول موج تقریباً ۱۵ میکرومتر تا ۱ میلی‌متر (mm) امتداد دارد. تابش FIR اغلب در نجوم، سنجش از دور و برخی کاربردهای پزشکی استفاده می‌شود.

نمودار محدوده طول موج

NIR و SWIR با هم گاهی اوقات "مادون قرمز بازتابی" نامیده می‌شوند، در حالی که MWIR و LWIR گاهی اوقات "مادون قرمز حرارتی" نامیده می‌شوند.

二、کاربردهای مادون قرمز

دید در شب

مادون قرمز (IR) نقش مهمی در تجهیزات دید در شب ایفا می‌کند و امکان تشخیص و تجسم اشیاء در محیط‌های کم‌نور یا تاریک را فراهم می‌کند. دستگاه‌های سنتی دید در شب با تقویت تصویر، مانند عینک‌های دید در شب یا دوربین‌های تک‌چشمی، نور محیط موجود، از جمله هرگونه تابش IR موجود را تقویت می‌کنند. این دستگاه‌ها از یک فوتوکاتد برای تبدیل فوتون‌های ورودی، از جمله فوتون‌های IR، به الکترون‌ها استفاده می‌کنند. سپس الکترون‌ها شتاب داده شده و تقویت می‌شوند تا یک تصویر قابل مشاهده ایجاد کنند. روشن‌کننده‌های مادون قرمز که نور IR ساطع می‌کنند، اغلب در این دستگاه‌ها ادغام می‌شوند تا دید را در تاریکی مطلق یا شرایط کم‌نور که تابش IR محیط کافی نیست، افزایش دهند.

محیط کم نور

ترموگرافی

تابش مادون قرمز می‌تواند برای تعیین دمای اجسام از راه دور (در صورت مشخص بودن میزان انتشار) مورد استفاده قرار گیرد. این روش ترموگرافی یا در مورد اجسام بسیار داغ در محدوده NIR یا مرئی، پیرومتری نامیده می‌شود. ترموگرافی (تصویربرداری حرارتی) عمدتاً در کاربردهای نظامی و صنعتی استفاده می‌شود، اما این فناوری به دلیل کاهش شدید هزینه‌های تولید، به شکل دوربین‌های مادون قرمز روی خودروها به بازار عمومی راه یافته است.

کاربردهای تصویربرداری حرارتی

دوربین‌های ترموگرافی تابش را در محدوده مادون قرمز طیف الکترومغناطیسی (تقریباً ۹۰۰۰ تا ۱۴۰۰۰ نانومتر یا ۹ تا ۱۴ میکرومتر) تشخیص می‌دهند و تصاویری از آن تابش تولید می‌کنند. از آنجایی که تابش مادون قرمز توسط همه اشیاء بر اساس دمای آنها ساطع می‌شود، طبق قانون تابش جسم سیاه، ترموگرافی امکان "دیدن" محیط اطراف را با یا بدون نور مرئی فراهم می‌کند. میزان تابش ساطع شده توسط یک جسم با دما افزایش می‌یابد، بنابراین ترموگرافی به فرد امکان مشاهده تغییرات دما را می‌دهد.

تصویربرداری فراطیفی

یک تصویر فراطیفی، «تصویری» است که شامل طیف پیوسته در یک محدوده طیفی وسیع در هر پیکسل است. تصویربرداری فراطیفی در زمینه طیف‌سنجی کاربردی، به‌ویژه با نواحی طیفی NIR، SWIR، MWIR و LWIR، اهمیت روزافزونی پیدا می‌کند. کاربردهای معمول آن شامل اندازه‌گیری‌های بیولوژیکی، کانی‌شناسی، دفاعی و صنعتی است.

تصویر فراطیفی

تصویربرداری فراطیفی مادون قرمز حرارتی را می‌توان به طور مشابه با استفاده از یک دوربین ترموگرافی انجام داد، با این تفاوت اساسی که هر پیکسل شامل یک طیف کامل LWIR است. در نتیجه، شناسایی شیمیایی جسم می‌تواند بدون نیاز به منبع نور خارجی مانند خورشید یا ماه انجام شود. چنین دوربین‌هایی معمولاً برای اندازه‌گیری‌های زمین‌شناسی، نظارت در فضای باز و کاربردهای پهپاد استفاده می‌شوند.

گرمایش

تابش مادون قرمز (IR) در واقع می‌تواند به عنوان یک منبع گرمایش عمدی در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار گیرد. این امر در درجه اول به دلیل توانایی تابش مادون قرمز در انتقال مستقیم گرما به اشیاء یا سطوح بدون گرم کردن قابل توجه هوای اطراف است. تابش مادون قرمز (IR) در واقع می‌تواند به عنوان یک منبع گرمایش عمدی در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار گیرد. این امر در درجه اول به دلیل توانایی تابش مادون قرمز در انتقال مستقیم گرما به اشیاء یا سطوح بدون گرم کردن قابل توجه هوای اطراف است.

منبع گرمایش

تابش مادون قرمز به طور گسترده در فرآیندهای مختلف گرمایش صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، در تولید، لامپ‌ها یا پنل‌های IR اغلب برای گرم کردن موادی مانند پلاستیک، فلزات یا پوشش‌ها، برای اهداف پخت، خشک کردن یا شکل‌دهی استفاده می‌شوند. تابش IR را می‌توان دقیقاً کنترل و هدایت کرد و امکان گرمایش کارآمد و سریع را در مناطق خاص فراهم کرد.

زمان ارسال: ۱۹ ژوئن ۲۰۲۳

طرح زیربخش‌های رایج و کاربردهای مادون قرمز