Infravörös termográfia és hőképalkotás
A felületi hőmérséklet mérését az általa kibocsátott hősugárzás paramétereinek elektrooptikai eszközökkel történő rögzítésével infravörös termográfiának nevezzük. Amint sejthető, ebben az esetben a hő a vizsgált felületről - a mérőeszközre - formában, infravörös elektromágneses hullámok.
Az infravörös termográfia modern elektro-optikai eszközei mérhetik az infravörös sugárzás áramlását, és a kapott adatok alapján kiszámíthatják annak a felületnek a hőmérsékletét, amellyel a mérőberendezés kölcsönhatásba lép.
Természetesen az ember képes érzékelni az infravörös sugárzást, és a bőrfelületen lévő idegvégződésekkel akár századfokoson belüli hőmérsékletváltozásokat is érzékel. Ilyen nagy érzékenység mellett azonban az emberi szervezet nem alkalmas arra, hogy érintéssel érzékelje a viszonylag magas hőmérsékletet anélkül, hogy az egészséget károsítaná. A legjobb esetben ez égési sérülésekkel jár.
És még ha az ember hőmérsékletre való érzékenysége olyan magasnak bizonyul is, mint azoknak az állatoknak, amelyek teljes sötétségben képesek hővel érzékelni a zsákmányt, akkor is előbb-utóbb szüksége lesz egy érzékenyebb műszerre, amely szélesebb hőmérsékleti tartományban tud működni, mint a természetes fiziológia. lehetővé tesz...
Végül is egy ilyen eszközt fejlesztettek ki. Eleinte mechanikus eszközök voltak, később pedig túlérzékeny elektronikus eszközök. Ma úgy tűnik, hogy ezek az eszközök a szokásos tulajdonságok, amikor hőszabályozást kell végezni a számtalan műszaki probléma megoldásához.
Maga az „infravörös” szó, vagy rövidítve „IR”, a hőhullámok „vörös mögött” helyzetét jelöli, aszerint, hogy hol helyezkednek el az elektromágneses sugárzás legszélesebb spektrumában. Ami a "termográfia" szót illeti, ez magában foglalja a "termo" - hőmérsékletet és a "grafikus" - kép - hőmérsékleti képet.
Az infravörös termográfia eredete
Ennek a kutatási iránynak az alapjait William Herschel német csillagász fektette le, aki 1800-ban a napfény spektrumaival végzett kutatásokat. A napfényt prizmán keresztül engedve Herschel érzékeny higanyhőmérőt helyezett el különböző színű területeken, amelyekre a napfény esik. a prizmán felosztották.
A kísérlet során, amikor a hőmérőt a piros vonalon túlra mozgatták, azt tapasztalta, hogy láthatatlan, de érezhető fűtőhatású sugárzás is van.
A sugárzás, amelyet Herschel megfigyelt kísérlete során, az elektromágneses spektrumnak azon a tartományában volt, amelyet az emberi látás semmilyen színként nem érzékelt.Ez volt a "láthatatlan hősugárzás" tartománya, bár határozottan az elektromágneses hullámok spektrumában, de a látható vörös alatt volt.
Később Thomas Seebeck német fizikus felfedezte a termoelektromosságot, 1829-ben pedig Nobili olasz fizikus az első ismert hőelemek alapján hőcsövet alkotott, amelynek elve azon alapulna, hogy amikor két különböző fém között a hőmérséklet változik, a ennek megfelelő potenciálkülönbség keletkezik az ezekből álló áramkör végein...
Meloni hamarosan feltalálja az ún Egy hőcső (sorosan telepített hőcsövekből), és az infravörös hullámokat bizonyos módon ráfókuszálja, képes lesz 9 méter távolságból érzékelni egy hőforrást.
Thermopil – hőelemek soros csatlakoztatása nagyobb elektromos teljesítmény vagy hűtési teljesítmény elérése érdekében (termoelektromos vagy hűtési üzemmódban).
Samuel Langley 1880-ban fedezett fel egy hőségben lévő tehenet 300 méteres távolságból. Ez egy balométerrel történik, amely méri az elektromos ellenállás változását, amely elválaszthatatlanul összefügg a hőmérséklet változásával.
Apja utódja, John Herschel 1840-ben egy evaporográfot használt, amellyel a legvékonyabb olajréteg különböző sebességű párolgási mechanizmusának köszönhetően visszavert fényben az első infravörös képet kapta.
Manapság speciális eszközöket használnak a hőképek távoli rögzítésére – hőkamerákat, amelyek lehetővé teszik az infravörös sugárzásról való információszerzést a vizsgált berendezéssel való érintkezés nélkül, és azonnali vizualizációt. Az első hőkamerák fotorezisztív infravörös érzékelőkre épültek.
