Инфрачервена термография и термично изображение
Измерването на температурата на повърхността чрез регистриране на параметрите на топлинното излъчване, излъчвано от нея с помощта на електрооптични устройства, се нарича инфрачервена термография. Както можете да се досетите, в този случай топлината се прехвърля от изследваната повърхност — към измервателното устройство, под формата инфрачервени електромагнитни вълни.
Съвременните електрооптични устройства за инфрачервена термография могат да измерват потока на инфрачервената радиация и въз основа на получените данни да изчислят температурата на повърхността, с която измервателното оборудване взаимодейства.
Разбира се, човек е в състояние да усети инфрачервено лъчение и дори може да усети температурни промени в рамките на стотни от градуса с нервни окончания по повърхността на кожата. Въпреки това, с такава висока чувствителност, човешкото тяло не е пригодено да открива относително високи температури чрез допир, без да навреди на здравето. В най -добрия случай това е изпълнено с наранявания от изгаряне.
И дори ако чувствителността на човек към температурата се окаже толкова висока, колкото тази на животните, способни да откриват плячка чрез топлина в пълна тъмнина, все пак рано или късно той ще се нуждае от по -чувствителен инструмент, който може да работи в по -широк температурен диапазон отколкото естествената физиология позволява …
В крайна сметка е разработен такъв инструмент. Отначало това бяха механични устройства, а по -късно свръхчувствителни — електронни. Днес тези устройства изглеждат обичайните атрибути, когато е необходимо да се извърши термичен контрол, за да се реши някой от безбройните технически проблеми.
Самата дума «инфрачервен» или съкратено «IR» — обозначава позицията на топлинните вълни «зад червеното», според тяхното местоположение в скалата на най -широкия спектър на електромагнитно излъчване. Що се отнася до думата „термография“, тя включва „термо“ — температура и „графично“ — изображение — температурно изображение.
Произходът на инфрачервената термография
Основата на това изследователско направление е поставено от германския астроном Уилям Хершел, който провежда изследване със спектрите на слънчевата светлина през 1800 г. Чрез предаване на слънчева светлина през призма, Хершел постави чувствителен живачен термометър в зони с различни цветове, на които слънчевата светлина, падаща върху призмата, беше разделена.
В хода на експеримента, когато термометърът беше преместен отвъд червената ивица, той откри, че има и известно невидимо, но имащо забележим загряващ ефект радиация.
Радиацията, която Хершел забеляза в своя експеримент, се намираше в тази област на електромагнитния спектър, която не се възприемаше от човешкото зрение като някакъв цвят. Това беше областта на «невидимото топлинно излъчване», макар че определено беше в спектъра на електромагнитните вълни, но под крайно видимото — червено.
По -късно германският физик Томас Зеебек ще открие термоелектричеството, а през 1829 г. италианският физик Нобили ще създаде термопила на базата на първите известни термодвойки, чийто принцип на действие ще се основава на факта, че когато температурата се промени между два различни метала , съответната потенциална разлика възниква в краищата на веригата, съставена от тях …
Скоро Мелони ще изобрети т. Нар. Термопила (от термопилоти, инсталирани последователно), и като фокусира инфрачервените вълни върху нея по определен начин, ще може да открие източник на топлина на разстояние 9 метра.
Термопила — последователно свързване на термоелементи за получаване на по -голяма електрическа мощност или охлаждащ капацитет (при работа съответно в термоелектрически или охлаждащи режими).
Самюъл Ленгли през 1880 г. открива крава по топлина на разстояние 300 метра. Това ще стане с помощта на балометър, който измерва промяната в електрическото съпротивление, което е неразривно свързано с промяна в температурата.
Наследникът на баща му, Джон Хершел, през 1840 г. използва евапограф, с който получава първото инфрачервено изображение в отразена светлина благодарение на механизма на изпаряване при различни скорости на най -тънкия филм от масло.
Днес се използват специални устройства за дистанционно получаване на топлинни изображения — термовизори, които позволяват получаване на информация за инфрачервеното излъчване без контакт с изследваното оборудване и незабавна визуализация. Първите термовизори се основават на фоторезистивни инфрачервени сензори.
