Termografi inframerah dan pengimejan terma
Mengukur suhu permukaan dengan merekodkan parameter sinaran haba yang dipancarkan olehnya menggunakan peranti elektro-optik dipanggil termografi inframerah. Seperti yang anda boleh meneka, dalam kes ini haba dipindahkan dari permukaan yang diperiksa — ke alat pengukur, dalam bentuk gelombang elektromagnet inframerah.
Peranti elektro-optik moden untuk termografi inframerah boleh mengukur aliran sinaran inframerah dan, berdasarkan data yang diperoleh, mengira suhu permukaan dengan peralatan pengukur berinteraksi.
Sudah tentu, seseorang dapat merasakan sinaran inframerah dan juga dapat merasakan perubahan suhu dalam seperseratus darjah dengan hujung saraf pada permukaan kulit. Walau bagaimanapun, dengan kepekaan yang tinggi, tubuh manusia tidak disesuaikan untuk mengesan suhu yang agak tinggi melalui sentuhan tanpa memudaratkan kesihatan. Paling baik, ini penuh dengan kecederaan terbakar.
Dan walaupun kepekaan manusia terhadap suhu ternyata setinggi haiwan yang mampu mengesan mangsa melalui haba dalam kegelapan total, namun lambat laun dia akan memerlukan instrumen yang lebih sensitif yang boleh bekerja dalam julat suhu yang lebih luas daripada fisiologi semula jadi. membolehkan...
Lagipun, alat sedemikian telah dibangunkan. Pada mulanya ini adalah peranti mekanikal, dan kemudiannya peranti elektronik hipersensitif. Hari ini, peranti ini nampaknya menjadi ciri biasa apabila kawalan haba perlu dilakukan untuk menyelesaikan sebarang masalah teknikal yang pelbagai.
Perkataan «inframerah», atau disingkatkan «IR», menandakan kedudukan gelombang haba «di belakang merah», mengikut lokasinya dalam skala spektrum sinaran elektromagnet terluas. Bagi perkataan "termografi", ia termasuk "thermo" - suhu dan "grafik" - imej - imej suhu.
Asal usul termografi inframerah
Asas garis penyelidikan ini diletakkan oleh ahli astronomi Jerman William Herschel, yang menjalankan penyelidikan dengan spektrum cahaya matahari pada tahun 1800. Dengan menghantar cahaya matahari melalui prisma, Herschel meletakkan termometer merkuri sensitif di kawasan yang berbeza warna di mana cahaya matahari jatuh. pada prisma, telah dibahagikan.
Dalam perjalanan eksperimen, apabila termometer dialihkan melepasi garis merah, dia mendapati terdapat juga beberapa sinaran yang tidak kelihatan, tetapi mempunyai kesan pemanasan yang ketara.
Sinaran yang Herschel perhatikan dalam eksperimennya berada di kawasan spektrum elektromagnet yang tidak dilihat oleh penglihatan manusia sebagai sebarang warna.Ini adalah kawasan "sinaran haba yang tidak kelihatan", walaupun ia pasti dalam spektrum gelombang elektromagnet, tetapi di bawah merah yang boleh dilihat.
Kemudian, ahli fizik Jerman Thomas Seebeck akan menemui termoelektrik, dan pada tahun 1829 ahli fizik Itali Nobili akan mencipta termopile berdasarkan termokopel pertama yang diketahui, prinsipnya akan berdasarkan fakta bahawa apabila suhu berubah antara dua logam yang berbeza, sepadan beza keupayaan timbul pada hujung litar yang terdiri daripada ini...
Meloni tidak lama lagi akan mencipta apa yang dipanggil Termopile (daripada termopile dipasang secara bersiri), dan dengan memfokuskan gelombang inframerah padanya dengan cara tertentu, akan dapat mengesan sumber haba pada jarak 9 meter.
Termopile — sambungan bersiri termoelemen untuk mendapatkan kuasa elektrik atau kapasiti penyejukan yang lebih besar (semasa beroperasi dalam mod termoelektrik atau penyejukan, masing-masing).
Samuel Langley pada tahun 1880 menemui seekor lembu dalam keadaan panas pada jarak 300 meter. Ini akan dilakukan menggunakan balometer, yang mengukur perubahan rintangan elektrik yang berkait rapat dengan perubahan suhu.
Pengganti bapanya, John Herschel, pada tahun 1840 menggunakan evaporograf, yang dengannya dia memperoleh imej inframerah pertama dalam cahaya yang dipantulkan terima kasih kepada mekanisme penyejatan pada kelajuan berbeza daripada filem minyak paling nipis.
Hari ini, peranti khas digunakan untuk pemerolehan jauh imej terma — pencitra terma, yang membolehkan mendapatkan maklumat tentang sinaran inframerah tanpa sentuhan dengan peralatan yang sedang disiasat dan visualisasi segera. Pengimej terma pertama adalah berdasarkan penderia inframerah fotoresistif.
