Nhiệt kế hồng ngoại và hình ảnh nhiệt

Đo nhiệt độ bề mặt bằng cách ghi lại các thông số của bức xạ nhiệt do nó phát ra bằng các thiết bị quang điện được gọi là nhiệt kế hồng ngoại. Như bạn có thể đoán, trong trường hợp này, nhiệt được truyền từ bề mặt được kiểm tra — đến thiết bị đo, ở dạng sóng điện từ hồng ngoại.

Các thiết bị quang điện hiện đại để ghi nhiệt hồng ngoại có thể đo lưu lượng bức xạ hồng ngoại và dựa trên dữ liệu thu được, tính toán nhiệt độ của bề mặt mà thiết bị đo tương tác.

Tất nhiên, một người có thể cảm nhận được bức xạ hồng ngoại và thậm chí có thể cảm nhận được sự thay đổi nhiệt độ trong phạm vi một phần trăm độ bằng các đầu dây thần kinh trên bề mặt da. Tuy nhiên, với độ nhạy cao như vậy, cơ thể con người không thích nghi để phát hiện nhiệt độ tương đối cao bằng cách chạm mà không gây hại cho sức khỏe. Tốt nhất, điều này gây ra nhiều vết thương do bỏng.

Và ngay cả khi độ nhạy cảm của con người với nhiệt độ hóa ra cao ngang với độ nhạy cảm của động vật có khả năng phát hiện con mồi bằng nhiệt trong bóng tối hoàn toàn, thì sớm muộn gì con người cũng sẽ cần một công cụ nhạy cảm hơn có thể hoạt động trong phạm vi nhiệt độ rộng hơn so với sinh lý tự nhiên. cho phép...

Rốt cuộc, một công cụ như vậy đã được phát triển. Lúc đầu, đây là những thiết bị cơ học, sau đó là những thiết bị điện tử siêu nhạy. Ngày nay, các thiết bị này dường như là thuộc tính thông thường khi cần thực hiện kiểm soát nhiệt để giải quyết bất kỳ vấn đề kỹ thuật nào.

Chính từ «hồng ngoại», hay viết tắt là «IR», biểu thị vị trí của sóng nhiệt «đằng sau màu đỏ», theo vị trí của chúng trong thang phổ bức xạ điện từ rộng nhất. Riêng từ "thermography" thì bao gồm "thermo" - nhiệt độ và "graphic" - image - hình ảnh nhiệt độ.

Nguồn gốc của nhiệt kế hồng ngoại

Nền tảng của hướng nghiên cứu này được đặt bởi nhà thiên văn học người Đức William Herschel, người đã tiến hành nghiên cứu về quang phổ của ánh sáng mặt trời vào năm 1800. Bằng cách truyền ánh sáng mặt trời qua một lăng kính, Herschel đã đặt một nhiệt kế thủy ngân nhạy cảm vào những vùng có màu sắc khác nhau mà ánh sáng mặt trời chiếu vào. trên lăng kính, đã được phân chia.

Trong quá trình thí nghiệm, khi di chuyển nhiệt kế ra ngoài vạch đỏ, ông phát hiện ra rằng cũng có một số bức xạ vô hình nhưng có tác dụng làm nóng đáng chú ý.

Bức xạ mà Herschel quan sát được trong thí nghiệm của ông nằm trong vùng quang phổ điện từ mà thị giác của con người không cảm nhận được dưới dạng bất kỳ màu nào.Đây là vùng "bức xạ nhiệt vô hình", mặc dù nó chắc chắn nằm trong quang phổ của sóng điện từ, nhưng nằm dưới vùng đỏ có thể nhìn thấy.

Sau đó, nhà vật lý người Đức Thomas Seebeck khám phá ra nhiệt điện, và vào năm 1829, nhà vật lý người Ý Nobili đã tạo ra một pin nhiệt điện dựa trên các cặp nhiệt điện đầu tiên được biết đến, nguyên tắc của cặp nhiệt điện này dựa trên thực tế là khi nhiệt độ thay đổi giữa hai kim loại khác nhau, tương ứng, một sự khác biệt tiềm năng phát sinh ở hai đầu của mạch bao gồm các ...

