Bộ lọc dải tần, bộ lọc thông dải dài, bộ lọc thông dải ngắn – Không thể phân biệt được? Mọi thứ bạn cần biết về việc lựa chọn bộ lọc hồng ngoại.

Một chuyên viên mua hàng, người mới vào nghề, đã từng kể cho chúng tôi một câu chuyện. Nhóm của họ đang phát triển một mô-đun đo nhiệt độ hồng ngoại. Họ đã chọn một bộ lọc thông dải dài. Trong quá trình gỡ lỗi, họ phát hiện ra phản ứng bất thường đối với nhiễu sóng ngắn. Sau hai tuần kiểm tra mã, cuối cùng họ đã tìm ra vấn đề nằm ở bộ lọc. Thực ra họ cần một bộ lọc thông dải, chứ không phải bộ lọc thông dải dài.

Hai tuần.

Loại sai lầm này xảy ra thường xuyên hơn trong ngành này so với hầu hết mọi người sẵn sàng thừa nhận. Lý do rất đơn giản: bộ lọc thông dải, thông dài và thông ngắn nghe có vẻ giống nhau, nhưng sự khác biệt về chức năng của chúng là cơ bản. Nếu chọn sai ở giai đoạn lựa chọn, thì chu kỳ gỡ lỗi sẽ phải trả giá.

Bài viết này giải thích logic đằng sau cả ba loại bộ lọc và trả lời một số câu hỏi thường gặp nhất trong quá trình lựa chọn bộ lọc.

Bộ lọc thông dải dài là gì và khi nào thì bạn sử dụng nó?

MỘT bộ lọc thông dài Chỉ cho phép ánh sáng có bước sóng dài hơn một ngưỡng cắt nhất định đi qua. Tất cả ánh sáng có bước sóng ngắn hơn ngưỡng cắt đều bị chặn.

Dưới đây là một ví dụ cụ thể: một bộ lọc thông dải dài với bước sóng cắt 700nm sẽ chặn tất cả ánh sáng nhìn thấy được dưới 700nm, trong khi truyền qua ánh sáng cận hồng ngoại và hồng ngoại trung bình đến xa trên 700nm.

Loại bộ lọc này phù hợp cho các ứng dụng cần chặn tất cả ánh sáng sóng ngắn và cho phép các bước sóng dài hơn đi qua tự do. Trường hợp sử dụng điển hình nhất là ở khâu đầu vào của hệ thống ảnh nhiệt – tia hồng ngoại sóng dài 8–14μm cần đến được bộ cảm biến, trong khi ánh sáng nhìn thấy và tia hồng ngoại gần hoàn toàn không mong muốn. Một bộ lọc thông dải dài duy nhất giải quyết vấn đề với cấu trúc đơn giản.

Dòng sản phẩm longpass của MULTI IR bao gồm nhiều bước sóng cắt từ cận hồng ngoại đến hồng ngoại trung và xa, với nguồn cung ổn định cho các ứng dụng như chụp ảnh nhiệt, đo nhiệt độ, phát hiện cháy và các ứng dụng khác.

Tuy nhiên, bộ lọc thông dài có một hạn chế rõ ràng: nó chỉ chặn các bước sóng ngắn. Nó không chặn các bước sóng dài. Nếu hệ thống của bạn bị nhiễu từ các bước sóng dài hơn dải tần mục tiêu, bộ lọc thông dài không thể giải quyết được vấn đề đó. Đó là lý do tại sao bộ lọc thông dải lại cần thiết.

Bộ lọc thông ngắn là gì? Các trường hợp sử dụng của nó ít hơn bạn nghĩ.

MỘT bộ lọc thông ngắn Nó hoạt động ngược lại với bộ lọc thông dải dài – nó chỉ truyền ánh sáng có bước sóng ngắn hơn điểm cắt, đồng thời chặn tất cả các bước sóng dài hơn.

Trong dải hồng ngoại, bộ lọc thông ngắn được sử dụng ít hơn đáng kể so với bộ lọc thông dài hoặc thông dải. Trường hợp phổ biến nhất là khi một hệ thống cần cách ly hoàn toàn bức xạ hồng ngoại trên một bước sóng nhất định trong khi vẫn giữ được tín hiệu trong dải sóng ngắn. Ví dụ, một số hệ thống camera ánh sáng nhìn thấy yêu cầu loại bỏ tia hồng ngoại gần sử dụng bộ lọc thông ngắn để chặn.

