Infrapunatermografia ja lämpökuvaus
Pintalämpötilan mittaamista tallentamalla sen lähettämän lämpösäteilyn parametrit sähköoptisilla laitteilla kutsutaan infrapunatermografiaksi. Kuten arvata saattaa, lämpö siirtyy tässä tapauksessa tutkittavalta pinnalta — mittalaitteeseen, muodossa infrapuna sähkömagneettiset aallot.
Nykyaikaiset sähköoptiset infrapunatermografialaitteet voivat mitata infrapunasäteilyn virtausta ja laskea saatujen tietojen perusteella sen pinnan lämpötilan, jonka kanssa mittauslaitteisto on vuorovaikutuksessa.
Tietysti ihminen pystyy aistimaan infrapunasäteilyä ja jopa aistimaan lämpötilan muutoksia asteen sadasosissa hermopäätteiden ollessa ihon pinnalla. Näin korkealla herkkyydellä ihmiskeho ei kuitenkaan ole sopeutunut havaitsemaan suhteellisen korkeita lämpötiloja koskettamalla vahingoittamatta terveyttä. Parhaimmillaan tämä on täynnä palovammoja.
Ja vaikka ihmisen herkkyys lämpötilalle osoittautuisi yhtä korkeaksi kuin eläinten, jotka pystyvät havaitsemaan saaliin lämmön avulla täydellisessä pimeydessä, hän tarvitsee kuitenkin ennemmin tai myöhemmin herkemmän instrumentin, joka voi toimia laajemmalla lämpötila-alueella kuin luonnollinen fysiologia. sallii...
Loppujen lopuksi tällainen työkalu kehitettiin. Aluksi nämä olivat mekaanisia laitteita ja myöhemmin yliherkkiä elektronisia. Nykyään nämä laitteet näyttävät olevan tavallisia ominaisuuksia, kun lämpövalvonta on suoritettava ratkaisemaan lukemattomia teknisiä ongelmia.
Sana "infrapuna" tai lyhennettynä "IR" tarkoittaa lämpöaaltojen sijaintia "punaisen takana" sen mukaan, missä ne sijaitsevat sähkömagneettisen säteilyn laajimman spektrin asteikolla. Mitä tulee sanaan "termografia", se sisältää "termo" - lämpötila ja "graafinen" - kuva - lämpötilakuva.
Infrapunatermografian alkuperä
Tämän tutkimuslinjan perustan loi saksalainen tähtitieteilijä William Herschel, joka tutki auringonvalon spektrejä vuonna 1800. Lähettämällä auringonvaloa prisman läpi Herschel asetti herkän elohopealämpömittarin erivärisille alueille, joille auringonvalo putoaa. prismassa, jaettiin.
Kokeen aikana, kun lämpömittaria siirrettiin punaisen viivan yli, hän havaitsi, että siellä oli myös näkymätöntä, mutta tuntuvasti lämmittävää säteilyä.
Säteily, jonka Herschel havaitsi kokeessaan, oli sillä sähkömagneettisen spektrin alueella, jota ihmisen näkö ei havainnut millään värillä.Tämä oli "näkymättömän lämpösäteilyn" alue, vaikka se oli ehdottomasti sähkömagneettisten aaltojen spektrissä, mutta näkyvän punaisen alapuolella.
Myöhemmin saksalainen fyysikko Thomas Seebeck löysi lämpösähkön, ja vuonna 1829 italialainen fyysikko Nobili loi ensimmäisten tunnettujen lämpöparien pohjalta lämpöpaalun, jonka periaate perustuisi siihen, että lämpötilan muuttuessa kahden eri metallin välillä vastaava potentiaaliero syntyy piirin päissä, jotka muodostuvat näistä...
Meloni keksii pian ns Lämpöpaalu (sarjaan asennetuista lämpöpaaluista) ja kohdistamalla siihen infrapuna-aallot tietyllä tavalla, pystyy havaitsemaan lämmönlähteen 9 metrin etäisyydeltä.
Thermopiili — lämpöelementtien sarjaliitäntä suuren sähkötehon tai jäähdytyskapasiteetin saamiseksi (käytettäessä lämpösähköisessä tai jäähdytystilassa).
Samuel Langley vuonna 1880 löysi lehmän kuumuudessa 300 metrin etäisyydeltä. Tämä tehdään balometrillä, joka mittaa sähkövastuksen muutosta, joka liittyy erottamattomasti lämpötilan muutokseen.
Hänen isänsä seuraaja John Herschel käytti vuonna 1840 haihdutuslaitetta, jolla hän sai ensimmäisen infrapunakuvan heijastuneesta valosta ohuimman öljykalvon eri nopeuksilla tapahtuvan haihtumismekanismin ansiosta.
Nykyään lämpökuvien etäottoon käytetään erikoislaitteita – lämpökameroita, jotka mahdollistavat infrapunasäteilyn tiedon saamisen ilman kosketusta tutkittavaan laitteistoon ja välittömän visualisoinnin. Ensimmäiset lämpökamerat perustuivat valoresistiivisiin infrapunasensoreihin.
