Infraroodthermografie en warmtebeeldtechniek

Het meten van de oppervlaktetemperatuur door het vastleggen van de parameters van de warmtestraling die daardoor wordt uitgezonden met behulp van elektro-optische apparaten, wordt infraroodthermografie genoemd. Zoals je kunt raden, wordt in dit geval de warmte overgedragen van het onderzochte oppervlak - naar het meetapparaat, in de vorm infrarode elektromagnetische golven.

Moderne elektro-optische apparaten voor infraroodthermografie kunnen de stroom van infraroodstraling meten en op basis van de verkregen gegevens de temperatuur berekenen van het oppervlak waarmee de meetapparatuur in wisselwerking staat.

Natuurlijk kan een persoon infraroodstraling waarnemen en zelfs temperatuurveranderingen binnen honderdsten van een graad waarnemen met zenuwuiteinden op het huidoppervlak. Met zo'n hoge gevoeligheid is het menselijk lichaam echter niet aangepast om relatief hoge temperaturen door aanraking te detecteren zonder de gezondheid te schaden. In het beste geval is dit beladen met brandwonden.

En zelfs als de gevoeligheid van de mens voor temperatuur net zo hoog blijkt te zijn als die van dieren die in staat zijn om prooien op te sporen door hitte in totale duisternis, toch zal hij vroeg of laat een gevoeliger instrument nodig hebben dat in een breder temperatuurbereik kan werken dan natuurlijke fysiologie. staat toe...

Zo'n tool is immers ontwikkeld. Eerst waren dit mechanische apparaten, later overgevoelige elektronische apparaten. Tegenwoordig lijken deze apparaten de gebruikelijke attributen te zijn wanneer thermische controle moet worden uitgevoerd om een ​​van de talloze technische problemen op te lossen.

Het woord «infrarood», of afgekort «IR», geeft de positie van hittegolven «achter het rood» aan, volgens hun locatie op de schaal van het breedste spectrum van elektromagnetische straling. Wat betreft het woord "thermografie", het omvat "thermo" - temperatuur en "grafisch" - beeld - temperatuurbeeld.

De oorsprong van infraroodthermografie

De basis van deze onderzoekslijn werd gelegd door de Duitse astronoom William Herschel, die in 1800 onderzoek deed met de spectra van zonlicht. Door zonlicht door een prisma te sturen, plaatste Herschel een gevoelige kwikthermometer in gebieden met verschillende kleuren waarop het zonlicht valt. op het prisma, was verdeeld.

In de loop van het experiment, toen de thermometer voorbij de rode lijn werd bewogen, ontdekte hij dat er ook wat onzichtbare, maar met een merkbaar verwarmingseffect, straling was.

De straling die Herschel in zijn experiment waarnam, bevond zich in dat gebied van het elektromagnetische spectrum dat door het menselijk oog niet als enige kleur werd waargenomen.Dit was het gebied van "onzichtbare warmtestraling", hoewel het zeker in het spectrum van elektromagnetische golven lag, maar onder het zichtbare rood.

Later zou de Duitse natuurkundige Thomas Seebeck thermo-elektriciteit ontdekken, en in 1829 zou de Italiaanse natuurkundige Nobili een thermozuil creëren op basis van de eerste bekende thermokoppels, waarvan het principe gebaseerd zou zijn op het feit dat wanneer de temperatuur verandert tussen twee verschillende metalen, de overeenkomend ontstaat er een potentiaalverschil aan de uiteinden van het circuit dat hieruit bestaat ...

Meloni zal binnenkort de zogenaamde uitvinden Een thermozuil (van in serie geplaatste thermozuilen) en door er op een bepaalde manier infraroodgolven op te richten, kan op een afstand van 9 meter een warmtebron detecteren.

Thermopile - seriële verbinding van thermo-elementen om meer elektrisch vermogen of koelcapaciteit te verkrijgen (respectievelijk bij gebruik in thermo-elektrische of koelmodus).

Samuel Langley ontdekte in 1880 een tochtige koe op een afstand van 300 meter. Dat gebeurt met een balometer, die de verandering in elektrische weerstand meet die onlosmakelijk verbonden is met een verandering in temperatuur.

De opvolger van zijn vader, John Herschel, gebruikte in 1840 een verdamper, waarmee hij het eerste infraroodbeeld in gereflecteerd licht verkreeg dankzij het mechanisme van verdamping met verschillende snelheden van de dunste oliefilm.

Tegenwoordig worden speciale apparaten gebruikt voor het op afstand verkrijgen van warmtebeelden - warmtebeeldcamera's, waarmee informatie over infraroodstraling kan worden verkregen zonder contact met de te onderzoeken apparatuur en onmiddellijke visualisatie. De eerste warmtebeeldcamera's waren gebaseerd op fotoresistieve infraroodsensoren.

In 1918 voerde American Keys experimenten uit met fotoresistors, waar hij signalen ontving vanwege hun directe interactie met fotonen. Zo werd een gevoelige detector van thermische straling gecreëerd, werkend volgens het principe van fotogeleiding.