Giá trị cốt lõi của bộ lọc thông ngắn là khả năng chặn các bước sóng dài. Nếu yêu cầu của bạn là loại bỏ tất cả ánh sáng có bước sóng lớn hơn một bước sóng cụ thể, thì bộ lọc thông ngắn là lựa chọn đơn giản nhất.

Bộ lọc thông dải là gì và tại sao nó lại là loại được sử dụng rộng rãi nhất trong các ứng dụng cảm biến hồng ngoại?

MỘT bộ lọc thông dải Nó có cả cạnh cắt dưới và cạnh cắt trên – nó chỉ truyền ánh sáng trong một phạm vi bước sóng cụ thể, đồng thời chặn cả các bước sóng ngắn hơn và dài hơn.

"Phạm vi cụ thể" này chính là dải truyền dẫn của nó. Dải truyền dẫn được mô tả bằng vị trí bắt đầu và kết thúc. Ví dụ, một dải truyền dẫn từ 3000nm đến 5000nm, với tất cả các bước sóng ngắn hơn và dài hơn bị chặn, được gọi là bộ lọc thông dải. Trong ngành công nghiệp, các sản phẩm có tỷ lệ băng thông trên bước sóng trung tâm lớn hơn 5%–20% thường được gọi là bộ lọc băng thông rộng. Ví dụ, một bộ lọc thông dải có tâm ở 850nm với một nửa băng thông là 40nm chỉ cho phép khoảng bước sóng 830–870nm đi qua, trong khi chặn tất cả các bước sóng khác.

Bộ lọc thông dải là loại được sử dụng rộng rãi nhất trong cảm biến hồng ngoại vì phần lớn các ứng dụng cảm biến đều có một yêu cầu chung: chỉ cần tín hiệu từ dải bước sóng mục tiêu – mọi tín hiệu khác đều bị loại bỏ.

Việc phát hiện khí chỉ cần đỉnh hấp thụ của khí mục tiêu. Nhận dạng khuôn mặt bằng tia hồng ngoại gần chỉ cần dải phát xạ của nguồn chiếu sáng. Đo khoảng cách bằng laser cần bước sóng phát xạ cụ thể của laser. Đo khoảng cách bằng thời gian bay cần dải hẹp tương ứng với xung truyền đi. Không có trường hợp nào trong số này được đáp ứng bằng cách "chỉ chặn một phía". Chúng yêu cầu cả hai phía phải bị chặn, chỉ để lại dải mục tiêu.

Bộ lọc băng hẹp có phải là một loại riêng biệt không? Nó có liên quan như thế nào đến bộ lọc băng thông?

MỘT bộ lọc thông dải hẹp Về cơ bản, nó là một tập hợp con của các bộ lọc thông dải. Sự khác biệt duy nhất là độ rộng của dải truyền dẫn.

Trong ngành công nghiệp, các sản phẩm có tỷ lệ băng thông trên bước sóng trung tâm nhỏ hơn 1%–5% thường được gọi là bộ lọc băng hẹp. Tuy nhiên, ranh giới này không phải là tiêu chuẩn ngành – định nghĩa về "băng hẹp" khác nhau giữa các nhà cung cấp. Khi lựa chọn, hãy luôn xem xét giá trị FWHM (Độ rộng toàn phần ở mức một nửa cực đại) cụ thể, chứ không chỉ tên gọi.

Bộ lọc băng hẹp được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ tinh khiết bước sóng cực cao: cách ly kênh trong truyền thông laser, lựa chọn đỉnh hấp thụ đặc trưng trong phát hiện khí và tách bước sóng kích thích và phát xạ trong phát hiện huỳnh quang. Trong những trường hợp này, chỉ cần để lọt thêm vài nanomet ánh sáng ngoài băng tần cũng sẽ làm ô nhiễm tín hiệu. Băng hẹp là lựa chọn khả thi duy nhất.

Các bộ lọc hồng ngoại dải hẹp của MULTI IR được sản xuất với dung sai bước sóng trung tâm trong phạm vi ±2nm – một mức độ chính xác đã được kiểm chứng trong các ứng dụng phát hiện khí và laser.

Cách nhanh chóng xác định loại bạn cần

Hãy tự hỏi mình ba câu hỏi – thế là đủ.

