Termografie în infraroșu și termoviziune

Măsurarea temperaturii suprafeței prin înregistrarea parametrilor radiației termice emise de aceasta cu ajutorul dispozitivelor electro-optice se numește termografie în infraroșu. După cum puteți ghici, în acest caz, căldura este transferată de la suprafața examinată - la dispozitivul de măsurare, sub forma unde electromagnetice infraroșii.

Dispozitivele electro-optice moderne pentru termografie în infraroșu pot măsura fluxul de radiație infraroșie și, pe baza datelor obținute, pot calcula temperatura suprafeței cu care interacționează echipamentul de măsurare.

Desigur, o persoană este capabilă să sesizeze radiația infraroșie și chiar poate simți schimbările de temperatură în câteva sutimi de grad cu terminații nervoase pe suprafața pielii. Cu toate acestea, cu o sensibilitate atât de mare, corpul uman nu este adaptat să detecteze temperaturi relativ ridicate prin atingere fără a dăuna sănătății. În cel mai bun caz, aceasta este plină de arsuri.

Și chiar dacă sensibilitatea omului la temperatură se dovedește a fi la fel de mare ca cea a animalelor capabile să detecteze prada prin căldură în întuneric total, mai devreme sau mai târziu va avea nevoie de un instrument mai sensibil, care să poată funcționa într-un interval de temperatură mai larg decât fiziologia naturală. permite...

La urma urmei, un astfel de instrument a fost dezvoltat. La început acestea erau dispozitive mecanice, iar mai târziu electronice hipersensibile. Astăzi, aceste dispozitive par a fi atributele obișnuite atunci când trebuie efectuat controlul termic pentru a rezolva oricare dintre nenumăratele probleme tehnice.

Însuși cuvântul „infraroșu”, sau abreviat „IR”, denotă poziția undelor de căldură „în spatele roșului”, în funcție de locația lor pe scara celui mai larg spectru de radiații electromagnetice. În ceea ce privește cuvântul „termografie”, acesta include „termo” – temperatură și „grafic” – imagine – imagine de temperatură.

Originile termografiei în infraroșu

Baza acestei linii de cercetare a fost pusă de astronomul german William Herschel, care a efectuat cercetări cu spectrele luminii solare în 1800. Prin transmiterea luminii solare printr-o prismă, Herschel a plasat un termometru cu mercur sensibil în zone de diferite culori pe care cade lumina soarelui. pe prismă, a fost împărțit.

În cursul experimentului, când termometrul a fost mutat dincolo de linia roșie, a descoperit că există și radiații invizibile, dar cu un efect de încălzire vizibil.

Radiația pe care Herschel a observat-o în experimentul său se afla în acea regiune a spectrului electromagnetic care nu era percepută de viziunea umană ca orice culoare.Aceasta a fost regiunea „radiației de căldură invizibile”, deși era cu siguranță în spectrul undelor electromagnetice, dar sub roșul vizibil.

Mai târziu, fizicianul german Thomas Seebeck avea să descopere termoelectricitatea, iar în 1829 fizicianul italian Nobili va crea un termopil pe baza primelor termocupluri cunoscute, al cărui principiu s-ar baza pe faptul că atunci când temperatura se schimbă între două metale diferite, corespunzătoare o diferență de potențial apare la capetele circuitului compus din acestea...

Meloni va inventa în curând așa-zisul O termopilă (din termopile instalate în serie), și prin focalizarea undelor infraroșii asupra acesteia într-un anumit mod, va putea detecta o sursă de căldură la o distanță de 9 metri.

Thermopile — conectarea în serie a termoelementelor pentru a obține o putere electrică sau o capacitate de răcire mai mare (când funcționează în moduri termoelectrice sau, respectiv, răcire).

Samuel Langley a descoperit în 1880 o vacă în călduri la o distanță de 300 de metri. Acest lucru se va face folosind un balometru, care măsoară modificarea rezistenței electrice care este indisolubil legată de o schimbare a temperaturii.

Succesorul tatălui său, John Herschel, a folosit în 1840 un evaporograf, cu ajutorul căruia a obținut prima imagine în infraroșu în lumină reflectată datorită mecanismului de evaporare la viteze diferite a celei mai subțiri pelicule de ulei.

Astăzi, se folosesc dispozitive speciale pentru achiziționarea de la distanță a imaginilor termice — aparate termice, care permit obținerea de informații despre radiația infraroșie fără contact cu echipamentul investigat și vizualizare imediată. Primele camere termice au fost bazate pe senzori cu infraroșu fotorezistiv.

