ניתוח על יישום מודרני של טכנולוגיית מדחום אינפרא אדום
עקרון מדידת הטמפרטורה של מדחום האינפרא אדום הוא להמיר את אנרגיית קרינת האינפרא אדום הנפלטת מהאובייקט לאות חשמלי. גודל אנרגיית הקרינה האינפרא-אדום תואם את הטמפרטורה של העצם עצמו. על פי גודל האות החשמלי המומר, ניתן לקבוע את הטמפרטורה של האובייקט. טכנולוגיית מדידת טמפרטורה אינפרא אדום פותחה כדי לסרוק ולמדוד את טמפרטורת פני השטח בשינויים תרמיים, לקבוע את תמונת חלוקת הטמפרטורה שלו ולזהות במהירות הבדלי טמפרטורה נסתרים. זהו הצילום התרמי האינפרא אדום. מצלמות הדמיה תרמיות אינפרא אדום שימשו לראשונה בצבא. בשנת 2019, TI Corporation מארצות הברית פיתחה את מערכת הסיור הראשונה בעולם לסריקת אינפרא אדום. מאוחר יותר, טכנולוגיית הדמיה תרמית אינפרא אדום שימשה ברציפות בכלי טיס, טנקים, ספינות מלחמה וכלי נשק אחרים במדינות המערב, כמערכת ראייה תרמית למטרות סיור, היא משפרת מאוד את היכולת לחפש ולפגוע במטרות. מצלמת ההדמיה התרמית האינפרא אדום המיוצרת על ידי חברת AGA השבדית נמצאת בעמדה מובילה בטכנולוגיה אזרחית.
מדחום האינפרא אדום מורכב ממערכת אופטית, גלאי פוטואלקטרי, מגבר אותות, עיבוד אותות, פלט תצוגה וחלקים אחרים. המערכת האופטית אוספת את אנרגיית הקרינה האינפרא-אדום המטרה בשדה הראייה שלה, וגודל שדה הראייה נקבע לפי החלקים האופטיים של המדחום ומיקומו. אנרגיית אינפרא אדום ממוקדת בפוטו-גלאי ומומרת לאות חשמלי מתאים. האות עובר דרך המגבר ומעגל עיבוד האותות, ומומר לערך הטמפרטורה של המטרה הנמדדת לאחר תיקון לפי האלגוריתם של הטיפול הפנימי במכשיר ופליטה של המטרה.
בטבע, כל העצמים עם טמפרטורה גבוהה מאפס מוחלט פולטים כל הזמן אנרגיית קרינה אינפרא אדומה לחלל שמסביב. לגודל אנרגיית הקרינה האינפרא-אדום של עצם והתפלגותו לפי אורך הגל יש קשר הדוק מאוד לטמפרטורת פני השטח שלו. לכן, על ידי מדידת אנרגיית האינפרה האדומה המוקרנת על ידי העצם עצמו, ניתן לקבוע במדויק את טמפרטורת פני השטח שלו, שהיא הבסיס האובייקטיבי למדידת טמפרטורת קרינה אינפרא אדום.
גוף שחור הוא רדיאטור אידיאלי, הסופג את כל אורכי הגל של אנרגיית הקרינה, אין לו השתקפות או העברה של אנרגיה, ויש לו פליטות של 1 על פני השטח שלו. עם זאת, חפצים מעשיים בטבע הם כמעט לא גופים שחורים. על מנת להבהיר ולקבל את התפלגות קרינת אינפרא אדום, יש לבחור מודל מתאים במחקר התיאורטי. זהו מודל המתנד המקוונטי של קרינת חלל הגוף שהוצע על ידי פלאנק, ובכך נגזר חוק קרינת הגוף השחור של פלאנק, כלומר הקרינה הספקטרלית של הגוף השחור המתבטאת באורך הגל, שהיא נקודת ההתחלה של כל תיאוריות הקרינה האינפרא-אדום. נקרא חוק קרינת הגוף השחור. כמות הקרינה של כל העצמים בפועל תלויה לא רק באורך גל הקרינה ובטמפרטורה של האובייקט, אלא גם בסוג החומר המרכיב את האובייקט, שיטת ההכנה, התהליך התרמי, מצב פני השטח ותנאי הסביבה.
