Infrarød termografi og termisk billeddannelse

Måling af overfladetemperaturen ved at registrere parametrene for den varmestråling, der udsendes af den ved hjælp af elektro-optiske enheder, kaldes infrarød termografi. Som du kan gætte, overføres varmen i dette tilfælde fra den undersøgte overflade - til måleanordningen i form af infrarøde elektromagnetiske bølger.

Moderne elektro-optiske enheder til infrarød termografi kan måle strømmen af ​​infrarød stråling og, baseret på de opnåede data, beregne temperaturen på overfladen, som måleudstyret interagerer med.

Selvfølgelig er en person i stand til at fornemme infrarød stråling og kan endda mærke temperaturændringer inden for hundrededele af en grad med nerveender på overfladen af ​​huden. Men med så høj følsomhed er den menneskelige krop ikke tilpasset til at registrere relativt høje temperaturer ved berøring uden at skade helbredet. I bedste fald er dette fyldt med forbrændingsskader.

Og selvom menneskets følsomhed over for temperatur viser sig at være lige så høj som hos dyr, der er i stand til at opdage bytte ved varme i totalt mørke, vil det stadig før eller siden have brug for et mere følsomt instrument, der kan arbejde i et bredere temperaturområde end naturlig fysiologi tillader...

Et sådant værktøj blev trods alt udviklet. Først var der tale om mekaniske apparater og senere overfølsomme elektroniske. I dag ser disse enheder ud til at være de sædvanlige egenskaber, når termisk kontrol skal udføres for at løse nogen af ​​de utallige tekniske problemer.

Selve ordet «infrarød», eller forkortet «IR», betegner positionen af ​​varmebølger «bag den røde», i henhold til deres placering i skalaen af ​​det bredeste spektrum af elektromagnetisk stråling. Hvad angår ordet "termografi", omfatter det "termo" - temperatur og "grafisk" - billede - temperaturbillede.

Oprindelsen af ​​infrarød termografi

Grundlaget for denne forskningslinje blev lagt af den tyske astronom William Herschel, som forskede med sollysspektre i 1800. Ved at transmittere sollys gennem et prisme placerede Herschel et følsomt kviksølvtermometer i områder med forskellige farver, hvorpå sollyset faldt på prismet, blev delt.

I løbet af forsøget, da termometeret blev flyttet ud over den røde linje, fandt han ud af, at der også var en vis usynlig, men med en mærkbar opvarmningseffekt, stråling.

Den stråling, som Herschel observerede i sit eksperiment, var i det område af det elektromagnetiske spektrum, der ikke blev opfattet af menneskets syn som nogen farve.Dette var området for "usynlig varmestråling", selvom det bestemt var i spektret af elektromagnetiske bølger, men under det synlige røde.

Senere skulle den tyske fysiker Thomas Seebeck opdage termoelektricitet, og i 1829 ville den italienske fysiker Nobili skabe en termopæl baseret på de første kendte termoelementer, hvis princip ville være baseret på, at når temperaturen skifter mellem to forskellige metaller, svarende til en potentialforskel opstår i enderne af kredsløbet, der består af disse ...

Meloni vil snart opfinde den såkaldte En termopæl (fra termopæle installeret i serie), og ved at fokusere infrarøde bølger på den på en bestemt måde, vil være i stand til at detektere en varmekilde i en afstand af 9 meter.

Termopæl — seriel forbindelse af termoelementer for at opnå større elektrisk effekt eller kølekapacitet (ved drift i henholdsvis termoelektrisk eller kølende tilstand).

Samuel Langley opdagede i 1880 en ko i brunst i en afstand af 300 meter. Dette vil blive gjort ved hjælp af et balometer, som måler ændringen i elektrisk modstand, der er uløseligt forbundet med en ændring i temperaturen.

Hans fars efterfølger, John Herschel, brugte i 1840 en evaporograf, hvormed han opnåede det første infrarøde billede i reflekteret lys takket være mekanismen til fordampning ved forskellige hastigheder af den tyndeste oliefilm.

I dag bruges specielle enheder til fjernoptagelse af termiske billeder - termiske kameraer, som gør det muligt at opnå information om infrarød stråling uden kontakt med det udstyr, der undersøges, og øjeblikkelig visualisering. De første termiske kameraer var baseret på fotoresistive infrarøde sensorer.

