Termografi inframerah dan pencitraan termal

Mengukur suhu permukaan dengan merekam parameter radiasi panas yang dipancarkannya menggunakan perangkat elektro-optik disebut termografi inframerah. Seperti yang bisa Anda tebak, dalam hal ini panas dipindahkan dari permukaan yang diperiksa - ke alat pengukur, dalam bentuk gelombang elektromagnetik infra merah.

Perangkat elektro-optik modern untuk termografi inframerah dapat mengukur aliran radiasi inframerah dan, berdasarkan data yang diperoleh, menghitung suhu permukaan tempat peralatan pengukur berinteraksi.

Tentu saja, seseorang dapat merasakan radiasi infra merah dan bahkan dapat merasakan perubahan suhu dalam seperseratus derajat dengan ujung saraf di permukaan kulit. Namun, dengan kepekaan yang begitu tinggi, tubuh manusia tidak diadaptasi untuk mendeteksi suhu yang relatif tinggi melalui sentuhan tanpa membahayakan kesehatan. Paling banter, ini penuh dengan luka bakar.

Dan bahkan jika sensitivitas manusia terhadap suhu ternyata setinggi hewan yang mampu mendeteksi mangsa dengan panas dalam kegelapan total, cepat atau lambat ia akan membutuhkan instrumen yang lebih sensitif yang dapat bekerja dalam kisaran suhu yang lebih luas daripada fisiologi alami. memungkinkan...

Bagaimanapun, alat seperti itu dikembangkan. Awalnya ini adalah perangkat mekanis, dan kemudian perangkat elektronik yang hipersensitif. Saat ini, perangkat ini tampaknya menjadi atribut yang biasa ketika kontrol termal perlu dilakukan untuk menyelesaikan banyak sekali masalah teknis.

Kata «inframerah», atau disingkat «IR», menunjukkan posisi gelombang panas «di belakang merah», menurut lokasinya dalam skala spektrum radiasi elektromagnetik terluas. Adapun kata "termografi", itu termasuk "termo" - suhu dan "grafik" - gambar - gambar suhu.

Asal-usul termografi inframerah

Fondasi dari garis penelitian ini diletakkan oleh astronom Jerman William Herschel, yang melakukan penelitian dengan spektrum sinar matahari pada tahun 1800. Dengan mentransmisikan sinar matahari melalui prisma, Herschel menempatkan termometer merkuri yang sensitif di area dengan warna berbeda di mana sinar matahari jatuh. pada prisma, dibagi.

Selama percobaan, ketika termometer dipindahkan melampaui garis merah, ia menemukan bahwa ada juga beberapa radiasi yang tidak terlihat, tetapi memiliki efek pemanasan yang nyata.

Radiasi yang diamati Herschel dalam eksperimennya berada di wilayah spektrum elektromagnetik yang tidak dilihat oleh penglihatan manusia sebagai warna apa pun.Ini adalah wilayah "radiasi panas tak terlihat", meskipun jelas berada dalam spektrum gelombang elektromagnetik, tetapi di bawah merah yang terlihat.

Belakangan, fisikawan Jerman Thomas Seebeck menemukan termoelektrik, dan pada tahun 1829 fisikawan Italia Nobili akan membuat termopile berdasarkan termokopel pertama yang diketahui, prinsip yang akan didasarkan pada fakta bahwa ketika suhu berubah antara dua logam yang berbeda, sesuai perbedaan potensial muncul di ujung rangkaian terdiri dari ini ...

Meloni akan segera menciptakan apa yang disebut Sebuah termopile (dari termopile yang dipasang secara seri), dan dengan memfokuskan gelombang infra merah padanya dengan cara tertentu, akan dapat mendeteksi sumber panas pada jarak 9 meter.

Thermopile — koneksi serial dari thermoelements untuk mendapatkan daya listrik atau kapasitas pendinginan yang lebih besar (masing-masing saat beroperasi dalam mode termoelektrik atau pendinginan).

Samuel Langley pada tahun 1880 menemukan seekor sapi kepanasan pada jarak 300 meter. Ini akan dilakukan dengan menggunakan balometer, yang mengukur perubahan hambatan listrik yang terkait erat dengan perubahan suhu.

Pengganti ayahnya, John Herschel, pada tahun 1840 menggunakan evaporograph, yang dengannya ia memperoleh gambar inframerah pertama dalam cahaya pantulan berkat mekanisme penguapan pada kecepatan berbeda dari lapisan minyak tertipis.

Saat ini, perangkat khusus digunakan untuk akuisisi gambar termal jarak jauh - pencitra termal, yang memungkinkan memperoleh informasi tentang radiasi infra merah tanpa kontak dengan peralatan yang sedang diselidiki dan visualisasi langsung. Pencitra termal pertama didasarkan pada sensor inframerah fotoresistif.