До 1918 г. American Keys провежда експерименти с фоторезистори, където получава сигнали поради прякото им взаимодействие с фотоните. Така беше създаден чувствителен детектор на топлинна радиация, работещ на принципа на фотопроводимостта.
IR термография в съвременния свят
През военните години обемистите термовизори служеха главно за военни цели, така че развитието на термовизионната технология се ускори след 1940 г. Германците са установили, че чрез охлаждане на фоторезисторния приемник можете да подобрите неговите характеристики.
След 60 -те години се появяват първите преносими термовизори, с помощта на които извършват диагностика на сгради. Те бяха надеждни инструменти, но с изображения с лошо качество. През 80 -те години термичното изображение започва да се въвежда не само в промишлеността, но и в медицината. Термокамерите бяха калибрирани така, че дават радиометрично изображение — температурите на всички точки на изображението.
Първите термични камери с охлаждане с газ показват изображението на черно-бял екран на ЕЛТ с катодна лъчева тръба. Дори тогава беше възможно да се записва от екрана на магнитна лента или на фотохартия. По -евтините модели термични камери се основават на видиконови тръби, не изискват охлаждане и са по -компактни, въпреки че термичното изображение не е радиометрично.
До 90 -те години матричните инфрачервени приемници станаха достъпни за гражданска употреба, включително масиви от правоъгълни инфрачервени приемници (чувствителни пиксели), инсталирани във фокалната равнина на обектива на устройството. Това беше значително подобрение спрямо първите сканиращи IR приемници.
Качеството на термичните изображения се подобри и пространствената разделителна способност се увеличи. Средните съвременни матрични термовизори имат приемници с резолюция до 640 * 480 — 307 200 микро -IR приемника. Професионалните устройства могат да имат по -висока разделителна способност — над 1000 * 1000.
Технологията на IR матрицата еволюира през 2000 -те години. Появиха се термовизори с дълъг вълнов работен диапазон — сензорни вълни с дължина от 8 до 15 микрона и средно вълнови — проектирани за дължина на вълната от 2,5 до 6 микрона. Най -добрите модели термовизори са изцяло радиометрични, имат функция за наслагване на изображението и чувствителност от 0,05 градуса или по -малко. През последните 10 години цената за тях е намаляла повече от 10 пъти, а качеството се е подобрило. Всички съвременни модели могат да взаимодействат с компютър, да анализират самите данни и да представят удобни отчети във всеки подходящ формат.
Топлоизолатори
Термоизолаторът включва няколко стандартни части: обектив, дисплей, инфрачервен приемник, електроника, контроли за измерване, устройство за съхранение. Външният вид на различните части може да се различава в зависимост от модела. Термовизорът работи по следния начин. Инфрачервеното лъчение се фокусира от оптиката върху приемника.
Приемникът генерира сигнал под формата на напрежение или променливо съпротивление. Този сигнал се подава към електрониката, която формира изображение — термограма на екрана. Различните цветове на екрана съответстват на различни части от инфрачервения спектър (всеки нюанс съответства на собствената си температура), в зависимост от естеството на разпределението на топлината върху повърхността на обекта, изследван от термовизора.
Дисплеят обикновено е малък, има висока яркост и контраст, което ви позволява да видите термограмата при различни условия на осветление. В допълнение към изображението, дисплеят обикновено показва допълнителна информация: ниво на зареждане на батерията, дата и час, температура, цветова скала.
IR приемникът е направен от полупроводников материал, който генерира електрически сигнал под въздействието на инфрачервени лъчи, падащи върху него. Сигналът се обработва от електроника, която формира изображение на дисплея.
За управление има бутони, които ви позволяват да променяте обхвата на измерените температури, да регулирате цветовата палитра, отражателната способност и фоновото излъчване, както и да запазвате изображения и отчети.
Файловете с цифрови изображения и отчети обикновено се записват на карта с памет. Някои термовизори имат функцията да записват глас и дори видео във визуалния спектър. Всички цифрови данни, запазени по време на работа с термовизионната камера, могат да бъдат прегледани на компютър и анализирани с помощта на софтуера, доставен с термовизионната камера.
Вижте също:Безконтактно измерване на температурата по време на работа на електрическо оборудване