מדידת טמפרטורה אינפרא אדום מאמצת שיטת ניתוח נקודתית, כלומר, הקרינה התרמית של אזור מקומי של האובייקט ממוקדת בגלאי בודד, ועוצמת הקרינה מומרת לטמפרטורה באמצעות הפליטה של האובייקט הידוע. . בשל החפצים שזוהו, טווחי המדידה ואירועי השימוש השונים, עיצוב המראה והמבנה הפנימי של מדי חום אינפרא אדום שונים, אך המבנה הבסיסי הוא בדרך כלל דומה, כולל בעיקר מערכת אופטית, גלאי צילום, מגבר אותות ועיבוד אותות, פלט תצוגה ועוד. חלקים. קרינת אינפרא אדומה הנפלטת על ידי רדיאטור. בכניסה למערכת האופטית, קרינת האינפרא אדום מווסתת לקרינה מתחלפת על ידי המאפנן, ומומרת לאות חשמלי מתאים על ידי הגלאי. האות עובר דרך המגבר ומעגל עיבוד האותות, ומומר לערך הטמפרטורה של המטרה הנמדדת לאחר תיקון לפי האלגוריתם במכשיר ופליטת המטרה.
שלוש קטגוריות של מדי חום אינפרא אדום:
(1) מדחום אינפרא אדום לשימוש אנושי: מדחום אינפרא אדום מסוג מצח הוא מדחום המשתמש בעקרון קליטת אינפרא אדום למדידת גוף האדם. בעת השימוש, אתה רק צריך ליישר בנוחות את חלון הזיהוי עם המצח, ותוכל למדוד במהירות ובדייקנות את טמפרטורת הגוף.
(2) מדחום אינפרא אדום תעשייתי: מדחום אינפרא אדום תעשייתי מודד את טמפרטורת פני השטח של האובייקט, והחיישן האופטי שלו מקרין, מחזיר ומעביר אנרגיה, ואז האנרגיה נאספת וממוקדת על ידי הגשושית, ואז המידע מומר לקריאה תצוגה על ידי מעגלים אחרים במכונה, אור הלייזר המצויד במכונה זו יעיל יותר בכיוון האובייקט הנמדד ובשיפור דיוק המדידה.
(3) מדי חום אינפרא אדום לגידול בעלי חיים: מדי חום אינפרא אדום ללא מגע לבעלי חיים מבוססים על עקרון פלנק, על ידי מדידה מדויקת של טמפרטורת פני הגוף של חלקים ספציפיים של פני גוף בעלי החיים, ותיקון הפרש הטמפרטורה בין טמפרטורת פני הגוף לבין הטמפרטורה בפועל. יכול להציג במדויק את טמפרטורת הגוף האישית של בעל החיים.
קביעת טווח אורך הגל: תכונות הפליטה ופני השטח של חומר המטרה קובעות את התגובה הספקטרלית או אורך הגל של הפירומטר. לחומרי סגסוגת בעלי רפלקטיביות גבוהה, יש פליטות נמוכה או משתנה. באזור הטמפרטורה הגבוהה, אורך הגל הטוב ביותר למדידת חומרי מתכת הוא ליד אינפרא אדום, וניתן לבחור את אורך הגל של {{0}}.18-1.0μm. אזורי טמפרטורה אחרים יכולים לבחור באורכי גל של 1.6 מיקרומטר, 2.2 מיקרומטר ו-3.9 מיקרומטר. מכיוון שחלק מהחומרים שקופים באורך גל מסוים, תחדור לחומרים אלו אנרגיית אינפרא אדום, ולחומר זה יש לבחור אורך גל מיוחד. לדוגמה, אורכי הגל של 10 מיקרומטר, 2.2 מיקרומטר ו-3.9 מיקרומטר משמשים למדידת הטמפרטורה הפנימית של הזכוכית (הזכוכית לבדיקה חייבת להיות עבה מאוד, אחרת היא תעבור דרכה); אורך הגל של 5.0 מיקרומטר משמש למדידת הטמפרטורה הפנימית של הזכוכית; ; דוגמה נוספת היא מדידת סרט פוליאתילן פלסטי עם אורך גל של 3.43 מיקרומטר, ופוליאסטר עם אורך גל של 4.3 מיקרומטר או 7.9 מיקרומטר.
