التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء والتصوير الحراري

قياس درجة حرارة السطح عن طريق تسجيل معلمات الإشعاع الحراري المنبعث منه باستخدام الأجهزة الكهروضوئية يسمى التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء. كما يمكنك التخمين ، في هذه الحالة يتم نقل الحرارة من السطح الذي تم فحصه - إلى جهاز القياس ، في النموذج الموجات الكهرومغناطيسية تحت الحمراء.

يمكن للأجهزة الكهروضوئية الحديثة الخاصة بالتصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء قياس تدفق الأشعة تحت الحمراء ، وبناءً على البيانات التي تم الحصول عليها ، تحسب درجة حرارة السطح الذي يتفاعل معه جهاز القياس.

بالطبع ، يمكن لأي شخص أن يشعر بالأشعة تحت الحمراء ويمكنه حتى استشعار التغيرات في درجة الحرارة في غضون مئات من الدرجة مع النهايات العصبية على سطح الجلد. ومع ذلك ، مع هذه الحساسية العالية ، فإن جسم الإنسان غير مهيأ لاكتشاف درجات الحرارة المرتفعة نسبيًا عن طريق اللمس دون الإضرار بالصحة. في أحسن الأحوال ، هذا محفوف بإصابات الحروق.

وحتى إذا تبين أن حساسية الإنسان للحرارة عالية مثل تلك التي لدى الحيوانات القادرة على اكتشاف الفريسة بالحرارة في الظلام الدامس ، فإنه سيحتاج عاجلاً أم آجلاً إلى أداة أكثر حساسية يمكنها العمل في نطاق درجات حرارة أوسع من علم وظائف الأعضاء الطبيعي. يسمح ...

بعد كل شيء ، تم تطوير هذه الأداة. في البداية كانت هذه أجهزة ميكانيكية ، ولاحقًا أجهزة إلكترونية شديدة الحساسية. اليوم ، يبدو أن هذه الأجهزة هي السمات المعتادة عند الحاجة إلى إجراء التحكم الحراري لحل أي من المشاكل التقنية التي لا تعد ولا تحصى.

تشير كلمة «الأشعة تحت الحمراء» ذاتها ، أو اختصارها «IR» ، إلى موقع موجات الحرارة «خلف الأحمر» ، بحسب موقعها في مقياس أوسع طيف للإشعاع الكهرومغناطيسي. أما كلمة "Thermoography" فتتضمن "thermo" - درجة حرارة و "رسم بياني" - صورة - صورة درجة حرارة.

أصول التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء

وضع أساس هذا الخط البحثي عالم الفلك الألماني ويليام هيرشل ، الذي أجرى بحثًا حول أطياف ضوء الشمس في عام 1800. ومن خلال نقل ضوء الشمس عبر منشور ، وضع هيرشل مقياس حرارة زئبقيًا حساسًا في مناطق ذات ألوان مختلفة يسقط عليها ضوء الشمس. على المنشور ، تم تقسيمه.

أثناء التجربة ، عندما تم نقل مقياس الحرارة إلى ما وراء الخط الأحمر ، وجد أن هناك أيضًا بعض الإشعاع غير المرئي ، ولكن له تأثير تسخين ملحوظ.

كان الإشعاع الذي لاحظه هيرشل في تجربته في تلك المنطقة من الطيف الكهرومغناطيسي التي لم تكن تُدرك من قبل الرؤية البشرية مثل أي لون.كانت هذه منطقة "الإشعاع الحراري غير المرئي" ، على الرغم من أنها كانت بالتأكيد في طيف الموجات الكهرومغناطيسية ، ولكن تحت الأحمر المرئي.

لاحقًا ، اكتشف الفيزيائي الألماني توماس سيبيك الطاقة الكهروحرارية ، وفي عام 1829 قام الفيزيائي الإيطالي نوبيلي بإنشاء قالب حراري قائم على أول مزدوجات حرارية معروفة ، والتي يعتمد مبدأها على حقيقة أنه عندما تتغير درجة الحرارة بين معدنين مختلفين ، فإن المقابلة ، ينشأ فرق محتمل في نهايات الدائرة المكونة من هذه ...