Meloni sẽ sớm phát minh ra cái gọi là Một pin nhiệt điện (từ các pin nhiệt điện được lắp đặt nối tiếp) và bằng cách tập trung sóng hồng ngoại vào nó theo một cách nhất định, sẽ có thể phát hiện nguồn nhiệt ở khoảng cách 9 mét.

Thermopile — kết nối nối tiếp các phần tử nhiệt để thu được năng lượng điện hoặc khả năng làm mát lớn hơn (khi hoạt động ở chế độ nhiệt điện hoặc làm mát tương ứng).

Samuel Langley vào năm 1880 đã phát hiện ra một con bò động dục ở khoảng cách 300 mét. Điều này sẽ được thực hiện bằng cách sử dụng một balometer, đo lường sự thay đổi điện trở có liên quan chặt chẽ với sự thay đổi nhiệt độ.

Người kế vị của cha ông, John Herschel, vào năm 1840 đã sử dụng máy bay hơi, nhờ đó ông đã thu được hình ảnh hồng ngoại đầu tiên dưới ánh sáng phản xạ nhờ cơ chế bay hơi ở các tốc độ khác nhau của màng dầu mỏng nhất.

Ngày nay, các thiết bị đặc biệt được sử dụng để thu ảnh nhiệt từ xa - thiết bị chụp ảnh nhiệt, cho phép thu được thông tin về bức xạ hồng ngoại mà không cần tiếp xúc với thiết bị đang được điều tra và trực quan hóa ngay lập tức. Các thiết bị chụp ảnh nhiệt đầu tiên dựa trên các cảm biến hồng ngoại quang điện trở.

Đến năm 1918, American Keys tiến hành thí nghiệm với điện trở quang, nơi ông nhận được tín hiệu do tương tác trực tiếp của chúng với photon. Do đó, một máy dò bức xạ nhiệt nhạy cảm đã được tạo ra, hoạt động trên nguyên tắc quang dẫn.

Nhiệt kế hồng ngoại trong thế giới hiện đại

Trong những năm chiến tranh, máy chụp ảnh nhiệt cồng kềnh chủ yếu phục vụ cho mục đích quân sự, vì vậy sự phát triển của công nghệ chụp ảnh nhiệt đã tăng tốc sau năm 1940. Người Đức nhận thấy rằng bằng cách làm mát máy thu quang điện trở, bạn có thể cải thiện các đặc tính của nó.

Sau những năm 1960, những thiết bị chụp ảnh nhiệt di động đầu tiên xuất hiện, với sự trợ giúp của chúng, chúng tiến hành chẩn đoán các tòa nhà. Chúng là những công cụ đáng tin cậy nhưng với hình ảnh chất lượng kém. Vào những năm 1980, hình ảnh nhiệt bắt đầu được giới thiệu không chỉ trong công nghiệp mà còn trong y học. Các máy ảnh nhiệt đã được hiệu chỉnh để tạo ra hình ảnh phóng xạ—nhiệt độ của tất cả các điểm trong hình ảnh.

Máy ảnh nhiệt làm mát bằng khí đầu tiên hiển thị hình ảnh trên màn hình CRT đen trắng với ống tia âm cực. Thậm chí sau đó, người ta có thể ghi từ màn hình lên băng từ hoặc giấy ảnh. Các mẫu máy ảnh nhiệt rẻ hơn dựa trên các ống vidicon, không cần làm mát và nhỏ gọn hơn, mặc dù hình ảnh nhiệt không phải là phép đo bức xạ.

Đến những năm 1990, bộ thu hồng ngoại ma trận đã có sẵn cho mục đích dân sự, bao gồm dãy bộ thu hồng ngoại hình chữ nhật (điểm ảnh nhạy cảm) được lắp đặt trong mặt phẳng tiêu cự của thấu kính của thiết bị. Đây là một cải tiến đáng kể so với các máy thu hồng ngoại quét đầu tiên.

