Infracrvena termografija i termalno snimanje
Mjerenje površinske temperature bilježenjem parametara toplinskog zračenja koje emitira pomoću elektrooptičkih uređaja naziva se infracrvena termografija. Kao što možete pretpostaviti, u ovom slučaju toplina se prenosi s ispitivane površine — na mjerni uređaj, u obliku infracrveni elektromagnetski valovi.
Suvremeni elektrooptički uređaji za infracrvenu termografiju mogu mjeriti protok infracrvenog zračenja i na temelju dobivenih podataka izračunati temperaturu površine s kojom mjerna oprema djeluje.
Naravno, osoba može osjetiti infracrveno zračenje i čak može osjetiti promjene temperature unutar stotinki stupnja pomoću živčanih završetaka na površini kože. Međutim, s tako visokom osjetljivošću, ljudsko tijelo nije prilagođeno detektirati relativno visoke temperature dodirom bez štete po zdravlje. U najboljem slučaju, ovo je prepuno ozljeda od opeklina.
Pa čak i ako se pokaže da je čovjekova osjetljivost na temperaturu visoka kao kod životinja koje su sposobne otkriti plijen toplinom u potpunom mraku, ipak će mu prije ili kasnije trebati osjetljiviji instrument koji može raditi u širem temperaturnom rasponu od prirodne fiziologije dopušta...
Uostalom, takav je alat razvijen. Isprva su to bili mehanički uređaji, a kasnije preosjetljivi elektronički. Danas se čini da su ovi uređaji uobičajeni atributi kada treba izvršiti toplinsku kontrolu kako bi se riješio bilo koji od bezbrojnih tehničkih problema.
Sama riječ «infrared», ili skraćeno «IR», označava položaj toplinskih valova «iza crvenog», prema njihovom položaju u skali najšireg spektra elektromagnetskog zračenja. Što se tiče riječi "termografija", ona uključuje "termo" - temperaturu i "grafiku" - sliku - sliku temperature.
Porijeklo infracrvene termografije
Temelje ovog pravca istraživanja postavio je njemački astronom William Herschel, koji je 1800. godine istraživao spektre sunčeve svjetlosti. Propuštajući sunčevu svjetlost kroz prizmu, Herschel je postavio osjetljivi živin termometar u područja različitih boja na koja je padala sunčeva svjetlost. na prizmi, bio je podijeljen.
Tijekom eksperimenta, kada je termometar pomaknuo iza crvene linije, otkrio je da postoji i neko nevidljivo, ali s primjetnim učinkom zagrijavanja, zračenje.
Zračenje koje je Herschel uočio u svom eksperimentu bilo je u onom području elektromagnetskog spektra koje ljudski vid nije percipirao kao nikakvu boju.To je bilo područje "nevidljivog toplinskog zračenja", iako je definitivno bilo u spektru elektromagnetskih valova, ali ispod vidljivog crvenog.
Kasnije će njemački fizičar Thomas Seebeck otkriti termoelektricitet, a 1829. godine talijanski fizičar Nobili će na temelju prvih poznatih termoparova stvoriti termoelektranu čiji će se princip temeljiti na činjenici da kada se temperatura mijenja između dva različita metala, odgovarajuća potencijalna razlika nastaje na krajevima kruga koji se sastoji od ovih...
Meloni će uskoro izumiti tzv Termopil (od serijski postavljenih termopila) i fokusiranjem infracrvenih valova na njega na određeni način moći će detektirati izvor topline na udaljenosti od 9 metara.
Termopila — serijska veza termoelemenata za postizanje veće električne snage ili kapaciteta hlađenja (kada rade u termoelektričnom ili rashladnom načinu rada).
Samuel Langley je 1880. godine otkrio tjeranu kravu na udaljenosti od 300 metara. To će se učiniti pomoću balometra, koji mjeri promjenu električnog otpora koja je neraskidivo povezana s promjenom temperature.
Očev nasljednik, John Herschel, 1840. koristi evaporograf, s kojim je dobio prvu infracrvenu sliku u reflektiranoj svjetlosti zahvaljujući mehanizmu isparavanja pri različitim brzinama najtanjeg sloja ulja.
Danas se za daljinsko dobivanje toplinskih slika koriste posebni uređaji — termalne kamere, koje omogućuju dobivanje informacija o infracrvenom zračenju bez kontakta s opremom koja se istražuje i trenutnu vizualizaciju. Prve termalne slike bile su temeljene na fotootpornim infracrvenim senzorima.
Do 1918. American Keys je provodio eksperimente s fotootpornicima, gdje je primao signale zbog njihove izravne interakcije s fotonima. Tako je stvoren osjetljivi detektor toplinskog zračenja koji radi na principu fotovodljivosti.