Până în 1918, American Keys conducea experimente cu fotorezistoare, unde a primit semnale datorită interacțiunii lor directe cu fotonii. Astfel, a fost creat un detector sensibil de radiații termice, care funcționează pe principiul fotoconductivității.

Termografia IR în lumea modernă

În anii de război, aparatele termice voluminoase au servit în principal scopurilor militare, astfel încât dezvoltarea tehnologiei de termoviziune s-a accelerat după 1940. Germanii au descoperit că, prin răcirea receptorului fotorezistor, puteți îmbunătăți caracteristicile acestuia.

După anii 1960, au apărut primele camere termice portabile, cu ajutorul cărora realizează diagnosticarea clădirilor. Erau instrumente de încredere, dar cu imagini de proastă calitate. În anii 1980, termoimagistica a început să fie introdusă nu numai în industrie, ci și în medicină. Camerele termice au fost calibrate pentru a oferi o imagine radiometrică - temperaturile tuturor punctelor din imagine.

Primele camere termice răcite cu gaz au afișat imaginea pe un ecran CRT alb-negru cu un tub catodic. Chiar și atunci a fost posibil să se înregistreze de pe ecran pe bandă magnetică sau hârtie foto. Modelele mai ieftine de camere termice se bazează pe tuburi vidicon, nu necesită răcire și sunt mai compacte, deși termoimagistica nu este radiometrică.

Până în anii 1990, receptoarele cu infraroșu matrice au devenit disponibile pentru uz civil, inclusiv rețele de receptoare infraroșu dreptunghiulare (pixeli sensibili) instalate în planul focal al lentilei dispozitivului. Aceasta a fost o îmbunătățire semnificativă față de primele receptoare IR de scanare.

Calitatea imaginilor termice s-a îmbunătățit, iar rezoluția spațială a crescut. Camerele termice matrice moderne medii au receptoare cu o rezoluție de până la 640 * 480 — 307.200 de receptoare micro-IR. Dispozitivele profesionale pot avea o rezoluție mai mare - peste 1000 * 1000.

Tehnologia matricei IR a evoluat în anii 2000. Au apărut aparatele termice cu o gamă de operare cu lungimi de undă lungi - sesizarea lungimi de undă de la 8 la 15 microni și lungimi de undă medii - concepute pentru lungimi de undă de la 2,5 la 6 microni. Cele mai bune modele de camere termice sunt complet radiometrice, au o funcție de suprapunere a imaginii și o sensibilitate de 0,05 grade sau mai puțin. În ultimii 10 ani, prețul acestora a scăzut de peste 10 ori, iar calitatea s-a îmbunătățit. Toate modelele moderne pot interacționa cu un computer, pot analiza datele în sine și pot prezenta rapoarte convenabile în orice format adecvat.

Izolatoare termice

Izolatorul termic include mai multe piese standard: lentila, display, receptor infrarosu, electronica, comenzi de masurare, dispozitiv de stocare. Aspectul diferitelor părți poate diferi în funcție de model. Termocamera funcționează după cum urmează. Radiația infraroșie este focalizată de optică asupra receptorului.

Receptorul generează un semnal sub forma unei tensiuni sau rezistență variabilă. Acest semnal este transmis electronicelor, care formează o imagine - o termogramă - pe ecran.Culorile diferite de pe ecran corespund diferitelor părți ale spectrului infraroșu (fiecare nuanță corespunde propriei temperaturi), în funcție de natura distribuției de căldură pe suprafața obiectului examinat de termocamera.

Afișajul este de obicei mic, are luminozitate și contrast ridicat, ceea ce vă permite să vedeți termograma în diferite condiții de iluminare. Pe lângă imagine, afișajul arată de obicei informații suplimentare: nivelul de încărcare a bateriei, data și ora, temperatură, scară de culoare.

Receptorul IR este realizat dintr-un material semiconductor care generează un semnal electric sub influența razelor infraroșii care cad asupra acestuia. Semnalul este procesat de electronice care formează o imagine pe afișaj.

Pentru control, există butoane care vă permit să schimbați intervalul de temperaturi măsurate, să reglați paleta de culori, reflectivitatea și emisia de fundal, precum și să salvați imagini și rapoarte.

Fișierele de imagini și rapoarte digitale sunt de obicei salvate pe un card de memorie. Unele camere termice au funcția de a înregistra vocea și chiar video în spectrul vizual. Toate datele digitale salvate în timpul utilizării camerei termice pot fi vizualizate pe un computer și analizate folosind software-ul furnizat împreună cu camera termică.

Vezi si:Măsurarea temperaturii fără contact în timpul funcționării echipamentelor electrice