Infraraudonųjų spindulių termometro veikimo principas, klasifikacija ir modernus pritaikymas
Infraraudonųjų spindulių termometro temperatūros matavimo principas – objekto (pavyzdžiui, išlydyto plieno) skleidžiamų infraraudonųjų spindulių spinduliavimo energiją paversti elektriniu signalu. Infraraudonųjų spindulių energijos dydis atitinka paties objekto (pavyzdžiui, išlydyto plieno) temperatūrą. , galima nustatyti objekto (pvz., išlydyto plieno) temperatūrą. Sukurta infraraudonųjų spindulių temperatūros matavimo technologija, leidžianti nuskaityti ir matuoti paviršiaus temperatūrą su šiluminiais pokyčiais, nustatyti jo temperatūros pasiskirstymo vaizdą, greitai aptikti paslėptus temperatūros skirtumus. Tai infraraudonųjų spindulių termovizorius. Infraraudonųjų spindulių šiluminio vaizdo kameros pirmą kartą buvo naudojamos kariuomenėje. Per 19 metų JAV korporacija TI sukūrė pirmąją pasaulyje infraraudonųjų spindulių skenavimo žvalgybos sistemą. Po to infraraudonųjų spindulių šiluminio vaizdo technologija buvo paeiliui naudojama orlaiviuose, tankuose, karo laivuose ir kituose Vakarų šalių ginkluose, kaip šiluminio stebėjimo sistema žvalgybiniams taikiniams, ji labai pagerino galimybes ieškoti ir pataikyti į taikinius. Švedijos AGA kompanijos gaminama infraraudonųjų spindulių šiluminio vaizdo kamera užima pirmaujančią poziciją civilinių technologijų srityje. Tačiau vis dar kyla problemų, kaip plačiai naudoti infraraudonųjų spindulių temperatūros matavimo technologiją. Tai taikymo tema, verta tyrimo.
Infraraudonųjų spindulių termometrą sudaro optinė sistema, fotoelektrinis detektorius, signalo stiprintuvas, signalo apdorojimas, ekrano išvestis ir kitos dalys. Optinė sistema surenka tikslinės infraraudonosios spinduliuotės energiją savo regėjimo lauke, o matymo lauko dydį lemia optinės termometro dalys ir jo padėtis. Infraraudonųjų spindulių energija sufokusuojama į fotodetektorių ir paverčiama atitinkamu elektriniu signalu. Signalas praeina per stiprintuvą ir signalų apdorojimo grandinę, o ištaisius pagal instrumento vidinio apdorojimo algoritmą ir taikinio spinduliavimo koeficientą, konvertuojamas į išmatuoto taikinio temperatūros vertę.
Gamtoje visi objektai, kurių temperatūra aukštesnė nei absoliutus nulis, nuolat skleidžia infraraudonosios spinduliuotės energiją į supančią erdvę. Objekto infraraudonosios spinduliuotės energijos dydis ir jos pasiskirstymas pagal bangos ilgį yra labai glaudžiai susiję su jo paviršiaus temperatūra. Todėl matuojant paties objekto spinduliuojamą infraraudonąją energiją galima tiksliai nustatyti jo paviršiaus temperatūrą, kuri yra objektyvus infraraudonosios spinduliuotės temperatūros matavimo pagrindas.
Juodas kūnas yra idealizuotas radiatorius, kuris sugeria visus spinduliuotės energijos bangos ilgius, neatsispindi ir nepraleidžia energijos, o jo paviršiaus spinduliavimo koeficientas yra 1. Tačiau praktiški objektai gamtoje beveik nėra juodi kūnai. Qinghe gavo infraraudonosios spinduliuotės pasiskirstymo dėsnį, o teoriniuose tyrimuose turi būti pasirinktas tinkamas modelis, kuris yra Plancko pasiūlytas kvantuotas kūno ertmės spinduliavimo osciliacinis modelis, ir taip išvestas Plancko juodojo kūno spinduliuotės dėsnis, ty juodas kūnas, išreikštas bangos ilgiu Spektrinis spinduliavimas, kuris yra visų infraraudonosios spinduliuotės teorijų atskaitos taškas, vadinamas juodojo kūno spinduliavimo dėsniu. Visų faktinių objektų spinduliuotė priklauso ne tik nuo spinduliuotės bangos ilgio ir objekto temperatūros, bet ir nuo medžiagos rūšies, paruošimo būdo ir objekto terminio proceso. Tai susiję su tokiais veiksniais kaip paviršiaus būklė ir aplinkos sąlygos. Todėl, norint, kad juodojo kūno spinduliavimo dėsnis būtų taikomas visiems praktiškiems objektams, reikia įvesti proporcinį koeficientą, susijusį su medžiagos savybėmis ir paviršiaus būsenomis, tai yra spinduliuotė. Šis koeficientas parodo, kiek tikrojo objekto šiluminė spinduliuotė yra artima juodo kūno spinduliuotei, o jo reikšmė yra tarp nulio ir mažesnės nei 1. Pagal spinduliavimo dėsnį, kol medžiagos spinduliuotė yra Žinoma, bet kurio objekto infraraudonosios spinduliuotės charakteristikos yra žinomos. Pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos spinduliuotei, yra: medžiagos tipas, paviršiaus šiurkštumas, fizinė ir cheminė struktūra bei medžiagos storis. Naudojant infraraudonųjų spindulių termometrą taikinio temperatūrai matuoti, pirmiausia reikia išmatuoti taikinio infraraudonąją spinduliuotę jo diapazone, o tada termometru apskaičiuojama išmatuoto taikinio temperatūra. Monochromatiniai pirometrai yra proporcingi spinduliuotės kiekiui juostoje; dviejų spalvų pirometrai yra proporcingi spinduliuotės kiekio santykiui dviejose juostose.
Infraraudonųjų spindulių temperatūros matavimas taiko taškinės analizės metodą, ty objekto vietinės zonos šiluminė spinduliuotė sufokusuojama į vieną detektorių, o spinduliuotės galia paverčiama temperatūra per žinomo objekto spinduliavimo koeficientą. . Dėl skirtingų aptiktų objektų, matavimo diapazonų ir naudojimo atvejų infraraudonųjų spindulių termometrų išvaizda ir vidinė struktūra skiriasi, tačiau pagrindinė struktūra paprastai yra panaši, daugiausia apimanti optinę sistemą, fotodetektorių, signalo stiprintuvą ir signalo apdorojimą, ekrano išvestį ir kt. dalys. Radiatoriaus skleidžiama infraraudonoji spinduliuotė. Į optinę sistemą patekusi infraraudonoji spinduliuotė moduliatoriumi moduliuojama į kintamąją spinduliuotę, o detektorius paverčia atitinkamu elektriniu signalu. Signalas praeina per stiprintuvą ir signalo apdorojimo grandinę ir paverčiamas išmatuoto taikinio temperatūros verte po to, kai jis yra pataisytas pagal prietaiso algoritmą ir tikslinę spinduliuotę.