سيخترع ميلوني قريبًا ما يسمى ب يمكن لمصنّع حراري (من أعمدة حرارية مثبتة في سلسلة) ، ومن خلال تركيز موجات الأشعة تحت الحمراء عليه بطريقة معينة ، اكتشاف مصدر حرارة على مسافة 9 أمتار.

Thermopile - التوصيل التسلسلي للعناصر الحرارية للحصول على طاقة كهربائية أكبر أو قدرة تبريد أكبر (عند التشغيل في أوضاع الكهروحرارية أو التبريد ، على التوالي).

اكتشف صموئيل لانجلي في عام 1880 بقرة في الحرارة على مسافة 300 متر. سيتم ذلك باستخدام مقياس التوازن ، الذي يقيس التغير في المقاومة الكهربائية التي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالتغير في درجة الحرارة.

استخدم خليفة والده ، جون هيرشل ، في عام 1840 جهاز التبخير ، والذي حصل من خلاله على أول صورة بالأشعة تحت الحمراء في الضوء المنعكس بفضل آلية التبخر بسرعات مختلفة لأرق طبقة من الزيت.

اليوم ، تُستخدم أجهزة خاصة لاكتساب الصور الحرارية عن بُعد - أجهزة التصوير الحراري ، والتي تسمح بالحصول على معلومات حول الأشعة تحت الحمراء دون ملامسة الجهاز قيد التحقيق والتصور الفوري. اعتمدت أجهزة التصوير الحرارية الأولى على مستشعرات الأشعة تحت الحمراء المقاومة للضوء.

بحلول عام 1918 ، كان American Keys يجري تجارب مع مقاومات الضوء ، حيث تلقى إشارات بسبب تفاعلها المباشر مع الفوتونات. وهكذا ، تم إنشاء كاشف حساس للإشعاع الحراري ، يعمل على مبدأ الموصلية الضوئية.

التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء في العالم الحديث

خلال سنوات الحرب ، خدمت أجهزة التصوير الحراري الضخمة أغراضًا عسكرية بشكل أساسي ، لذا تسارع تطوير تقنية التصوير الحراري بعد عام 1940. وجد الألمان أنه من خلال تبريد جهاز الاستقبال المقاوم للضوء ، يمكنك تحسين خصائصه.

بعد الستينيات من القرن الماضي ، ظهرت أول أجهزة التصوير الحراري المحمولة ، والتي تساعد في تشخيص المباني. كانت أدوات موثوقة ولكن مع صور ذات جودة رديئة. في الثمانينيات ، بدأ إدخال التصوير الحراري ليس فقط في الصناعة ، ولكن أيضًا في الطب. تمت معايرة الكاميرات الحرارية لإعطاء صورة إشعاعية - درجات حرارة جميع النقاط في الصورة.

عرضت الكاميرات الحرارية الأولى المبردة بالغاز الصورة على شاشة CRT باللونين الأبيض والأسود مع أنبوب أشعة الكاثود. حتى ذلك الحين كان من الممكن التسجيل من الشاشة على شريط مغناطيسي أو ورق صور. تعتمد الموديلات الأرخص من الكاميرات الحرارية على أنابيب vidicon ، ولا تتطلب التبريد وهي أكثر إحكاما ، على الرغم من أن التصوير الحراري ليس إشعاعيًا.

بحلول التسعينيات ، أصبحت مستقبلات الأشعة تحت الحمراء المصفوفة متاحة للاستخدام المدني ، بما في ذلك صفيفات مستقبلات الأشعة تحت الحمراء المستطيلة (وحدات البكسل الحساسة) المثبتة في المستوى البؤري لعدسة الجهاز. كان هذا تحسنًا كبيرًا مقارنة بأول مسح مستقبلات الأشعة تحت الحمراء.