Menjelang 1918, American Keys sedang menjalankan eksperimen dengan photoresistors, di mana dia menerima isyarat kerana interaksi langsung mereka dengan foton. Oleh itu, pengesan sensitif sinaran haba dicipta, bekerja pada prinsip fotokonduktiviti.
Termografi IR di dunia moden
Semasa tahun-tahun perang, pengimej haba yang besar digunakan terutamanya untuk tujuan ketenteraan, jadi perkembangan teknologi pengimejan terma dipercepatkan selepas tahun 1940. Orang Jerman mendapati bahawa dengan menyejukkan penerima fotoresistor, anda boleh meningkatkan ciri-cirinya.
Selepas tahun 1960-an, pengimej terma mudah alih pertama muncul, dengan bantuannya mereka menjalankan diagnostik bangunan. Ia adalah alat yang boleh dipercayai tetapi dengan imej yang tidak berkualiti. Pada tahun 1980-an, pengimejan terma mula diperkenalkan bukan sahaja dalam industri, tetapi juga dalam bidang perubatan. Kamera terma telah ditentukur untuk memberikan imej radiometrik—suhu semua titik dalam imej.
Kamera terma disejukkan gas pertama memaparkan imej pada skrin CRT hitam-putih dengan tiub sinar katod. Walaupun begitu adalah mungkin untuk merakam dari skrin ke pita magnetik atau kertas foto. Model kamera terma yang lebih murah adalah berdasarkan tiub vidicon, tidak memerlukan penyejukan dan lebih padat, walaupun pengimejan terma bukan radiometrik.
Menjelang 1990-an, penerima inframerah matriks tersedia untuk kegunaan awam, termasuk tatasusunan penerima inframerah segi empat tepat (piksel sensitif) yang dipasang pada satah fokus kanta peranti. Ini merupakan peningkatan yang ketara berbanding penerima IR pengimbasan pertama.
Kualiti imej terma telah bertambah baik dan resolusi spatial telah meningkat. Pengimej haba matriks moden purata mempunyai penerima dengan resolusi sehingga 640 * 480 — 307,200 penerima mikro-IR. Peranti profesional boleh mempunyai resolusi yang lebih tinggi — melebihi 1000 * 1000.
Teknologi matriks IR berkembang pada tahun 2000-an. Pengimejan terma telah muncul dengan julat operasi panjang gelombang yang panjang — mengesan panjang gelombang dari 8 hingga 15 mikron dan panjang gelombang sederhana — direka untuk panjang gelombang dari 2.5 hingga 6 mikron. Model terbaik pengimej haba adalah radiometrik sepenuhnya, mempunyai fungsi tindanan imej dan kepekaan 0.05 darjah atau kurang. Sepanjang 10 tahun yang lalu, harga untuk mereka telah menurun lebih daripada 10 kali ganda, dan kualiti telah bertambah baik. Semua model moden boleh berinteraksi dengan komputer, menganalisis data itu sendiri dan membentangkan laporan yang mudah dalam sebarang format yang sesuai.
Penebat haba
Pengasing haba termasuk beberapa bahagian standard: kanta, paparan, penerima inframerah, elektronik, kawalan pengukuran, peranti storan. Penampilan pelbagai bahagian mungkin berbeza bergantung pada model. Pengimejan terma berfungsi seperti berikut. Sinaran inframerah difokuskan oleh optik ke penerima.
Penerima menjana isyarat dalam bentuk voltan atau rintangan berubah. Isyarat ini disalurkan kepada elektronik, yang membentuk imej — termogram — pada skrin.Warna yang berbeza pada skrin sepadan dengan bahagian spektrum inframerah yang berbeza (setiap naungan sepadan dengan suhunya sendiri), bergantung pada sifat taburan haba pada permukaan objek yang diperiksa oleh pengimejan terma.
Paparan biasanya kecil, mempunyai kecerahan dan kontras yang tinggi, yang membolehkan anda melihat termogram dalam keadaan pencahayaan yang berbeza. Sebagai tambahan kepada imej, paparan biasanya menunjukkan maklumat tambahan: tahap cas bateri, tarikh dan masa, suhu, skala warna.
Penerima IR diperbuat daripada bahan semikonduktor yang menghasilkan isyarat elektrik di bawah pengaruh sinar inframerah yang jatuh ke atasnya. Isyarat diproses oleh elektronik yang membentuk imej pada paparan.
Untuk kawalan, terdapat butang yang membolehkan anda menukar julat suhu yang diukur, melaraskan palet warna, pemantulan dan pelepasan latar belakang, serta menyimpan imej dan laporan.
Imej digital dan fail laporan biasanya disimpan ke kad memori. Sesetengah pengimej haba mempunyai fungsi merakam suara dan juga video dalam spektrum visual. Semua data digital yang disimpan semasa mengendalikan kamera pengimejan terma boleh dilihat pada komputer dan dianalisis menggunakan perisian yang dibekalkan dengan kamera pengimejan terma.
Lihat juga:Pengukuran suhu tanpa sentuhan semasa pengendalian peralatan elektrik