Infraraudonųjų spindulių termografija ir terminis vaizdas

Paviršiaus temperatūros matavimas fiksuojant jo skleidžiamos šilumos spinduliuotės parametrus naudojant elektrooptinius prietaisus vadinamas infraraudonųjų spindulių termografija. Kaip jau galima spėti, šiuo atveju šiluma perduodama iš tiriamo paviršiaus į matavimo prietaisą forma infraraudonųjų spindulių elektromagnetinės bangos.

Šiuolaikiniai elektrooptiniai infraraudonųjų spindulių termografijos prietaisai gali išmatuoti infraraudonosios spinduliuotės srautą ir pagal gautus duomenis apskaičiuoti paviršiaus, su kuriuo sąveikauja matavimo įranga, temperatūrą.

Žinoma, žmogus gali pajusti infraraudonąją spinduliuotę ir netgi gali pajusti temperatūros pokyčius per šimtąsias laipsnio dalis su nervų galūnėlėmis odos paviršiuje. Tačiau esant tokiam dideliam jautrumui, žmogaus organizmas nėra pritaikytas aptikti santykinai aukštą temperatūrą lytėjimu nepakenkdamas sveikatai. Geriausiu atveju tai kupina nudegimų.

Ir net jei žmogaus jautrumas temperatūrai pasirodys toks pat didelis kaip gyvūnų, galinčių aptikti grobį karščiu visiškoje tamsoje, vis tiek anksčiau ar vėliau jam prireiks jautresnio instrumento, kuris galėtų veikti platesniame temperatūrų diapazone nei natūrali fiziologija. leidžia...

Juk buvo sukurta tokia priemonė. Iš pradžių tai buvo mechaniniai įrenginiai, o vėliau – itin jautrūs elektroniniai. Šiandien atrodo, kad šie įrenginiai yra įprasti atributai, kai reikia atlikti šiluminę kontrolę, norint išspręsti daugybę techninių problemų.

Pats žodis „infraraudonieji“ arba sutrumpintai „IR“ reiškia karščio bangų padėtį „už raudonos spalvos“, atsižvelgiant į jų vietą plačiausio elektromagnetinės spinduliuotės spektro skalėje. Kalbant apie žodį „termografija“, jis apima „termo“ – temperatūrą ir „grafinį“ – vaizdą – temperatūros vaizdą.

Infraraudonųjų spindulių termografijos ištakos

Šios tyrimų krypties pamatus padėjo vokiečių astronomas Williamas Herschelis, kuris 1800 m. atliko saulės šviesos spektrų tyrimus. Leisdamas saulės šviesą per prizmę, Herschelis įdėjo jautrų gyvsidabrio termometrą skirtingų spalvų srityse, į kurias krenta saulės šviesa. ant prizmės, buvo padalintas.

Eksperimento metu, kai termometras buvo perkeltas už raudonos linijos, jis nustatė, kad ten taip pat yra nematoma, bet pastebima šildančio poveikio spinduliuotė.

Spinduliuotė, kurią Herschelis pastebėjo savo eksperimento metu, buvo toje elektromagnetinio spektro srityje, kurios žmogaus regėjimas nesuvokė kaip jokios spalvos.Tai buvo „nematomos šilumos spinduliuotės“ sritis, nors ji tikrai buvo elektromagnetinių bangų spektre, bet žemiau matomos raudonos.

Vėliau vokiečių fizikas Thomas Seebeckas atrado termoelektrą, o 1829 m. italų fizikas Nobili sukūrė termopilą pirmųjų žinomų termoporų pagrindu, kurio principas būtų pagrįstas tuo, kad temperatūrai keičiantis tarp dviejų skirtingų metalų, atitinkamas potencialų skirtumas atsiranda grandinės, sudarytos iš šių...

Meloni netrukus išras vadinamąjį Termopolis (iš nuosekliai sumontuotų termopolių) ir tam tikru būdu sufokusavus į jį infraraudonąsias bangas, galės aptikti šilumos šaltinį 9 metrų atstumu.

Termoelementas – nuoseklus termoelementų jungimas, siekiant gauti didesnę elektros galią arba aušinimo pajėgumą (atitinkamai veikiant termoelektriniu arba vėsinimo režimu).

Samuelis Langley 1880 metais 300 metrų atstumu aptiko karštą karvę. Tai bus daroma naudojant balometrą, kuris matuoja elektrinės varžos pokytį, kuris yra neatsiejamai susijęs su temperatūros pokyčiu.

Jo tėvo įpėdinis Johnas Herschelis 1840 m. panaudojo evaporografą, su kuriuo gavo pirmąjį infraraudonųjų spindulių vaizdą atspindėtoje šviesoje dėl garavimo mechanizmo skirtingu ploniausios naftos plėvelės greičiu.

Šiandien nuotoliniam termovaizdų gavimui naudojami specialūs prietaisai – termovizoriai, leidžiantys gauti informaciją apie infraraudonąją spinduliuotę be kontakto su tiriama įranga ir nedelsiant vizualizuoti. Pirmieji termovizoriai buvo pagrįsti fotorezistiniais infraraudonųjų spindulių jutikliais.

Iki 1918 m. American Keys atliko eksperimentus su fotorezistoriais, kur jis gaudavo signalus dėl jų tiesioginės sąveikos su fotonais. Taip buvo sukurtas jautrus šiluminės spinduliuotės detektorius, veikiantis fotolaidumo principu.

