Infraröd termografi och värmeavbildning

Att mäta yttemperaturen genom att registrera parametrarna för den värmestrålning som den avger med hjälp av elektrooptiska enheter kallas infraröd termografi. Som du kan gissa överförs i detta fall värmen från den undersökta ytan - till mätanordningen, i form av infraröda elektromagnetiska vågor.

Moderna elektrooptiska enheter för infraröd termografi kan mäta flödet av infraröd strålning och, baserat på erhållna data, beräkna temperaturen på ytan som mätutrustningen interagerar med.

Naturligtvis kan en person känna av infraröd strålning och kan till och med känna av temperaturförändringar inom hundradelar av en grad med nervändar på hudens yta. Men med så hög känslighet är människokroppen inte anpassad att upptäcka relativt höga temperaturer genom beröring utan att skada hälsan. I bästa fall är detta kantat av brännskador.

Och även om människans känslighet för temperatur visar sig vara lika hög som hos djur som kan upptäcka byten genom värme i totalt mörker, kommer hon förr eller senare att behöva ett känsligare instrument som kan arbeta i ett större temperaturområde än naturlig fysiologi tillåter...

Trots allt utvecklades ett sådant verktyg. Till en början var det mekaniska apparater och senare överkänsliga elektroniska. Idag verkar dessa enheter vara de vanliga attributen när termisk kontroll måste utföras för att lösa något av de otaliga tekniska problemen.

Själva ordet «infraröd», eller förkortat «IR», betecknar värmevågornas position «bakom det röda», enligt deras placering i skalan av det bredaste spektrumet av elektromagnetisk strålning. När det gäller ordet "termografi" inkluderar det "termo" - temperatur och "grafisk" - bild - temperaturbild.

Ursprunget till infraröd termografi

Grunden till denna forskningslinje lades av den tyske astronomen William Herschel, som utförde forskning med solljusspektra år 1800. Genom att sända solljus genom ett prisma placerade Herschel en känslig kvicksilvertermometer i områden med olika färger på vilka solljuset faller på prismat, delades.

Under experimentets gång, när termometern flyttades bortom den röda linjen, fann han att det också fanns en del osynlig, men med en märkbar uppvärmningseffekt, strålning.

Strålningen som Herschel observerade i sitt experiment var i den delen av det elektromagnetiska spektrumet som inte uppfattades av människans syn som någon färg.Detta var området för "osynlig värmestrålning", även om det definitivt var i spektrumet av elektromagnetiska vågor, men under det synliga röda.

Senare skulle den tyske fysikern Thomas Seebeck upptäcka termoelektricitet, och 1829 skulle den italienska fysikern Nobili skapa en termostapel baserad på de första kända termoelementen, vars princip skulle bygga på det faktum att när temperaturen ändras mellan två olika metaller, motsvarande en potentialskillnad uppstår i ändarna av kretsen som består av dessa...

Meloni kommer snart att uppfinna den sk En termostapel (från termoplar installerade i serie), och genom att fokusera infraröda vågor på den på ett visst sätt, kommer att kunna upptäcka en värmekälla på ett avstånd av 9 meter.

Termopil — seriekoppling av termoelement för att erhålla större elektrisk effekt eller kylkapacitet (vid drift i termoelektriskt respektive kylläge).

Samuel Langley upptäckte 1880 en brunstig ko på 300 meters avstånd. Detta kommer att göras med hjälp av en balometer, som mäter förändringen i elektriskt motstånd som är oupplösligt kopplad till en temperaturförändring.

Hans fars efterträdare, John Herschel, använde 1840 en evaporograf, med vilken han fick den första infraröda bilden i reflekterat ljus tack vare mekanismen för avdunstning vid olika hastigheter av den tunnaste oljefilmen.

Idag används speciella anordningar för fjärrinsamling av värmebilder - värmekamera, som gör det möjligt att få information om infraröd strålning utan kontakt med utrustningen som undersöks och omedelbar visualisering. De första värmekamerorna var baserade på fotoresistiva infraröda sensorer.

År 1918 genomförde American Keys experiment med fotoresistorer, där han fick signaler på grund av deras direkta interaktion med fotoner. Således skapades en känslig detektor för termisk strålning, som arbetar på principen om fotokonduktivitet.

