Αρχή Λειτουργίας και Εφαρμογή του Υπέρυθρου Θερμομέτρου
Υπέρυθρη βασική θεωρία
Το 1672, ανακαλύφθηκε ότι το φως του ήλιου (λευκό φως) αποτελείται από φως διαφόρων χρωμάτων. Ταυτόχρονα, ο Νεύτων κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το μονοχρωματικό φως είναι πιο απλό στη φύση του από το λευκό φως. Χρησιμοποιήστε ένα διχρωικό πρίσμα για να αποσυνθέσετε το ηλιακό φως (λευκό φως) σε μονοχρωματικά φώτα κόκκινου, πορτοκαλί, κίτρινου, πράσινου, μπλε, μπλε, μοβ, κ.λπ. Το 1800, ο Βρετανός φυσικός FW Huxel ανακάλυψε υπέρυθρες ακτίνες όταν μελέτησε διάφορα χρωματιστά φώτα από το θερμική άποψη. Όταν μελετούσε τη θερμότητα διαφόρων χρωμάτων φωτός, έκλεισε επίτηδες το μοναδικό παράθυρο του σκοτεινού δωματίου με μια σκοτεινή πλάκα και άνοιξε μια ορθογώνια τρύπα στην πλάκα και ένα πρίσμα διαχωριστή δέσμης τοποθετήθηκε στην τρύπα. Όταν το ηλιακό φως διέρχεται από το πρίσμα, αποσυντίθεται σε έγχρωμες φωτεινές ζώνες και χρησιμοποιείται ένα θερμόμετρο για τη μέτρηση της θερμότητας που περιέχεται σε διαφορετικά χρώματα στις φωτεινές ζώνες. Για να γίνει σύγκριση με τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, η Huxel χρησιμοποίησε αρκετά θερμόμετρα τοποθετημένα κοντά στην έγχρωμη ζώνη φωτός ως συγκριτικά θερμόμετρα για τη μέτρηση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος. Κατά τη διάρκεια του πειράματος, ανακάλυψε κατά λάθος ένα περίεργο φαινόμενο: ένα θερμόμετρο τοποθετημένο έξω από το κοκκινωπό φως είχε υψηλότερη τιμή από άλλες θερμοκρασίες στο δωμάτιο. Μέσω δοκιμής και λάθους, αυτή η λεγόμενη ζώνη υψηλής θερμοκρασίας με την περισσότερη θερμότητα βρίσκεται πάντα έξω από το κόκκινο φως στην άκρη της ζώνης φωτός Z. Έτσι ανακοίνωσε ότι εκτός από το ορατό φως, υπάρχει και μια «καυτή γραμμή «αόρατο στο ανθρώπινο μάτι στην ακτινοβολία που εκπέμπεται από τον ήλιο. Αυτή η αόρατη «καυτή γραμμή» βρίσκεται έξω από το κόκκινο φως και ονομάζεται υπέρυθρο φως. Το υπέρυθρο είναι ένα είδος ηλεκτρομαγνητικού κύματος, το οποίο έχει την ίδια ουσία με τα ραδιοκύματα και το ορατό φως. Η ανακάλυψη της υπέρυθρης ακτινοβολίας είναι ένα άλμα στην ανθρώπινη κατανόηση της φύσης και έχει ανοίξει έναν νέο ευρύ δρόμο για την έρευνα, τη χρήση και την ανάπτυξη της υπέρυθρης τεχνολογίας.
Το μήκος κύματος των υπέρυθρων ακτίνων είναι μεταξύ 0.76 και 100 μm. Σύμφωνα με το εύρος μήκους κύματος, μπορεί να χωριστεί σε τέσσερις κατηγορίες: κοντά στο υπέρυθρο, στο μέσο υπέρυθρο, στο μακρινό υπέρυθρο και στο ακραίο μακρινό υπέρυθρο. Η θέση του στο συνεχές φάσμα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων είναι η περιοχή μεταξύ ραδιοκυμάτων και ορατού φωτός. . Η υπέρυθρη ακτινοβολία είναι μια από τις πιο εκτεταμένες ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες στη φύση. Βασίζεται στο γεγονός ότι κάθε αντικείμενο θα παράγει τις δικές του μοριακές και ατομικές ακανόνιστες κινήσεις σε ένα συμβατικό περιβάλλον και θα εκπέμπει συνεχώς θερμική υπέρυθρη ενέργεια, μόρια και άτομα. Όσο πιο έντονη είναι η κίνηση, τόσο μεγαλύτερη είναι η ακτινοβολούμενη ενέργεια και αντίστροφα, τόσο μικρότερη είναι η ακτινοβολούμενη ενέργεια.
Τα αντικείμενα με θερμοκρασία πάνω από το μηδέν θα εκπέμπουν υπέρυθρες ακτίνες λόγω της δικής τους μοριακής κίνησης. Αφού το σήμα ισχύος που εκπέμπεται από το αντικείμενο μετατραπεί σε ηλεκτρικό σήμα από τον ανιχνευτή υπερύθρων, το σήμα εξόδου της συσκευής απεικόνισης μπορεί να προσομοιώσει πλήρως τη χωρική κατανομή της θερμοκρασίας επιφάνειας του σαρωμένου αντικειμένου μία προς μία. Αφού υποβληθεί σε επεξεργασία από το ηλεκτρονικό σύστημα, μεταδίδεται στην οθόνη και λαμβάνεται η θερμική εικόνα που αντιστοιχεί στην κατανομή θερμότητας στην επιφάνεια του αντικειμένου. Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο, είναι δυνατό να πραγματοποιηθεί η απεικόνιση θερμικής κατάστασης σε μεγάλη απόσταση και η μέτρηση θερμοκρασίας του στόχου και να αναλυθούν και να κριθούν.
