Infrapuna termograafia ja termopildistamine
Pinnatemperatuuri mõõtmist selle kiirgava soojuskiirguse parameetrite registreerimisega elektrooptiliste seadmete abil nimetatakse infrapunatermograafiaks. Nagu arvata võib, kandub soojus sel juhul uuritavalt pinnalt — mõõteseadmesse, kujul infrapuna elektromagnetlained.
Kaasaegsed infrapunatermograafia elektrooptilised seadmed suudavad mõõta infrapunakiirguse voolu ja saadud andmete põhjal arvutada selle pinna temperatuuri, millega mõõteseade interakteerub.
Loomulikult on inimene võimeline tajuma infrapunakiirgust ja tajub isegi temperatuurimuutusi sajandikraadi piires nahapinna närvilõpmetega. Kuid nii kõrge tundlikkuse korral ei ole inimkeha kohandatud suhteliselt kõrgeid temperatuure puudutusega tuvastama ilma tervist kahjustamata. Parimal juhul on see täis põletusvigastusi.
Ja isegi kui inimese temperatuuritundlikkus osutub sama kõrgeks kui loomadel, kes on võimelised täielikus pimeduses saaki kuumuse järgi tuvastama, vajab ta varem või hiljem tundlikumat instrumenti, mis suudab töötada laiemas temperatuurivahemikus kui looduslik füsioloogia. lubab...
Lõppude lõpuks töötati selline tööriist välja. Alguses olid need mehaanilised ja hiljem ülitundlikud elektroonilised seadmed. Tänapäeval tunduvad need seadmed olevat tavalised atribuudid, kui on vaja läbi viia termiline kontroll, et lahendada lugematuid tehnilisi probleeme.
Sõna "infrapuna" või lühendatult "IR" tähistab kuumalainete asukohta "punase taga" vastavalt nende asukohale elektromagnetilise kiirguse kõige laiema spektri skaalal. Mis puutub sõna "termograafia", siis see hõlmab "termo" - temperatuur ja "graafiline" - pilt - temperatuuri pilt.
Infrapuna termograafia päritolu
Sellele uurimissuunale pani aluse saksa astronoom William Herschel, kes uuris päikesevalguse spektreid 1800. aastal. Päikesevalgust läbi prisma edastades paigutas Herschel tundliku elavhõbedatermomeetri eri värvi piirkondadesse, millele päikesevalgus langes. prismal, jagati.
Katse käigus, kui termomeetrit viidi punasest joonest kaugemale, leidis ta, et seal oli ka nähtamatut, kuid märgatava soojendava efektiga kiirgust.
Kiirgus, mida Herschel oma katses täheldas, asus selles elektromagnetilise spektri piirkonnas, mida inimese nägemine ei tajunud ühegi värvina.See oli "nähtamatu soojuskiirguse" piirkond, kuigi see oli kindlasti elektromagnetlainete spektris, kuid allpool nähtavat punast.
Hiljem avastas saksa füüsik Thomas Seebeck termoelektri ja 1829. aastal lõi itaalia füüsik Nobili esimeste teadaolevate termopaaride baasil termovaia, mille põhimõte põhineks asjaolul, et kui temperatuur muutub kahe erineva metalli vahel, vastav potentsiaalide erinevus tekib nendest koosneva ahela otstes...
Meloni mõtleb peagi välja nn Termovaial (jada paigaldatud termovaiadest) ja sellele infrapunalaineid teatud viisil fokusseerides suudab tuvastada soojusallika 9 meetri kauguselt.
Thermopile – termoelementide jadaühendus suurema elektrivõimsuse või jahutusvõimsuse saamiseks (töötades vastavalt termoelektrilises või jahutusrežiimis).
Samuel Langley avastas 1880. aastal 300 meetri kauguselt kuumuses lehma. Seda tehakse balomeetri abil, mis mõõdab elektritakistuse muutust, mis on lahutamatult seotud temperatuurimuutusega.
Tema isa järglane John Herschel kasutas 1840. aastal aurustit, millega sai tänu kõige õhema õlikihi erinevatel kiirustel aurustumismehhanismile esimese infrapunapildi peegeldunud valguses.
Tänapäeval kasutatakse termopiltide kaugsaavutamiseks spetsiaalseid seadmeid — termokaameraid, mis võimaldavad saada infrapunakiirguse kohta infot uuritava seadmega kokku puutumata ja kohe visualiseerida. Esimesed termokaamerad põhinesid fotoresistiivsetel infrapunaanduritel.
1918. aastaks viis American Keys läbi katseid fototakistitega, kus ta sai signaale nende otsese interaktsiooni tõttu footonitega. Nii loodi tundlik soojuskiirguse detektor, mis töötab fotojuhtivuse põhimõttel.