IR-termografi i den moderna världen

Under krigsåren tjänade skrymmande värmekamera främst militära ändamål, så utvecklingen av värmebildteknik accelererade efter 1940. Tyskarna fann att genom att kyla fotoresistormottagaren kan man förbättra dess egenskaper.

Efter 1960-talet dök de första bärbara värmekamerorna upp, med hjälp av vilka de utför diagnostik av byggnader. De var pålitliga verktyg men med bilder av dålig kvalitet. På 1980-talet började värmebilder introduceras inte bara inom industrin utan även inom medicinen. Värmekamerorna kalibrerades för att ge en radiometrisk bild - temperaturerna för alla punkter i bilden.

De första gaskylda värmekamerorna visade bilden på en svart-vit CRT-skärm med ett katodstrålerör. Redan då gick det att spela in från skärmen på magnetband eller fotopapper. Billigare modeller av värmekameror är baserade på vidicon-rör, kräver ingen kylning och är mer kompakta, även om värmeavbildning inte är radiometrisk.

På 1990-talet blev infraröda matrismottagare tillgängliga för civilt bruk, inklusive uppsättningar av rektangulära infraröda mottagare (känsliga pixlar) installerade i enhetens objektivs brännplan. Detta var en betydande förbättring jämfört med de första skanande IR-mottagarna.

Kvaliteten på värmebilderna har förbättrats och den rumsliga upplösningen har ökat. Genomsnittliga moderna matrisvärmekamera har mottagare med en upplösning på upp till 640 * 480 — 307 200 mikro-IR-mottagare. Professionella enheter kan ha en högre upplösning — över 1000 * 1000.

IR-matristeknologin utvecklades på 2000-talet. Värmekamera har dykt upp med ett långt arbetsområde för våglängder - avkännande våglängder från 8 till 15 mikron och medelvåglängder - utformade för våglängder från 2,5 till 6 mikron. De bästa modellerna av värmekamera är helt radiometriska, har en bildöverlagringsfunktion och en känslighet på 0,05 grader eller mindre. Under de senaste 10 åren har priset för dem minskat mer än 10 gånger, och kvaliteten har förbättrats. Alla moderna modeller kan interagera med en dator, analysera själva data och presentera praktiska rapporter i valfritt lämpligt format.

Värmeisolatorer

Värmeisolatorn innehåller flera standarddelar: lins, display, infraröd mottagare, elektronik, mätkontroller, lagringsenhet. Utseendet på de olika delarna kan skilja sig åt beroende på modell. Värmekameran fungerar enligt följande. Den infraröda strålningen fokuseras av optiken på mottagaren.

Mottagaren genererar en signal i form av en spänning eller variabelt motstånd. Denna signal matas till elektroniken, som bildar en bild — ett termogram — på skärmen.Olika färger på skärmen motsvarar olika delar av det infraröda spektrumet (varje nyans motsvarar sin egen temperatur), beroende på typen av värmefördelning på ytan av objektet som undersöks av värmekameran.

Displayen är vanligtvis liten, har hög ljusstyrka och kontrast, vilket gör att du kan se termogrammet i olika ljusförhållanden. Förutom bilden visar displayen vanligtvis ytterligare information: batteriladdningsnivå, datum och tid, temperatur, färgskala.

IR-mottagaren är gjord av ett halvledarmaterial som genererar en elektrisk signal under påverkan av infraröda strålar som faller på den. Signalen bearbetas av elektronik som bildar en bild på displayen.

För kontroll finns det knappar som låter dig ändra intervallet för uppmätta temperaturer, justera färgpaletten, reflektionsförmågan och bakgrundsemissionen samt spara bilder och rapporter.

Digitala bild- och rapportfiler sparas vanligtvis på ett minneskort. Vissa värmekamera har funktionen att spela in röst och till och med video i det visuella spektrumet. All digital data som sparas när värmekameran används kan ses på en dator och analyseras med hjälp av programvaran som medföljer värmekameran.

Se även:Beröringsfri temperaturmätning under drift av elektrisk utrustning