IR-thermografie in de moderne wereld

Tijdens de oorlogsjaren dienden omvangrijke warmtebeeldcamera's voornamelijk voor militaire doeleinden, dus de ontwikkeling van warmtebeeldtechnologie versnelde na 1940. De Duitsers ontdekten dat je de eigenschappen ervan kunt verbeteren door de fotoresistorontvanger te koelen.

Na de jaren zestig verschenen de eerste draagbare warmtebeeldcamera's, waarmee ze gebouwendiagnoses uitvoeren. Het waren betrouwbare tools, maar met afbeeldingen van slechte kwaliteit. In de jaren 80 werd thermische beeldvorming geïntroduceerd, niet alleen in de industrie, maar ook in de geneeskunde. De thermische camera's werden gekalibreerd om een ​​radiometrisch beeld te geven: de temperaturen van alle punten in het beeld.

De eerste gasgekoelde thermische camera's gaven het beeld weer op een zwart-wit CRT-scherm met een kathodestraalbuis. Ook toen was het mogelijk om vanaf het scherm op magneetband of fotopapier op te nemen. Goedkopere modellen thermische camera's zijn gebaseerd op vidiconbuizen, hebben geen koeling nodig en zijn compacter, hoewel thermische beeldvorming niet radiometrisch is.

In de jaren negentig kwamen matrix-infraroodontvangers beschikbaar voor civiel gebruik, waaronder reeksen rechthoekige infraroodontvangers (gevoelige pixels) die in het brandvlak van de lens van het apparaat waren geïnstalleerd. Dit was een aanzienlijke verbetering ten opzichte van de eerste scannende IR-ontvangers.

De kwaliteit van de warmtebeelden is verbeterd en de ruimtelijke resolutie is toegenomen. Gemiddelde moderne matrix-warmtebeeldcamera's hebben ontvangers met een resolutie van maximaal 640 * 480 - 307.200 micro-IR-ontvangers. Professionele apparaten kunnen een hogere resolutie hebben - meer dan 1000 * 1000.

IR-matrixtechnologie is in de jaren 2000 geëvolueerd. Er zijn warmtebeeldcamera's verschenen met een werkbereik met een lange golflengte - detectiegolflengten van 8 tot 15 micron en gemiddelde golflengten - ontworpen voor golflengten van 2,5 tot 6 micron. De beste modellen warmtebeeldcamera's zijn volledig radiometrisch, hebben een beeldoverlayfunctie en een gevoeligheid van 0,05 graden of minder. In de afgelopen 10 jaar is de prijs voor hen meer dan 10 keer gedaald en is de kwaliteit verbeterd. Alle moderne modellen kunnen communiceren met een computer, de gegevens zelf analyseren en handige rapporten presenteren in elk geschikt formaat.

Warmte-isolatoren

De thermische isolator bevat verschillende standaardonderdelen: lens, display, infraroodontvanger, elektronica, meetregelaars, opslagapparaat. Het uiterlijk van de verschillende onderdelen kan per model verschillen. De warmtebeeldcamera werkt als volgt. De infraroodstraling wordt door de optiek gefocusseerd op de ontvanger.

De ontvanger genereert een signaal in de vorm van een spanning of variabele weerstand. Dit signaal wordt doorgegeven aan de elektronica, die een beeld vormt — een thermogram — op het scherm.Verschillende kleuren op het scherm komen overeen met verschillende delen van het infraroodspectrum (elke tint komt overeen met zijn eigen temperatuur), afhankelijk van de aard van de warmteverdeling op het oppervlak van het object dat door de warmtebeeldcamera wordt onderzocht.

Het display is meestal klein, heeft een hoge helderheid en contrast, waardoor u het thermogram onder verschillende lichtomstandigheden kunt zien. Naast het beeld toont het display meestal aanvullende informatie: laadniveau van de batterij, datum en tijd, temperatuur, kleurenschaal.

De IR-ontvanger is gemaakt van een halfgeleidermateriaal dat onder invloed van erop vallende infraroodstralen een elektrisch signaal genereert. Het signaal wordt verwerkt door elektronica die een beeld vormt op het display.

Voor de bediening zijn er knoppen waarmee u het bereik van gemeten temperaturen kunt wijzigen, het kleurenpalet, de reflectiviteit en achtergrondemissie kunt aanpassen en afbeeldingen en rapporten kunt opslaan.

Digitale beeld- en rapportbestanden worden meestal op een geheugenkaart opgeslagen. Sommige warmtebeeldcamera's hebben de functie om spraak en zelfs video op te nemen in het visuele spectrum. Alle digitale gegevens die tijdens het gebruik van de warmtebeeldcamera worden opgeslagen, kunnen op een computer worden bekeken en geanalyseerd met behulp van de software die bij de warmtebeeldcamera wordt geleverd.

Zie ook:Contactloze temperatuurmeting tijdens het gebruik van elektrische apparatuur