IR termografija šiuolaikiniame pasaulyje

Karo metais didelių gabaritų termovizoriai daugiausiai tarnavo kariniams tikslams, todėl terminio vaizdo technologijos vystymasis paspartėjo po 1940 m. Vokiečiai nustatė, kad aušinant fotorezistorių imtuvą galima pagerinti jo charakteristikas.

Po septintojo dešimtmečio atsirado pirmieji nešiojamieji termovizoriai, kurių pagalba atlieka pastatų diagnostiką. Tai buvo patikimi įrankiai, bet prastos kokybės vaizdai. Devintajame dešimtmetyje termoviziją pradėjo diegti ne tik pramonė, bet ir medicina. Šiluminės kameros buvo sukalibruotos taip, kad gautų radiometrinį vaizdą – visų vaizdo taškų temperatūrą.

Pirmosios dujomis aušinamos šiluminės kameros vaizdą rodė juodai baltame CRT ekrane su katodinių spindulių vamzdžiu. Jau tada buvo galima įrašyti iš ekrano ant magnetinės juostos ar fotopopieriaus. Pigesni termokamerų modeliai yra paremti vidikono vamzdeliais, nereikalauja aušinimo ir yra kompaktiškesni, nors termovizavimas nėra radiometrinis.

Dešimtajame dešimtmetyje matriciniai infraraudonųjų spindulių imtuvai tapo prieinami civiliniam naudojimui, įskaitant stačiakampių infraraudonųjų spindulių imtuvų (jautrių pikselių) masyvus, sumontuotus prietaiso objektyvo židinio plokštumoje. Tai buvo reikšmingas patobulinimas, palyginti su pirmaisiais skenuojančiais IR imtuvais.

Pagerėjo šiluminių vaizdų kokybė, padidėjo erdvinė raiška. Vidutiniai šiuolaikiniai matriciniai termovizoriai turi imtuvus, kurių skiriamoji geba yra iki 640 * 480 - 307 200 mikro-IR imtuvų. Profesionalūs įrenginiai gali turėti didesnę skiriamąją gebą – daugiau nei 1000 * 1000.

IR matricos technologija išsivystė 2000-aisiais. Pasirodė termovizoriai su ilgo bangos ilgio veikimo diapazonu - jutimo bangos ilgiai nuo 8 iki 15 mikronų ir vidutiniai bangos ilgiai - sukurti bangos ilgiams nuo 2,5 iki 6 mikronų. Geriausi termovizorių modeliai yra visiškai radiometriniai, turi vaizdo perdangos funkciją ir 0,05 laipsnio ar mažesnį jautrumą. Per pastaruosius 10 metų jų kaina sumažėjo daugiau nei 10 kartų, o kokybė pagerėjo. Visi šiuolaikiniai modeliai gali sąveikauti su kompiuteriu, analizuoti pačius duomenis ir pateikti patogias ataskaitas bet kokiu tinkamu formatu.

Šilumos izoliatoriai

Termoizoliatorių sudaro kelios standartinės dalys: objektyvas, ekranas, infraraudonųjų spindulių imtuvas, elektronika, matavimo valdikliai, saugojimo įrenginys. Įvairių dalių išvaizda gali skirtis priklausomai nuo modelio. Termovizorius veikia taip. Infraraudonoji spinduliuotė fokusuojama optika į imtuvą.

Imtuvas generuoja signalą įtampos arba kintamos varžos pavidalu. Šis signalas paduodamas į elektroniką, kuri ekrane suformuoja vaizdą – termogramą.Skirtingos spalvos ekrane atitinka skirtingas infraraudonųjų spindulių spektro dalis (kiekvienas atspalvis atitinka savo temperatūrą), priklausomai nuo šilumos pasiskirstymo termovizoriumi tiriamo objekto paviršiuje.

Ekranas paprastai yra mažas, turi didelį ryškumą ir kontrastą, o tai leidžia matyti termogramą skirtingomis apšvietimo sąlygomis. Be vaizdo, ekrane dažniausiai rodoma papildoma informacija: akumuliatoriaus įkrovos lygis, data ir laikas, temperatūra, spalvų skalė.

IR imtuvas pagamintas iš puslaidininkinės medžiagos, kuri, veikiama ant jo krentančių infraraudonųjų spindulių, generuoja elektrinį signalą. Signalą apdoroja elektronika, kuri ekrane sudaro vaizdą.

Valdymui yra mygtukai, leidžiantys keisti išmatuotų temperatūrų diapazoną, reguliuoti spalvų paletę, atspindį ir fono emisiją, taip pat išsaugoti vaizdus ir ataskaitas.

Skaitmeninių vaizdų ir ataskaitų failai paprastai išsaugomi atminties kortelėje. Kai kurie termovizoriai turi balso ir net vaizdo įrašymo funkciją regėjimo spektre. Visus skaitmeninius duomenis, išsaugotus naudojant terminio vaizdo kamerą, galima peržiūrėti kompiuteryje ir analizuoti naudojant programinę įrangą, pateiktą kartu su terminio vaizdo kamera.

Taip pat žiūrėkite:Nekontaktinis temperatūros matavimas elektros įrenginių eksploatavimo metu