Zasada działania i zastosowanie termometru na podczerwień
Podstawowa teoria podczerwieni
W 1672 roku odkryto, że światło słoneczne (światło białe) składa się ze światła o różnych kolorach. Jednocześnie Newton doszedł do wniosku, że światło monochromatyczne jest z natury prostsze niż światło białe. Użyj dichroicznego pryzmatu, aby rozłożyć światło słoneczne (światło białe) na monochromatyczne światła czerwone, pomarańczowe, żółte, zielone, niebieskie, niebieskie, fioletowe itp. W 1800 r. brytyjski fizyk FW Huxel odkrył promienie podczerwone, badając różne kolorowe światła z termiczny punkt widzenia. Kiedy badał ciepło różnych kolorów światła, celowo zasłonił ciemną płytą jedyne okno w ciemnym pokoju i otworzył prostokątny otwór w płycie, w którym zainstalowano pryzmat rozdzielający wiązkę. Kiedy światło słoneczne przechodzi przez pryzmat, rozkłada się na kolorowe pasma światła, a termometr służy do pomiaru ciepła zawartego w różnych kolorach w pasmach światła. Aby porównać z temperaturą otoczenia, Huxel użył kilku termometrów umieszczonych w pobliżu kolorowego pasma światła jako termometrów porównawczych do pomiaru temperatury otoczenia. Podczas eksperymentu przypadkowo odkrył dziwne zjawisko: termometr umieszczony poza czerwonawym światłem miał wyższą wartość niż inne temperatury w pomieszczeniu. Metodą prób i błędów ta tak zwana strefa wysokiej temperatury z największą ilością ciepła zawsze znajduje się poza czerwonym światłem na krawędzi pasma światła Z. Ogłosił więc, że oprócz światła widzialnego istnieje również „gorąca linia „niewidoczne dla ludzkiego oka w promieniowaniu emitowanym przez słońce. Ta niewidzialna „gorąca linia” znajduje się poza czerwonym światłem i nazywana jest światłem podczerwonym. Podczerwień jest rodzajem fali elektromagnetycznej, która ma taką samą istotę jak fale radiowe i światło widzialne. Odkrycie podczerwieni jest skokiem w ludzkim zrozumieniu natury i otworzyło nową, szeroką drogę do badań, wykorzystania i rozwoju technologii podczerwieni.
Długość fali promieni podczerwonych wynosi od 0,76 do 100 μm. W zależności od zakresu długości fali można go podzielić na cztery kategorie: bliska podczerwień, średnia podczerwień, daleka podczerwień i ekstremalna daleka podczerwień. Jego pozycja w widmie ciągłym fal elektromagnetycznych to obszar między falami radiowymi a światłem widzialnym. . Promieniowanie podczerwone jest jednym z najbardziej rozległych rodzajów promieniowania elektromagnetycznego w przyrodzie. Opiera się na fakcie, że każdy obiekt będzie wytwarzał własne nieregularne ruchy molekularne i atomowe w konwencjonalnym środowisku i stale emituje termiczną energię podczerwoną, cząsteczki i atomy. Im bardziej intensywny ruch, tym większa energia wypromieniowana i odwrotnie, tym mniejsza energia wypromieniowana.
Obiekty o temperaturze powyżej zera będą emitować promienie podczerwone z powodu własnego ruchu molekularnego. Po przekształceniu sygnału mocy emitowanego przez obiekt na sygnał elektryczny przez detektor podczerwieni, sygnał wyjściowy urządzenia obrazującego może całkowicie symulować rozkład przestrzenny temperatury powierzchni skanowanego obiektu jeden po drugim. Po przetworzeniu przez układ elektroniczny przekazywany jest na ekran wyświetlacza i uzyskiwany jest obraz termowizyjny odpowiadający rozkładowi ciepła na powierzchni obiektu. Za pomocą tej metody możliwe jest wykonanie obrazowania stanu termicznego z dużej odległości i pomiar temperatury celu oraz analiza i ocena.
Zasada kamery termowizyjnej
Kamera termowizyjna na podczerwień wykorzystuje detektor podczerwieni, soczewkę obiektywu do obrazowania optycznego i optyczno-mechaniczny system skanowania (obecna zaawansowana technologia płaszczyzny ogniskowej pomija optyczno-mechaniczny system skanowania) do odbierania wzorca rozkładu energii promieniowania podczerwonego mierzonego celu i odbijania go do czujnika światłoczułego detektora podczerwieni. Na elemencie, pomiędzy układem optycznym a detektorem podczerwieni, znajduje się optyczno-mechaniczny mechanizm skanujący (kamera termowizyjna płaszczyzny ogniskowej nie posiada tego mechanizmu) w celu zeskanowania termowizyjnego obrazu mierzonego obiektu i ustawienia ostrości na jednostce lub detektor spektroskopowy. Energia promieniowania podczerwonego jest przetwarzana przez detektor na sygnał elektryczny, a obraz termiczny w podczerwieni jest wyświetlany na ekranie telewizora lub monitora po przetworzeniu wzmocnienia, konwersji lub standardowego sygnału wideo. Ten rodzaj obrazu termicznego odpowiada polu dystrybucji ciepła na powierzchni obiektu; jest to zasadniczo rozkład obrazu termicznego promieniowania podczerwonego każdej części mierzonego obiektu docelowego. Ponieważ sygnał jest bardzo słaby w porównaniu z obrazem w świetle widzialnym, brakuje mu warstw i trójwymiarowości. Dlatego, aby skuteczniej ocenić pole dystrybucji ciepła w podczerwieni mierzonego celu podczas rzeczywistej operacji, często stosuje się pewne środki pomocnicze w celu zwiększenia praktycznych funkcji instrumentu, takich jak jasność obrazu, kontrola kontrastu, rzeczywista korekcja standardowa, fałszywe oddawanie barw i inne technologie
Rozwój kamer termowizyjnych
W 1800 roku brytyjski fizyk FW Huxel odkrył podczerwień, co otworzyło szeroką drogę do zastosowania technologii podczerwieni u ludzi. Podczas I wojny światowej Niemcy używali zmieniaczy obrazu na podczerwień jako urządzeń do konwersji fotoelektrycznej, aby opracować aktywne noktowizory i sprzęt komunikacyjny na podczerwień, co położyło podwaliny pod rozwój technologii podczerwieni.
Po drugiej wojnie światowej pierwsza generacja urządzenia do obrazowania w podczerwieni dla celów wojskowych została opracowana przez Texas Instruments Corporation w Stanach Zjednoczonych po prawie rocznym eksploracji. Nazywa się to Infrared Finding System (FLIR), który wykorzystuje optyczny system mechaniczny do skanowania promieniowania podczerwonego mierzonego celu. Detektor fotonów odbiera znaki dwuwymiarowego promieniowania podczerwonego, a po konwersji fotoelektrycznej i serii obróbki przyrządowej powstaje sygnał obrazu wideo. Oryginalną formą tego systemu jest automatyczny rejestrator rozkładu temperatury nie działający w czasie rzeczywistym. Później, wraz z rozwojem antymonku indu i detektorów fotonów rtęci domieszkowanych germanem w latach pięćdziesiątych XX wieku, zaczęło pojawiać się szybkie skanowanie i wyświetlanie docelowych obrazów termicznych w czasie rzeczywistym. system.