1. Tôi cần chặn một bên hay cả hai bên?

Nếu bạn chỉ cần chặn các bước sóng ngắn, hãy chọn longpass. Nếu bạn chỉ cần chặn các bước sóng dài, hãy chọn shortpass. Nếu bạn cần chặn cả hai phía, hãy chọn bandpass.

2. Dải tần tín hiệu mục tiêu của tôi rộng bao nhiêu?

Nếu dải tần mục tiêu của bạn rất rộng (ví dụ: toàn bộ dải hồng ngoại giữa 8–14μm), bộ lọc băng thông rộng hoặc bộ lọc thông dài có thể đủ. Nếu dải tần mục tiêu của bạn rất hẹp (ví dụ: đỉnh hấp thụ CO₂ 4,26μm), thì cần bộ lọc băng thông hẹp.

3. Có nguồn gây nhiễu nào ở hai phía của dải tần mục tiêu của tôi không?

Nếu vậy, bộ lọc thông dải là loại duy nhất có thể xử lý nhiễu từ cả hai phía cùng lúc – cả bộ lọc thông dải dài và thông dải ngắn đều không thể làm được điều đó.

Sau khi trả lời ba câu hỏi này, về cơ bản loại bộ lọc đã được xác định. Công việc còn lại, sau khi xác nhận loại bộ lọc, là xác định các thông số bước sóng trung tâm, băng thông và độ sâu chặn cụ thể dựa trên công suất nguồn, độ nhạy của đầu dò và độ chính xác phát hiện mục tiêu của hệ thống.

Một câu hỏi thường xuyên được đặt ra là:

Với cùng dải bước sóng, bộ lọc thông dải đắt hơn bộ lọc thông dài – tại sao? Chi phí chênh lệch đến từ đâu?

Nguyên nhân là do độ phức tạp của lớp phủ.

Bộ lọc thông dài chỉ cần thiết kế lớp phủ trên một cạnh cắt duy nhất – tương đối đơn giản. Bộ lọc thông dải yêu cầu kiểm soát đồng thời vị trí và độ dốc của hai cạnh cắt, với số lớp phủ nhiều hơn đáng kể và đòi hỏi cao hơn về độ ổn định của thiết bị phủ và kiểm soát quy trình. Băng thông càng hẹp, thiết kế lớp phủ càng khó – số lớp có thể lên đến hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm, và yêu cầu đối với môi trường buồng chân không đạt đến mức khắt khe.

Vì vậy, khi bạn thấy hai bộ lọc có giá chênh lệch đáng kể, đừng vội kết luận rằng một trong hai bị định giá quá cao. Trước tiên, hãy kiểm tra loại và băng thông – hai thông số này giải thích phần lớn sự khác biệt về giá.

Bộ lọc thông dải, thông dài và thông ngắn không phải là ba anh em có tên gọi tương tự nhau. Chúng là ba giải pháp quang học khác nhau về cơ bản dành cho ba vấn đề khác nhau. Hiểu rõ ranh giới của từng loại, và bạn sẽ không mắc sai lầm khi lựa chọn bộ lọc.

Nếu bạn vẫn chưa chắc chắn nên chọn bộ lọc nào, hoặc nếu bạn có các thông số hệ thống hiện có muốn kiểm tra lại, vui lòng liên hệ với đội ngũ kỹ thuật của MULTI IR. Chúng tôi có sẵn đầy đủ các dòng sản phẩm bao gồm bộ lọc thông dải, thông dải dài và thông dải ngắn – từ cận hồng ngoại đến hồng ngoại trung và xa – và hỗ trợ các thông số kỹ thuật tùy chỉnh với các đường cong phổ đo được.

Đa hồng ngoại
Chúng tôi có sẵn đầy đủ các loại bộ lọc hồng ngoại băng thông rộng, băng thông hẹp, băng thông dài và băng thông ngắn – bao phủ toàn bộ phổ từ cận hồng ngoại đến hồng ngoại trung và xa. Hơn 10.000 loại linh kiện nhạy cảm với hồng ngoại có sẵn.
Thuộc top 3 thế giới về sức mạnh toàn diện.
Doanh nghiệp chuyên biệt và tinh vi cấp quốc gia, thuộc nhóm "Người khổng lồ thu nhỏ".

Trang web: www.mirhz.com
Trang web toàn cầu: www.miroptech.com