IR-termograafia kaasaegses maailmas
Sõja-aastatel teenisid suuremahulised termokaamerad peamiselt sõjalist eesmärki, mistõttu termopilditehnoloogia areng kiirenes pärast 1940. aastat. Sakslased leidsid, et fototakisti vastuvõtjat jahutades saate selle omadusi parandada.
Pärast 1960. aastaid ilmusid esimesed kaasaskantavad termokaamerad, mille abil nad teostavad hoonete diagnostikat. Need olid usaldusväärsed tööriistad, kuid halva kvaliteediga piltidega. 1980. aastatel hakati termopildistamist kasutama mitte ainult tööstuses, vaid ka meditsiinis. Soojuskaamerad kalibreeriti radiomeetrilise kujutise saamiseks - pildi kõigi punktide temperatuurid.
Esimesed gaasijahutusega termokaamerad kuvasid pilti elektronkiiretoruga mustvalgel CRT-ekraanil. Juba siis sai ekraanilt salvestada magnetlindile või fotopaberile. Soojuskaamerate odavamad mudelid põhinevad vidikontorudel, ei vaja jahutust ja on kompaktsemad, kuigi termopildistamine ei ole radiomeetriline.
1990. aastateks muutusid tsiviilkasutuseks kättesaadavaks maatriks-infrapunavastuvõtjad, sealhulgas ristkülikukujuliste infrapunavastuvõtjate massiivid (tundlikud pikslid), mis on paigaldatud seadme objektiivi fookustasandile. See oli märkimisväärne edasiminek võrreldes esimeste skaneerivate IR-vastuvõtjatega.
Termopiltide kvaliteet on paranenud ja ruumiline eraldusvõime suurenenud. Keskmistel kaasaegsetel maatrikstermokaameratel on vastuvõtjad eraldusvõimega kuni 640 * 480 — 307 200 mikro-IR vastuvõtjat. Professionaalsed seadmed võivad olla suurema eraldusvõimega - üle 1000 * 1000.
IR-maatrikstehnoloogia arenes välja 2000. aastatel. Ilmunud on pika lainepikkusega tööpiirkonnaga termokaamerad – tuvastavad lainepikkusi 8–15 mikronit ja keskmisi lainepikkusi –, mis on mõeldud lainepikkustele 2,5–6 mikronit. Parimad termokaamerate mudelid on täielikult radiomeetrilised, neil on pildi ülekatte funktsioon ja tundlikkus 0,05 kraadi või vähem. Viimase 10 aasta jooksul on nende hind langenud üle 10 korra ja kvaliteet on paranenud. Kõik kaasaegsed mudelid saavad suhelda arvutiga, analüüsida andmeid ise ja esitada mugavaid aruandeid mis tahes sobivas vormingus.
Soojusisolaatorid
Termoisolaator sisaldab mitmeid standardseid osi: objektiiv, ekraan, infrapuna vastuvõtja, elektroonika, mõõtmise juhtnupud, salvestusseade. Erinevate osade välimus võib olenevalt mudelist erineda. Termokaamera töötab järgmiselt. Infrapunakiirgus fokusseeritakse optika abil vastuvõtjale.
Vastuvõtja genereerib signaali pinge või muutuva takistuse kujul. See signaal suunatakse elektroonikasse, mis moodustab ekraanile kujutise — termogrammi.Ekraanil olevad erinevad värvid vastavad infrapunaspektri erinevatele osadele (iga varjund vastab oma temperatuurile), olenevalt soojusjaotuse iseloomust termokaameraga uuritava objekti pinnal.
Ekraan on tavaliselt väike, suure heledusega ja kontrastsusega, mis võimaldab näha termogrammi erinevates valgustingimustes. Tavaliselt kuvatakse ekraanil lisaks pildile lisainfot: aku laetuse tase, kuupäev ja kellaaeg, temperatuur, värviskaala.
IR-vastuvõtja on valmistatud pooljuhtmaterjalist, mis genereerib sellele langevate infrapunakiirte mõjul elektrisignaali. Signaali töötleb elektroonika, mis moodustab ekraanil pildi.
Juhtimiseks on nupud, mis võimaldavad muuta mõõdetud temperatuuride vahemikku, reguleerida värvipaletti, peegeldust ja taustaemissiooni, samuti salvestada pilte ja aruandeid.
Digikujutiste ja aruannete failid salvestatakse tavaliselt mälukaardile. Mõnel termokaameral on heli ja isegi video salvestamise funktsioon visuaalses spektris. Kõiki termokaamera kasutamise ajal salvestatud digitaalseid andmeid saab arvutis vaadata ja termokaameraga kaasasoleva tarkvara abil analüüsida.
Vaata ka:Kontaktivaba temperatuuri mõõtmine elektriseadmete töötamise ajal