Αρχή θερμικής απεικόνισης
Η συσκευή υπέρυθρης θερμικής απεικόνισης χρησιμοποιεί ανιχνευτή υπέρυθρης ακτινοβολίας, αντικειμενικό φακό οπτικής απεικόνισης και οπτικο-μηχανικό σύστημα σάρωσης (η τρέχουσα προηγμένη τεχνολογία εστιακού επιπέδου παραλείπει το σύστημα οπτικο-μηχανικής σάρωσης) για να λάβει το μοτίβο κατανομής ενέργειας υπέρυθρης ακτινοβολίας του μετρούμενου στόχου και να το αντανακλά στον φωτοευαίσθητο αισθητήρα του ανιχνευτή υπερύθρων. Στο στοιχείο, μεταξύ του οπτικού συστήματος και του ανιχνευτή υπερύθρων, υπάρχει ένας μηχανισμός οπτικο-μηχανικής σάρωσης (η θερμική απεικόνιση εστιακού επιπέδου δεν διαθέτει αυτόν τον μηχανισμό) για τη σάρωση της υπέρυθρης θερμικής εικόνας του μετρούμενου αντικειμένου και την εστίαση στη μονάδα ή στο φασματοσκοπικός ανιχνευτής. Η ενέργεια υπέρυθρης ακτινοβολίας μετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήμα από τον ανιχνευτή και η υπέρυθρη θερμική εικόνα εμφανίζεται σε οθόνη τηλεόρασης ή οθόνη μετά από επεξεργασία ενίσχυσης, μετατροπή ή τυπικό σήμα βίντεο. Αυτό το είδος θερμικής εικόνας αντιστοιχεί στο πεδίο διανομής θερμότητας στην επιφάνεια του αντικειμένου. είναι ουσιαστικά η κατανομή θερμικής εικόνας της υπέρυθρης ακτινοβολίας κάθε τμήματος του μετρούμενου αντικειμένου στόχου. Επειδή το σήμα είναι πολύ αδύναμο, σε σύγκριση με την εικόνα του ορατού φωτός, δεν έχει στρώματα και τρισδιάστατη. Επομένως, για να κριθεί πιο αποτελεσματικά το πεδίο διανομής υπέρυθρης θερμότητας του μετρούμενου στόχου κατά τη διάρκεια της πραγματικής λειτουργίας, χρησιμοποιούνται συχνά ορισμένα βοηθητικά μέτρα για την αύξηση των πρακτικών λειτουργιών του οργάνου, όπως φωτεινότητα εικόνας, έλεγχος αντίθεσης, πραγματική τυπική διόρθωση, ψευδής απόδοση χρωμάτων και άλλες τεχνολογίες
Η ανάπτυξη καμερών θερμικής απεικόνισης
Το 1800, ο Βρετανός φυσικός FW Huxel ανακάλυψε το υπέρυθρο, το οποίο άνοιξε έναν ευρύ δρόμο για την ανθρώπινη εφαρμογή της υπέρυθρης τεχνολογίας. Στον Α' Παγκόσμιο Πόλεμο, οι Γερμανοί χρησιμοποίησαν σωλήνες αλλαγής εικόνας υπέρυθρων ως συσκευές φωτοηλεκτρικής μετατροπής για να αναπτύξουν συσκευές ενεργητικής νυχτερινής όρασης και εξοπλισμό υπέρυθρης επικοινωνίας, που έθεσαν τα θεμέλια για την ανάπτυξη της υπέρυθρης τεχνολογίας.
Μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, η πρώτη γενιά συσκευής υπέρυθρης απεικόνισης για το στρατιωτικό πεδίο αναπτύχθηκε από την Texas Instruments Corporation των Ηνωμένων Πολιτειών μετά από σχεδόν ένα χρόνο εξερεύνησης. Ονομάζεται Infrared Finding System (FLIR), το οποίο χρησιμοποιεί το οπτικό μηχανικό σύστημα για να σαρώσει την υπέρυθρη ακτινοβολία του μετρούμενου στόχου. Ο ανιχνευτής φωτονίων λαμβάνει τα σημάδια της δισδιάστατης υπέρυθρης ακτινοβολίας και μετά από φωτοηλεκτρική μετατροπή και μια σειρά επεξεργασίας οργάνων, σχηματίζεται ένα σήμα εικόνας βίντεο. Η αρχική μορφή αυτού του συστήματος είναι ένας αυτόματος καταγραφέας κατανομής θερμοκρασίας μη σε πραγματικό χρόνο. Αργότερα, με την ανάπτυξη ανιχνευτών φωτονίων υδραργύρου με πρόσμειξη με γερμάνιο και αντιμονίδιο ινδίου στη δεκαετία του 1950, άρχισαν να εμφανίζονται σάρωση υψηλής ταχύτητας και απεικόνιση θερμικών εικόνων στόχου σε πραγματικό χρόνο. Σύστημα.