קבע את זמן התגובה: זמן התגובה מציין את מהירות התגובה של מדחום האינפרא אדום לשינוי הטמפרטורה הנמדד, המוגדר כזמן הדרוש להגיע ל-95 אחוז מהאנרגיה של הקריאה הסופית, הקשור לקבוע הזמן של photodetector, מעגל עיבוד אותות ומערכת תצוגה. זמן התגובה של מדחום האינפרא אדום החדש יכול להגיע ל-1ms. זה הרבה יותר מהיר משיטת מדידת טמפרטורת המגע. אם מהירות התנועה של המטרה מהירה מאוד או בעת מדידת מטרה המחממת במהירות, יש לבחור מדחום אינפרא אדום בעל תגובה מהירה, אחרת לא תושג תגובת האות המספקת, ודיוק המדידה יקטן. עם זאת, לא כל היישומים דורשים מדחום אינפרא אדום בעל תגובה מהירה. עבור תהליכים תרמיים סטטיים או מטרה שבהם קיימת אינרציה תרמית, ניתן להרגיע את זמן התגובה של הפיירומטר. לכן יש להתאים את בחירת זמן התגובה של מדחום האינפרא אדום למצב היעד הנמדד.
הרזולוציה האופטית נקבעת על ידי היחס D ל-S, שהוא היחס בין המרחק D בין הפיירומטר למטרה לקוטר S של נקודת המדידה. אם יש להתקין את המדחום הרחק מהמטרה בגלל תנאי הסביבה, ולמדוד מטרה קטנה, יש לבחור מדחום בעל רזולוציה אופטית גבוהה. ככל שהרזולוציה האופטית גבוהה יותר, כלומר הגדלת יחס D:S, כך עלות הפיירומטר גבוהה יותר.
קביעת טווח אורך הגל: תכונות הפליטה ופני השטח של חומר המטרה קובעות את התגובה הספקטרלית או אורך הגל של הפירומטר. לחומרי סגסוגת בעלי רפלקטיביות גבוהה, יש פליטות נמוכה או משתנה. באזור הטמפרטורה הגבוהה, אורך הגל הטוב ביותר למדידת חומרי מתכת הוא ליד אינפרא אדום, ואורך הגל של {{0}}.18-1.{{10}}מיקרומטר יכול להיות נבחר. אזורי טמפרטורה אחרים יכולים לבחור באורכי גל של 1.6 מיקרומטר, 2.2 מיקרומטר ו-3.9 מיקרומטר. מכיוון שחלק מהחומרים שקופים באורך גל מסוים, תחדור לחומרים אלו אנרגיית אינפרא אדום, ולחומר זה יש לבחור אורך גל מיוחד. לדוגמה, אורכי הגל של 1.0 מיקרומטר, 2.2 מיקרומטר ו-3.9 מיקרומטר משמשים למדידת הטמפרטורה הפנימית של הזכוכית (הזכוכית שתיבדק חייבת להיות עבה מאוד, אחרת היא תעבור דרכה); אורך הגל של 5.0 מיקרומטר משמש למדידת הטמפרטורה הפנימית של הזכוכית; אורך הגל של 8-14 מיקרומטר משמש למדידה נמוכה. רצוי; דוגמה נוספת היא למדוד את אורך הגל של 3.43 מיקרומטר עבור סרט פלסטיק פוליאתילן, ואורך הגל של 4.3 מיקרומטר או 7.9 מיקרומטר עבור פוליאסטר.
