Infračervená termografia a tepelné zobrazovanie

Meranie povrchovej teploty zaznamenávaním parametrov ním emitovaného tepelného žiarenia pomocou elektrooptických zariadení sa nazýva infračervená termografia. Ako tušíte, v tomto prípade sa teplo prenáša zo skúmaného povrchu — do meracieho zariadenia vo forme infračervené elektromagnetické vlny.

Moderné elektrooptické prístroje pre infračervenú termografiu dokážu merať tok infračerveného žiarenia a na základe získaných údajov vypočítať teplotu povrchu, s ktorým meracie zariadenie interaguje.

Samozrejme, človek je schopný vnímať infračervené žiarenie a dokonca dokáže vnímať zmeny teploty v rozmedzí stotín stupňa s nervovými zakončeniami na povrchu kože. Pri takejto vysokej citlivosti však ľudské telo nie je prispôsobené na to, aby dotykom detekovalo relatívne vysoké teploty bez poškodenia zdravia. V najlepšom prípade je to plné popálenin.

A aj keď sa ukáže, že citlivosť človeka na teplotu je taká vysoká ako citlivosť zvierat schopných odhaliť korisť teplom v úplnej tme, stále skôr či neskôr bude potrebovať citlivejší prístroj, ktorý dokáže pracovať v širšom teplotnom rozsahu ako prirodzená fyziológia. umožňuje...

Koniec koncov, takýto nástroj bol vyvinutý. Najprv to boli mechanické zariadenia, neskôr precitlivené elektronické. Zdá sa, že dnes sú tieto zariadenia zvyčajnými atribútmi, keď je potrebné vykonať tepelnú kontrolu na vyriešenie akéhokoľvek z nespočetných technických problémov.

Samotné slovo „infračervené“ alebo skrátene „IR“ označuje polohu tepelných vĺn „za červenou“ podľa ich umiestnenia v škále najširšieho spektra elektromagnetického žiarenia. Pokiaľ ide o slovo "termografia", zahŕňa "termo" - teplota a "grafické" - obraz - teplotný obraz.

Počiatky infračervenej termografie

Základ tejto línie výskumu položil nemecký astronóm William Herschel, ktorý uskutočnil výskum so spektrami slnečného svetla v roku 1800. Prepúšťaním slnečného svetla cez hranol umiestnil Herschel citlivý ortuťový teplomer do oblastí rôznych farieb, na ktoré dopadalo slnečné svetlo. na hranole, bol rozdelený.

V priebehu experimentu, keď sa teplomer posunul za červenú čiaru, zistil, že existuje aj nejaké neviditeľné, ale s výrazným zahrievacím účinkom, žiarenie.

Žiarenie, ktoré Herschel pozoroval vo svojom experimente, bolo v tej oblasti elektromagnetického spektra, ktoré ľudské videnie nevnímalo ako žiadnu farbu.Bola to oblasť „neviditeľného tepelného žiarenia“, aj keď určite bola v spektre elektromagnetických vĺn, ale pod viditeľnou červenou.

Neskôr nemecký fyzik Thomas Seebeck objavil termoelektrinu a v roku 1829 taliansky fyzik Nobili vytvoril termočlánok založený na prvých známych termočlánkoch, ktorého princíp by bol založený na skutočnosti, že pri zmene teploty medzi dvoma rôznymi kovmi zodpovedajúci potenciálny rozdiel vzniká na koncoch obvodu zloženého z týchto...

Meloni čoskoro vynájde tzv Termočlánok (z termočlánkov inštalovaných v sérii) a zaostrením infračervených vĺn naň určitým spôsobom bude schopný detekovať zdroj tepla vo vzdialenosti 9 metrov.

Termoelektrický článok — sériové spojenie termoprvkov na získanie väčšieho elektrického výkonu alebo chladiacej kapacity (pri prevádzke v termoelektrickom alebo chladiacom režime).

Samuel Langley v roku 1880 objavil kravu v ruji vo vzdialenosti 300 metrov. To sa uskutoční pomocou balometra, ktorý meria zmenu elektrického odporu, ktorá je neoddeliteľne spojená so zmenou teploty.

Nástupca jeho otca John Herschel v roku 1840 použil odparograf, s ktorým získal prvý infračervený obraz v odrazenom svetle vďaka mechanizmu vyparovania pri rôznych rýchlostiach najtenšieho filmu oleja.

Na diaľkové získavanie termosnímkov sa dnes používajú špeciálne prístroje — termokamery, ktoré umožňujú získať informácie o infračervenom žiarení bez kontaktu so skúmaným zariadením a okamžitú vizualizáciu. Prvé termokamery boli založené na fotoodporových infračervených senzoroch.