Chất lượng của hình ảnh nhiệt đã được cải thiện và độ phân giải không gian đã tăng lên. Máy tạo ảnh nhiệt ma trận hiện đại trung bình có máy thu có độ phân giải lên tới 640 * 480 — 307.200 máy thu micro-IR. Các thiết bị chuyên nghiệp có thể có độ phân giải cao hơn — trên 1000 * 1000.

Công nghệ ma trận IR đã phát triển vào những năm 2000. Máy tạo ảnh nhiệt đã xuất hiện với phạm vi hoạt động bước sóng dài — cảm biến bước sóng từ 8 đến 15 micrômét và bước sóng trung bình — được thiết kế cho bước sóng từ 2,5 đến 6 micrômét. Các mô hình chụp ảnh nhiệt tốt nhất là hoàn toàn bằng phép đo bức xạ, có chức năng lớp phủ hình ảnh và độ nhạy từ 0,05 độ trở xuống. Trong 10 năm qua, giá của chúng đã giảm hơn 10 lần và chất lượng đã được cải thiện. Tất cả các mô hình hiện đại có thể tương tác với máy tính, tự phân tích dữ liệu và trình bày các báo cáo thuận tiện ở bất kỳ định dạng phù hợp nào.

chất cách nhiệt

Bộ cách ly nhiệt bao gồm một số bộ phận tiêu chuẩn: ống kính, màn hình, bộ thu hồng ngoại, thiết bị điện tử, điều khiển đo lường, thiết bị lưu trữ. Hình thức của các bộ phận khác nhau có thể khác nhau tùy thuộc vào kiểu máy. Máy chụp ảnh nhiệt hoạt động như sau. Bức xạ hồng ngoại được tập trung bởi quang học vào máy thu.

Máy thu tạo ra tín hiệu ở dạng điện áp hoặc điện trở thay đổi. Tín hiệu này được đưa đến thiết bị điện tử, tạo thành hình ảnh — biểu đồ nhiệt — trên màn hình.Các màu khác nhau trên màn hình tương ứng với các phần khác nhau của quang phổ hồng ngoại (mỗi sắc thái tương ứng với nhiệt độ riêng), tùy thuộc vào bản chất của sự phân bố nhiệt trên bề mặt của vật thể được thiết bị chụp ảnh nhiệt kiểm tra.

Màn hình thường nhỏ, có độ sáng và độ tương phản cao, cho phép bạn xem biểu đồ nhiệt độ trong các điều kiện ánh sáng khác nhau. Ngoài hình ảnh, màn hình thường hiển thị thông tin bổ sung: mức sạc pin, ngày giờ, nhiệt độ, thang màu.

Bộ thu hồng ngoại được làm bằng vật liệu bán dẫn tạo ra tín hiệu điện dưới tác động của các tia hồng ngoại chiếu vào nó. Tín hiệu được xử lý bởi các thiết bị điện tử tạo thành hình ảnh trên màn hình.

Để điều khiển, có các nút cho phép bạn thay đổi phạm vi nhiệt độ đo được, điều chỉnh bảng màu, hệ số phản xạ và phát xạ nền, cũng như lưu hình ảnh và báo cáo.

Các tệp báo cáo và hình ảnh kỹ thuật số thường được lưu vào thẻ nhớ. Một số thiết bị tạo ảnh nhiệt có chức năng ghi lại giọng nói và thậm chí cả video trong quang phổ hình ảnh. Tất cả dữ liệu kỹ thuật số được lưu trong khi vận hành camera chụp ảnh nhiệt có thể được xem trên máy tính và được phân tích bằng phần mềm đi kèm với camera chụp ảnh nhiệt.

Xem thêm:Đo nhiệt độ không tiếp xúc trong quá trình vận hành thiết bị điện