Vuoteen 1918 mennessä American Keys suoritti kokeita fotoresistoreilla, joissa hän vastaanotti signaaleja niiden suorasta vuorovaikutuksesta fotonien kanssa. Siten luotiin herkkä lämpösäteilyn ilmaisin, joka toimii valonjohtavuuden periaatteella.
IR-termografia nykymaailmassa
Sotavuosina isot lämpökamerat palvelivat pääasiassa sotilaallisia tarkoituksia, joten lämpökuvaustekniikan kehitys kiihtyi vuoden 1940 jälkeen. Saksalaiset havaitsivat, että jäähdyttämällä valovastusvastaanotinta voit parantaa sen ominaisuuksia.
1960-luvun jälkeen ilmestyivät ensimmäiset kannettavat lämpökamerat, joiden avulla ne tekevät rakennusten diagnostiikkaa. Ne olivat luotettavia työkaluja, mutta huonolaatuisilla kuvilla. 1980-luvulla lämpökuvausta alettiin ottaa käyttöön paitsi teollisuudessa, myös lääketieteessä. Lämpökamerat kalibroitiin antamaan radiometrinen kuva - kuvan kaikkien pisteiden lämpötilat.
Ensimmäiset kaasujäähdytteiset lämpökamerat näyttivät kuvan mustavalkoisella CRT-näytöllä, jossa oli katodisädeputki. Jo silloin oli mahdollista tallentaa näytöltä magneettinauhalle tai valokuvapaperille. Halvemmat lämpökameroiden mallit perustuvat vidicon-putkiin, eivät vaadi jäähdytystä ja ovat kompaktimpia, vaikka lämpökuvaus ei ole radiometristä.
1990-luvulle mennessä matriisi-infrapunavastaanottimia tuli saataville siviilikäyttöön, mukaan lukien suorakaiteen muotoiset infrapunavastaanottimet (herkät pikselit), jotka oli asennettu laitteen linssin polttotasoon. Tämä oli merkittävä parannus ensimmäisiin skannaaviin IR-vastaanottimiin verrattuna.
Lämpökuvien laatu on parantunut ja tilaresoluutio on kasvanut. Keskimääräisissä nykyaikaisissa matriisilämpökameroissa on vastaanottimet, joiden resoluutio on jopa 640 * 480 - 307 200 mikro-IR-vastaanotinta. Ammattimaisilla laitteilla voi olla suurempi resoluutio – yli 1000 * 1000.
IR-matriisiteknologia kehittyi 2000-luvulla. Lämpökamerat ovat ilmaantuneet pitkän aallonpituuden toiminta-alueella - havaitsevat aallonpituudet 8-15 mikronia ja keskipitkät aallonpituudet - suunniteltu 2,5-6 mikronin aallonpituuksille. Parhaat lämpökameramallit ovat täysin radiometrisiä, niissä on kuvan peittotoiminto ja herkkyys 0,05 astetta tai vähemmän. Viimeisten 10 vuoden aikana niiden hinta on laskenut yli 10 kertaa ja laatu on parantunut. Kaikki nykyaikaiset mallit voivat olla vuorovaikutuksessa tietokoneen kanssa, analysoida itse tietoja ja esittää käteviä raportteja missä tahansa sopivassa muodossa.
Lämmöneristimet
Lämpöeristin sisältää useita vakio-osia: linssi, näyttö, infrapunavastaanotin, elektroniikka, mittausohjaimet, tallennuslaite. Eri osien ulkonäkö voi vaihdella mallista riippuen. Lämpökamera toimii seuraavasti. Infrapunasäteily kohdistetaan optiikalla vastaanottimeen.
Vastaanotin tuottaa signaalin jännitteen tai muuttuvan resistanssin muodossa. Tämä signaali syötetään elektroniikkaan, joka muodostaa kuvan – termogrammin – näytölle.Näytön eri värit vastaavat infrapunaspektrin eri osia (jokainen sävy vastaa omaa lämpötilaansa) riippuen lämpökameran tutkiman kohteen pinnan lämmön jakautumisen luonteesta.
Näyttö on yleensä pieni, sillä on korkea kirkkaus ja kontrasti, jonka avulla voit nähdä lämpömittarin erilaisissa valaistusolosuhteissa. Kuvan lisäksi näytöllä näkyy yleensä lisätietoja: akun lataustaso, päivämäärä ja aika, lämpötila, väriasteikko.
IR-vastaanotin on valmistettu puolijohdemateriaalista, joka tuottaa sähköisen signaalin siihen putoavien infrapunasäteiden vaikutuksesta. Signaalia käsittelee elektroniikka, joka muodostaa kuvan näytölle.
Ohjausta varten on painikkeita, joilla voit muuttaa mitattujen lämpötilojen aluetta, säätää väripalettia, heijastavuutta ja taustasäteilyä sekä tallentaa kuvia ja raportteja.
Digitaaliset kuva- ja raporttitiedostot tallennetaan yleensä muistikortille. Joidenkin lämpökameroiden tehtävänä on tallentaa ääntä ja jopa videota visuaaliseen spektriin. Kaikki lämpökameran käytön aikana tallennetut digitaaliset tiedot voidaan tarkastella tietokoneella ja analysoida lämpökameran mukana toimitetulla ohjelmistolla.
Katso myös:Kosketukseton lämpötilan mittaus sähkölaitteiden käytön aikana