Pada tahun 1918, American Keys melakukan eksperimen dengan fotoresistor, di mana dia menerima sinyal karena interaksi langsungnya dengan foton. Dengan demikian, detektor radiasi termal yang sensitif telah dibuat, bekerja berdasarkan prinsip fotokonduktivitas.

Termografi IR di dunia modern

Selama tahun-tahun perang, pencitra termal besar melayani terutama tujuan militer, sehingga pengembangan teknologi pencitraan termal dipercepat setelah 1940. Jerman menemukan bahwa dengan mendinginkan penerima fotoresistor, Anda dapat meningkatkan karakteristiknya.

Setelah 1960-an, pencitra termal portabel pertama kali muncul, dengan bantuan yang mereka gunakan untuk mendiagnosis bangunan. Itu adalah alat yang andal tetapi dengan kualitas gambar yang buruk. Pada 1980-an, pencitraan termal mulai diperkenalkan tidak hanya di industri, tetapi juga di bidang kedokteran. Kamera termal dikalibrasi untuk menghasilkan gambar radiometrik—suhu semua titik pada gambar.

Kamera termal berpendingin gas pertama menampilkan gambar pada layar CRT hitam-putih dengan tabung sinar katoda. Bahkan saat itu dimungkinkan untuk merekam dari layar ke pita magnetik atau kertas foto. Model kamera termal yang lebih murah didasarkan pada tabung vidicon, tidak memerlukan pendinginan dan lebih ringkas, meskipun pencitraan termal tidak bersifat radiometrik.

Pada 1990-an, penerima inframerah matriks tersedia untuk penggunaan sipil, termasuk susunan penerima inframerah persegi panjang (piksel sensitif) yang dipasang di bidang fokus lensa perangkat. Ini merupakan peningkatan yang signifikan dibandingkan pemindaian penerima IR yang pertama.

Kualitas gambar termal telah meningkat dan resolusi spasial telah meningkat. Pencitra termal matriks modern rata-rata memiliki penerima dengan resolusi hingga 640 * 480 — 307.200 penerima mikro-IR. Perangkat profesional dapat memiliki resolusi lebih tinggi — lebih dari 1000 * 1000.

Teknologi matriks IR berkembang di tahun 2000-an. Pencitra termal telah muncul dengan rentang operasi panjang gelombang — merasakan panjang gelombang dari 8 hingga 15 mikron dan panjang gelombang menengah — dirancang untuk panjang gelombang dari 2,5 hingga 6 mikron. Model pencitra termal terbaik sepenuhnya radiometrik, memiliki fungsi overlay gambar dan sensitivitas 0,05 derajat atau kurang. Selama 10 tahun terakhir, harga mereka telah menurun lebih dari 10 kali lipat, dan kualitasnya meningkat. Semua model modern dapat berinteraksi dengan komputer, menganalisis data itu sendiri, dan menyajikan laporan yang nyaman dalam format apa pun yang sesuai.

Insulator panas

Isolator termal mencakup beberapa bagian standar: lensa, layar, penerima inframerah, elektronik, kontrol pengukuran, perangkat penyimpanan. Tampilan berbagai komponen mungkin berbeda tergantung pada modelnya. Imager termal bekerja sebagai berikut. Radiasi infra merah difokuskan oleh optik ke penerima.

Penerima menghasilkan sinyal dalam bentuk tegangan atau resistansi variabel. Sinyal ini diumpankan ke elektronik, yang membentuk gambar — termogram — di layar.Warna berbeda pada layar sesuai dengan bagian spektrum inframerah yang berbeda (setiap bayangan sesuai dengan suhunya sendiri), bergantung pada sifat distribusi panas pada permukaan objek yang diperiksa oleh pencitraan termal.

Layarnya biasanya kecil, memiliki kecerahan dan kontras tinggi, yang memungkinkan Anda melihat termogram dalam kondisi pencahayaan berbeda. Selain gambar, informasi tambahan biasanya ditampilkan di layar: tingkat pengisian baterai, tanggal dan waktu, suhu, skala warna.

Penerima IR terbuat dari bahan semikonduktor yang menghasilkan sinyal listrik di bawah pengaruh sinar infra merah yang jatuh di atasnya. Sinyal diproses oleh elektronik yang membentuk gambar di layar.

Untuk kontrol, terdapat tombol yang memungkinkan Anda mengubah kisaran suhu terukur, menyesuaikan palet warna, reflektifitas, dan emisi latar belakang, serta menyimpan gambar dan laporan.

File gambar dan laporan digital biasanya disimpan ke kartu memori. Beberapa pencitra termal memiliki fungsi merekam suara dan bahkan video dalam spektrum visual. Semua data digital yang disimpan saat mengoperasikan kamera pencitraan termal dapat dilihat di komputer dan dianalisis menggunakan perangkat lunak yang disertakan dengan kamera pencitraan termal.

Lihat juga:Pengukuran suhu non-kontak selama pengoperasian peralatan listrik