تحسنت جودة الصور الحرارية وزادت الدقة المكانية. تحتوي أجهزة التصوير الحراري الحديثة ذات المصفوفة المتوسطة على أجهزة استقبال بدقة تصل إلى 640 * 480 - 307200 مستقبلات الأشعة تحت الحمراء الصغيرة. يمكن أن تتمتع الأجهزة الاحترافية بدقة أعلى - أكثر من 1000 * 1000.

تطورت تقنية مصفوفة الأشعة تحت الحمراء في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. ظهرت أجهزة التصوير الحراري مع نطاق تشغيل طويل الموجة - استشعار أطوال موجية من 8 إلى 15 ميكرون وأطوال موجية متوسطة - مصممة لأطوال موجية من 2.5 إلى 6 ميكرون. أفضل نماذج أجهزة التصوير الحراري هي قياس إشعاعي تمامًا ، ولها وظيفة تراكب للصور وحساسية تبلغ 0.05 درجة أو أقل. على مدى السنوات العشر الماضية ، انخفض سعرها أكثر من 10 مرات ، وتحسنت الجودة. يمكن لجميع النماذج الحديثة التفاعل مع الكمبيوتر وتحليل البيانات نفسها وتقديم تقارير ملائمة بأي تنسيق مناسب.

عوازل حرارية

يشتمل العازل الحراري على عدة أجزاء قياسية: العدسة ، العرض ، مستقبل الأشعة تحت الحمراء ، الإلكترونيات ، أدوات التحكم في القياس ، جهاز التخزين. قد يختلف مظهر الأجزاء المختلفة وفقًا للطراز. يعمل جهاز التصوير الحراري على النحو التالي. يتم تركيز الأشعة تحت الحمراء بواسطة البصريات على جهاز الاستقبال.

يولد المستقبل إشارة على شكل جهد أو مقاومة متغيرة. يتم تغذية هذه الإشارة إلى الإلكترونيات التي تشكل صورة - رسم حراري - على الشاشة.تتوافق الألوان المختلفة على الشاشة مع أجزاء مختلفة من طيف الأشعة تحت الحمراء (كل ظل يتوافق مع درجة حرارته الخاصة) ، اعتمادًا على طبيعة توزيع الحرارة على سطح الكائن الذي تم فحصه بواسطة المصور الحراري.

عادة ما تكون الشاشة صغيرة الحجم وذات سطوع وتباين عالٍ ، مما يسمح لك بمشاهدة الرسم البياني في ظروف الإضاءة المختلفة. بالإضافة إلى الصورة ، تعرض الشاشة عادةً معلومات إضافية: مستوى شحن البطارية والتاريخ والوقت ودرجة الحرارة ومقياس اللون.

يتكون مستقبل الأشعة تحت الحمراء من مادة شبه موصلة تولد إشارة كهربائية تحت تأثير الأشعة تحت الحمراء التي تسقط عليها. تتم معالجة الإشارة بواسطة الإلكترونيات التي تشكل صورة على الشاشة.

للتحكم ، هناك أزرار تسمح لك بتغيير نطاق درجات الحرارة المقاسة ، وضبط لوحة الألوان ، والانعكاس وانبعاث الخلفية ، وكذلك حفظ الصور والتقارير.

عادةً ما يتم حفظ ملفات الصور الرقمية والتقارير على بطاقة ذاكرة. بعض أجهزة التصوير الحراري لها وظيفة تسجيل الصوت وحتى الفيديو في الطيف المرئي. يمكن عرض جميع البيانات الرقمية المحفوظة أثناء تشغيل كاميرا التصوير الحراري على جهاز كمبيوتر وتحليلها باستخدام البرنامج المزود بكاميرا التصوير الحراري.

أنظر أيضا:قياس درجة حرارة عدم التلامس أثناء تشغيل المعدات الكهربائية