I 1918 udførte American Keys eksperimenter med fotomodstande, hvor han modtog signaler på grund af deres direkte interaktion med fotoner. Således blev der skabt en følsom detektor for termisk stråling, der arbejder efter princippet om fotokonduktivitet.

IR termografi i den moderne verden

I krigsårene tjente voluminøse termiske kameraer hovedsageligt militære formål, så udviklingen af ​​termisk billedteknologi accelererede efter 1940. Tyskerne fandt ud af, at man ved at afkøle fotomodstandsmodtageren kan forbedre dens egenskaber.

Efter 1960'erne dukkede de første bærbare termiske kameraer op, ved hjælp af hvilke de udfører diagnostik af bygninger. De var pålidelige værktøjer, men med billeder af dårlig kvalitet. I 1980'erne begyndte termisk billeddannelse at blive introduceret ikke kun i industrien, men også i medicin. De termiske kameraer blev kalibreret til at give et radiometrisk billede - temperaturerne på alle punkter i billedet.

De første gaskølede termiske kameraer viste billedet på en sort-hvid CRT-skærm med et katodestrålerør. Allerede dengang var det muligt at optage fra skærmen på magnetbånd eller fotopapir. Billigere modeller af termiske kameraer er baseret på vidicon-rør, kræver ikke afkøling og er mere kompakte, selvom termisk billeddannelse ikke er radiometrisk.

I 1990'erne blev matrix-infrarøde modtagere tilgængelige til civil brug, inklusive arrays af rektangulære infrarøde modtagere (følsomme pixels) installeret i brændplanet af enhedens linse. Dette var en væsentlig forbedring i forhold til de første scannende IR-modtagere.

Kvaliteten af ​​de termiske billeder er forbedret, og den rumlige opløsning er øget. Gennemsnitlige moderne matrix-termiske kameraer har modtagere med en opløsning på op til 640 * 480 — 307.200 mikro-IR-modtagere. Professionelle enheder kan have en højere opløsning — over 1000 * 1000.

IR matrix-teknologi udviklede sig i 2000'erne. Termiske kameraer er dukket op med et lang bølgelængde-driftsområde - sansning af bølgelængder fra 8 til 15 mikron og mellembølgelængder - designet til bølgelængder fra 2,5 til 6 mikron. De bedste modeller af termiske kameraer er fuldstændig radiometriske, har en billedoverlejringsfunktion og en følsomhed på 0,05 grader eller mindre. I løbet af de seneste 10 år er prisen for dem faldet mere end 10 gange, og kvaliteten er blevet bedre. Alle moderne modeller kan interagere med en computer, analysere selve dataene og præsentere praktiske rapporter i ethvert passende format.

Varmeisolatorer

Den termiske isolator omfatter flere standarddele: linse, skærm, infrarød modtager, elektronik, målekontroller, lagerenhed. Udseendet af de forskellige dele kan variere afhængigt af modellen. Termokameraet fungerer som følger. Den infrarøde stråling fokuseres af optikken på modtageren.

Modtageren genererer et signal i form af en spænding eller variabel modstand. Dette signal føres til elektronikken, som danner et billede - et termogram - på skærmen.Forskellige farver på skærmen svarer til forskellige dele af det infrarøde spektrum (hver nuance svarer til sin egen temperatur), afhængigt af arten af ​​varmefordelingen på overfladen af ​​objektet, der undersøges af termokameraet.

Displayet er normalt lille, har høj lysstyrke og kontrast, hvilket giver dig mulighed for at se termogrammet under forskellige lysforhold. Ud over billedet viser displayet normalt yderligere information: batteriopladningsniveau, dato og klokkeslæt, temperatur, farveskala.

IR-modtageren er lavet af et halvledermateriale, der genererer et elektrisk signal under påvirkning af infrarøde stråler, der falder på den. Signalet behandles af elektronik, der danner et billede på displayet.

Til kontrol er der knapper, der giver dig mulighed for at ændre rækkevidden af ​​målte temperaturer, justere farvepaletten, reflektionsevne og baggrundsemission samt gemme billeder og rapporter.

Digitale billed- og rapportfiler gemmes normalt på et hukommelseskort. Nogle termiske kameraer har den funktion at optage stemme og endda video i det visuelle spektrum. Alle digitale data, der er gemt under betjening af det termiske billedkamera, kan ses på en computer og analyseres ved hjælp af softwaren, der følger med termokameraet.

Se også:Berøringsfri temperaturmåling under drift af elektrisk udstyr