IR termografija u suvremenom svijetu
Tijekom ratnih godina, glomazne termovizijske kamere služile su uglavnom u vojne svrhe, tako da se razvoj termovizijske tehnologije ubrzao nakon 1940. godine. Nijemci su otkrili da hlađenjem fotootpornog prijemnika možete poboljšati njegove karakteristike.
Nakon šezdesetih godina prošlog stoljeća pojavljuju se prve prijenosne termovizije pomoću kojih se provodi dijagnostika zgrada. Bili su to pouzdani alati, ali sa slikama loše kvalitete. Osamdesetih godina prošlog stoljeća termovizija se počela uvoditi ne samo u industriju, već iu medicinu. Termalne kamere su kalibrirane da daju radiometrijsku sliku - temperature svih točaka na slici.
Prve toplinske kamere hlađene plinom prikazivale su sliku na crno-bijelom CRT ekranu s katodnom cijevi. Već tada je bilo moguće snimati s ekrana na magnetsku vrpcu ili foto papir. Jeftiniji modeli termalnih kamera temelje se na vidicon cijevima, ne zahtijevaju hlađenje i kompaktniji su, iako termovizijska snimanja nisu radiometrijska.
Do 1990-ih, matrični infracrveni prijemnici postali su dostupni za civilnu upotrebu, uključujući nizove pravokutnih infracrvenih prijemnika (osjetljivih piksela) instaliranih u žarišnoj ravnini leće uređaja. To je bio značajan napredak u odnosu na prve skenirajuće IC prijemnike.
Kvaliteta toplinskih slika je poboljšana, a prostorna rezolucija povećana. Prosječne moderne matrične termalne slike imaju prijemnike rezolucije do 640 * 480 — 307 200 mikro-IR prijemnika. Profesionalni uređaji mogu imati veću rezoluciju — preko 1000 * 1000.
IR matrična tehnologija razvila se 2000-ih. Pojavile su se termalne kamere s radnim rasponom dugih valnih duljina — senzorske valne duljine od 8 do 15 mikrona i srednje valne duljine — dizajnirane za valne duljine od 2,5 do 6 mikrona. Najbolji modeli termovizijskih kamera potpuno su radiometrijski, imaju funkciju prekrivanja slike i osjetljivost od 0,05 stupnjeva ili manje. Tijekom proteklih 10 godina cijena im je pala više od 10 puta, a kvaliteta se poboljšala. Svi moderni modeli mogu komunicirati s računalom, analizirati same podatke i prezentirati prikladna izvješća u bilo kojem prikladnom formatu.
Toplinski izolatori
Toplinski izolator uključuje nekoliko standardnih dijelova: leću, zaslon, infracrveni prijemnik, elektroniku, mjerne kontrole, uređaj za pohranu. Izgled različitih dijelova može se razlikovati ovisno o modelu. Termovizijska kamera radi na sljedeći način. Optika fokusira infracrveno zračenje na prijemnik.
Prijemnik generira signal u obliku napona ili promjenjivog otpora. Ovaj signal se dovodi do elektronike, koja oblikuje sliku - termogram - na ekranu.Različite boje na ekranu odgovaraju različitim dijelovima infracrvenog spektra (svaka nijansa odgovara svojoj temperaturi), ovisno o prirodi raspodjele topline na površini objekta koju ispituje termovizijska kamera.
Zaslon je obično malen, ima visoku svjetlinu i kontrast, što vam omogućuje da vidite termogram u različitim uvjetima osvjetljenja. Osim slike, zaslon obično prikazuje dodatne informacije: razinu napunjenosti baterije, datum i vrijeme, temperaturu, ljestvicu boja.
IR prijemnik je izrađen od poluvodičkog materijala koji generira električni signal pod utjecajem infracrvenih zraka koje padaju na njega. Signal obrađuje elektronika koja oblikuje sliku na zaslonu.
Za kontrolu postoje gumbi koji omogućuju promjenu raspona izmjerenih temperatura, podešavanje palete boja, refleksije i pozadinske emisije, kao i spremanje slika i izvješća.
Digitalne slike i datoteke izvješća obično se spremaju na memorijsku karticu. Neke termovizijske kamere imaju funkciju snimanja glasa, pa čak i videa u vizualnom spektru. Svi digitalni podaci spremljeni tijekom rada termovizijske kamere mogu se pregledati na računalu i analizirati pomoću softvera isporučenog s termovizijskom kamerom.
Vidi također:Beskontaktno mjerenje temperature tijekom rada električne opreme