V roku 1918 American Keys robil experimenty s fotorezistormi, kde dostával signály vďaka ich priamej interakcii s fotónmi. Vznikol tak citlivý detektor tepelného žiarenia, pracujúci na princípe fotovodivosti.

IR termografia v modernom svete

Počas vojnových rokov slúžili objemné termokamery najmä na vojenské účely, preto sa vývoj termovíznej techniky zrýchlil po roku 1940. Nemci zistili, že chladením fotorezistorového prijímača môžete zlepšiť jeho vlastnosti.

Po 60. rokoch sa objavili prvé prenosné termokamery, pomocou ktorých vykonávajú diagnostiku budov. Boli to spoľahlivé nástroje, ale s nízkou kvalitou obrázkov. V 80. rokoch sa termovízia začala zavádzať nielen v priemysle, ale aj v medicíne. Termokamery boli kalibrované tak, aby poskytovali rádiometrický obraz - teploty všetkých bodov na obrázku.

Prvé plynom chladené termokamery zobrazovali obraz na čiernobielej obrazovke CRT s katódovou trubicou. Už vtedy bolo možné nahrávať z obrazovky na magnetickú pásku alebo fotopapier. Lacnejšie modely termokamier sú založené na vidikónových trubiciach, nevyžadujú chladenie a sú kompaktnejšie, aj keď termovízia nie je rádiometrická.

V deväťdesiatych rokoch sa maticové infračervené prijímače stali dostupnými pre civilné použitie, vrátane polí obdĺžnikových infračervených prijímačov (citlivých pixelov) inštalovaných v ohniskovej rovine šošovky zariadenia. To bolo výrazné zlepšenie oproti prvým skenovacím IR prijímačom.

Zlepšila sa kvalita termosnímkov a zvýšilo sa priestorové rozlíšenie. Priemerné moderné matricové termokamery majú prijímače s rozlíšením až 640 * 480 — 307 200 mikro-IR prijímačov. Profesionálne zariadenia môžu mať vyššie rozlíšenie - viac ako 1 000 * 1 000.

Technológia IR matrice sa vyvinula v roku 2000. Objavili sa termokamery s dlhým prevádzkovým rozsahom vlnových dĺžok – snímacie vlnové dĺžky od 8 do 15 mikrónov a stredné vlnové dĺžky – navrhnuté pre vlnové dĺžky od 2,5 do 6 mikrónov. Najlepšie modely termokamier sú úplne rádiometrické, majú funkciu prekrývania obrazu a citlivosť 0,05 stupňa alebo menej. Za posledných 10 rokov sa ich cena znížila viac ako 10-krát a kvalita sa zlepšila. Všetky moderné modely môžu komunikovať s počítačom, analyzovať samotné údaje a prezentovať pohodlné správy v akomkoľvek vhodnom formáte.

Tepelné izolátory

Tepelný izolátor obsahuje niekoľko štandardných častí: šošovku, displej, infračervený prijímač, elektroniku, ovládacie prvky merania, pamäťové zariadenie. Vzhľad rôznych častí sa môže líšiť v závislosti od modelu. Termokamera funguje nasledovne. Infračervené žiarenie je zaostrené optikou na prijímač.

Prijímač generuje signál vo forme napätia alebo premenlivého odporu. Tento signál sa privádza do elektroniky, ktorá na obrazovke vytvára obraz – termogram.Rôzne farby na obrazovke zodpovedajú rôznym častiam infračerveného spektra (každý odtieň zodpovedá vlastnej teplote), v závislosti od charakteru rozloženia tepla na povrchu objektu skúmaného termokamerou.

Displej je zvyčajne malý, má vysoký jas a kontrast, čo umožňuje vidieť termogram v rôznych svetelných podmienkach. Okrem obrazu sa na displeji zvyčajne zobrazujú aj ďalšie informácie: úroveň nabitia batérie, dátum a čas, teplota, farebná škála.

IR prijímač je vyrobený z polovodičového materiálu, ktorý generuje elektrický signál pod vplyvom infračervených lúčov, ktoré naň dopadajú. Signál spracováva elektronika, ktorá vytvára obraz na displeji.

Na ovládanie slúžia tlačidlá, ktoré umožňujú meniť rozsah nameraných teplôt, upravovať farebnú paletu, odrazivosť a emisiu pozadia, ako aj ukladať obrázky a reporty.

Súbory digitálnych obrázkov a správ sa zvyčajne ukladajú na pamäťovú kartu. Niektoré termokamery majú funkciu nahrávania hlasu a dokonca aj videa vo vizuálnom spektre. Všetky digitálne údaje uložené počas prevádzky termovíznej kamery je možné prezerať na počítači a analyzovať pomocou softvéru dodávaného s termovíznou kamerou.

Pozri tiež:Bezdotykové meranie teploty počas prevádzky elektrických zariadení