1918-ra American Keys kísérleteket végzett fotoellenállásokkal, ahol a fotonokkal való közvetlen kölcsönhatásuk miatt kapott jeleket. Így létrejött a hősugárzás érzékeny detektora, amely a fotovezetés elvén működik.
IR termográfia a modern világban
A háború éveiben a terjedelmes hőkamerák főként katonai célokat szolgáltak, így 1940 után felgyorsult a hőkamerás technológia fejlődése. A németek megállapították, hogy a fotoellenállásos vevő hűtésével javítani lehet a tulajdonságait.
Az 1960-as évek után jelentek meg az első hordozható hőkamerák, amelyek segítségével épületek diagnosztikáját végzik. Megbízható eszközök voltak, de rossz minőségű képekkel. Az 1980-as években nemcsak az iparban, hanem az orvostudományban is elkezdték bevezetni a hőképalkotást. A hőkamerákat úgy kalibrálták, hogy radiometrikus képet adjanak – a kép összes pontjának hőmérsékletét.
Az első gázhűtéses hőkamerák fekete-fehér katódsugárcsővel ellátott CRT-képernyőn jelenítették meg a képet. Már ekkor is lehetett rögzíteni a képernyőről mágnesszalagra vagy fotópapírra. A hőkamerák olcsóbb modelljei vidicon csövekre épülnek, nem igényelnek hűtést és kompaktabbak, bár a hőképalkotás nem radiometrikus.
Az 1990-es évekre a mátrix infravörös vevők elérhetővé váltak polgári használatra, beleértve a négyszögletes infravörös vevőegységeket (érzékeny pixeleket), amelyeket az eszköz lencséjének fókuszsíkjába telepítettek. Ez jelentős előrelépést jelent az első letapogató infravörös vevőkészülékekhez képest.
A hőképek minősége javult, a térbeli felbontás pedig nőtt. Az átlagos modern mátrix hőkamerák 640 * 480 - 307 200 mikro-IR vevővel rendelkeznek. A professzionális eszközök nagyobb felbontásúak lehetnek – több mint 1000 * 1000.
Az IR mátrix technológia a 2000-es években fejlődött ki. Megjelentek a hőkamerák hosszú hullámhosszú működési tartománnyal – 8 és 15 mikron közötti hullámhosszú és közepes hullámhosszúságú –, amelyeket 2,5 és 6 mikron közötti hullámhosszra terveztek. A hőkamerák legjobb modelljei teljesen radiometrikusak, képátfedő funkcióval és 0,05 fokos vagy annál kisebb érzékenységgel rendelkeznek. Az elmúlt 10 évben az ára több mint 10-szeresére csökkent, a minőség pedig javult. Minden modern modell képes együttműködni a számítógéppel, elemezni az adatokat, és kényelmes jelentéseket készíteni bármilyen megfelelő formátumban.
Hőszigetelők
A hőszigetelő több szabványos alkatrészt tartalmaz: lencse, kijelző, infravörös vevő, elektronika, mérésvezérlők, tárolóeszköz. A különböző alkatrészek megjelenése típusonként eltérő lehet. A hőkamera a következőképpen működik. Az infravörös sugárzást az optika a vevőre fókuszálja.
A vevő jelet állít elő feszültség vagy változó ellenállás formájában. Ezt a jelet továbbítják az elektronikához, amely képet – termogramot – képez a képernyőn.A képernyőn megjelenő különböző színek az infravörös spektrum különböző részeinek felelnek meg (minden árnyalat a saját hőmérsékletének felel meg), attól függően, hogy a hőkamerával vizsgált tárgy felületén milyen hőeloszlás történik.
A kijelző általában kicsi, nagy fényerővel és kontraszttal rendelkezik, ami lehetővé teszi a termogram megtekintését különböző fényviszonyok között. A kijelzőn a képen kívül általában további információk is megjelennek: akkumulátor töltöttségi szint, dátum és idő, hőmérséklet, színskála.
Az IR vevő félvezető anyagból készül, amely a rá eső infravörös sugarak hatására elektromos jelet generál. A jelet elektronika dolgozza fel, amely képet alkot a kijelzőn.
A vezérléshez olyan gombok állnak rendelkezésre, amelyek segítségével módosítható a mért hőmérsékletek tartománya, módosítható a színpaletta, a fényvisszaverő képesség és a háttérkibocsátás, valamint elmenthető képek és jelentések.
A digitális kép- és jelentésfájlokat általában memóriakártyára menti a rendszer. Egyes hőkamerák hang- és akár videófelvétel funkcióval is rendelkeznek a vizuális spektrumban. A hőkamera működése közben mentett összes digitális adat megtekinthető számítógépen, és a hőkamerához mellékelt szoftver segítségével elemezhető.
Lásd még:Érintésmentes hőmérsékletmérés elektromos berendezések működése közben