Analiza współczesnych zastosowań technologii termometrów na podczerwień
Zasada pomiaru temperatury za pomocą termometru na podczerwień polega na przekształceniu energii promieniowania promieni podczerwonych emitowanych przez obiekt na sygnał elektryczny. Wielkość energii promieniowania podczerwonego odpowiada temperaturze samego obiektu. Na podstawie wielkości przetworzonego sygnału elektrycznego można określić temperaturę obiektu. Technologia pomiaru temperatury w podczerwieni rozwinęła się do tego stopnia, że umożliwia skanowanie i pomiar temperatury powierzchni ze zmianami termicznymi, określenie obrazu rozkładu temperatury oraz szybkie wykrycie ukrytych różnic temperatur. Jest to kamera termowizyjna na podczerwień. Kamery termowizyjne na podczerwień po raz pierwszy zastosowano w wojsku. Amerykańska firma TI opracowała pierwszy na świecie system rozpoznawczy wykorzystujący skanowanie w podczerwieni w 1999 roku. Od tego czasu technologia termowizyjna w podczerwieni jest stosowana w samolotach, czołgach, okrętach wojennych i innej broni w krajach zachodnich. , jako system celownika termowizyjnego do celów rozpoznawczych, znacznie poprawia zdolność wyszukiwania i trafiania celów. Kamera termowizyjna na podczerwień produkcji szwedzkiej firmy AGA zajmuje wiodącą pozycję w technologii cywilnej.
Termometr na podczerwień składa się z układu optycznego, detektora fotoelektrycznego, wzmacniacza sygnału, przetwarzania sygnału, wyjścia wyświetlacza i innych części. Układ optyczny zbiera energię docelowego promieniowania podczerwonego w swoim polu widzenia. Wielkość pola widzenia zależy od części optycznych termometru i ich położenia. Energia podczerwieni skupiana jest na fotodetektorze i przetwarzana na odpowiedni sygnał elektryczny. Sygnał przechodzi przez wzmacniacz i obwód przetwarzania sygnału i jest przekształcany na wartość temperatury mierzonego obiektu po korekcie zgodnie z wewnętrznym algorytmem przetwarzania urządzenia i emisyjnością obiektu.
W naturze wszystkie obiekty o temperaturze wyższej od zera absolutnego stale emitują energię promieniowania podczerwonego do otaczającej przestrzeni. Ilość energii promieniowania podczerwonego obiektu i jej rozkład w zależności od długości fali są ściśle powiązane z temperaturą jego powierzchni. Dlatego mierząc energię podczerwieni emitowaną przez sam obiekt, można dokładnie zmierzyć temperaturę jego powierzchni. Jest to obiektywna podstawa, na której opiera się pomiar temperatury za pomocą promieniowania podczerwonego.
Ciało czarne to wyidealizowany promiennik, który pochłania energię promieniowania o wszystkich długościach fal bez odbicia lub transmisji energii. Jego emisyjność powierzchniowa wynosi 1. Jednak prawie wszystkie rzeczywiste obiekty istniejące w przyrodzie nie są ciałami doskonale czarnymi. Aby wyjaśnić i uzyskać reguły rozkładu promieniowania podczerwonego, należy w badaniach teoretycznych wybrać odpowiedni model. Jest to skwantowany model oscylatora promieniowania jamy ciała zaproponowany przez Plancka. Wyprowadzono prawo Plancka dotyczące promieniowania ciała doskonale czarnego, czyli jasność widmową ciała doskonale czarnego wyrażoną w długości fali. Jest to punkt wyjścia wszystkich teorii promieniowania podczerwonego, dlatego nazywa się to prawem promieniowania ciała doskonale czarnego. Ilość promieniowania wszystkich rzeczywistych obiektów zależy nie tylko od długości fali promieniowania i temperatury obiektu, ale także od takich czynników, jak rodzaj materiału, sposób przygotowania, proces termiczny, stan powierzchni i warunki środowiskowe obiektu.
Pomiar temperatury w podczerwieni opiera się na analizie punktowej, co oznacza, że promieniowanie cieplne lokalnego obszaru obiektu skupia się na pojedynczym detektorze, a moc promieniowania przekształcana jest na temperaturę poprzez emisyjność znanego obiektu. Ze względu na różne wykrywane obiekty, zakresy pomiarowe i okazje użycia, wygląd i wewnętrzna struktura termometrów na podczerwień są różne, ale podstawowe struktury są ogólnie podobne, w tym układy optyczne, fotodetektory, wzmacniacze sygnału i przetwarzanie sygnału oraz wyjścia wyświetlacza. złożony z innych części. Promieniowanie podczerwone emitowane przez promiennik. Wchodząc do układu optycznego, promieniowanie podczerwone jest modulowane przez modulator na promieniowanie przemienne, a następnie przetwarzane przez detektor na odpowiednie sygnały elektryczne. Sygnał przechodzi przez wzmacniacz i obwód przetwarzania sygnału i po korekcie zgodnie z algorytmem przyrządu i emisyjnością obiektu przekształcany jest na wartość temperatury mierzonego obiektu.