קבע את זמן התגובה: זמן התגובה מציין את מהירות התגובה של מדחום האינפרא אדום לשינוי הטמפרטורה הנמדד, המוגדר כזמן הדרוש להגיע ל-95 אחוז מהאנרגיה של הקריאה הסופית, הקשור לקבוע הזמן של photodetector, מעגל עיבוד אותות ומערכת תצוגה. זמן התגובה של מדחום אינפרא אדום של מותג Guangzhou Hongcheng Hong Kong CEM יכול להגיע ל-1ms. זה הרבה יותר מהיר משיטות מדידת טמפרטורת מגע. אם מהירות התנועה של המטרה מהירה מאוד או בעת מדידת מטרה המחממת במהירות, יש לבחור מדחום אינפרא אדום בעל תגובה מהירה, אחרת לא תושג תגובת האות המספקת, ודיוק המדידה יקטן. עם זאת, לא כל היישומים דורשים מדחום אינפרא אדום בעל תגובה מהירה. עבור תהליכים תרמיים סטטיים או מטרה שבהם קיימת אינרציה תרמית, ניתן להרגיע את זמן התגובה של הפיירומטר. לכן יש להתאים את בחירת זמן התגובה של מדחום האינפרא אדום למצב היעד הנמדד.
פונקציית עיבוד אותות: מדידת תהליכים בדידים (כגון ייצור חלקים) שונה מתהליכים רציפים, המחייבת ממדחום אינפרא אדום לפונקציות עיבוד אותות (כגון החזקה שיא, החזקה בעמק, ערך ממוצע). לדוגמה, בעת מדידת טמפרטורת הזכוכית על המסוע, יש צורך להשתמש בערך השיא כדי להחזיק, ואות הפלט של הטמפרטורה שלה נשלח לבקר.
התחשבות בתנאי הסביבה: לתנאי הסביבה של המדחום יש השפעה רבה על תוצאות המדידה, אותן יש להתחשב ולפתור כראוי, אחרת זה ישפיע על דיוק מדידת הטמפרטורה ואף יגרום לנזק למדחום. כאשר טמפרטורת הסביבה גבוהה מדי ויש אבק, עשן וקיטור, ניתן לבחור את כיסוי המגן, קירור המים, מערכת קירור האוויר, מפוח האוויר ואביזרים נוספים המסופקים על ידי היצרן. אביזרים אלה יכולים לתת מענה יעיל להשפעות סביבתיות ולהגן על המדחום למדידת טמפרטורה מדויקת. בעת ציון אביזרים, יש לבקש שירות סטנדרטיזציה ככל האפשר כדי להפחית את עלויות ההתקנה. כאשר עשן, אבק או חלקיקים אחרים מפחיתים את אות אנרגיית המדידה, מדחום בשני צבעים הוא הבחירה הטובה ביותר. תחת רעש, שדה אלקטרומגנטי, רטט או תנאי סביבה בלתי נגישים, או תנאים קשים אחרים, מדחום דו-צבעי סיבים אופטיים הוא הבחירה הטובה ביותר.
ביישומים עם חומרים אטומים או מסוכנים כגון מיכלים או תאי ואקום, הפיירומטר צופה דרך חלון. החומר חייב להיות חזק מספיק ולעבור דרך טווח אורכי הגל ההפעלה של הפירומטר שבו נעשה שימוש. כמו כן, קבע אם המפעיל צריך גם להתבונן דרך החלון, אז בחר את מיקום ההתקנה המתאים ואת חומר החלון כדי למנוע השפעה הדדית. ביישומי מדידת טמפרטורה נמוכה, חומרי Ge או Si משמשים בדרך כלל כחלונות, שהם אטומים לאור הנראה, והעין האנושית אינה יכולה לצפות במטרה דרך החלון. אם המפעיל צריך לעבור דרך יעד החלון, יש להשתמש בחומר אופטי המעביר גם קרינה אינפרא אדומה וגם אור נראה. לדוגמה, יש להשתמש בחומר אופטי המעביר גם קרינת אינפרא אדום וגם אור נראה כחומר החלון, כגון ZnSe או BaF2.
תפעול פשוט ושימוש קל: מדי חום אינפרא אדום צריכים להיות אינטואיטיביים, קלים לתפעול וקלים לשימוש על ידי מפעילים. ביניהם, מדי חום אינפרא אדום ניידים קטנים, קלים ונישאים על ידי אנשים המשלבים מדידת טמפרטורה ותפוקת תצוגה. מכשירי מדידת טמפרטורה יכולים להציג טמפרטורה ולהפיק מידע טמפרטורה שונים על לוח התצוגה, וחלקם ניתנים להפעלה באמצעות שלט רחוק או תוכנת מחשב.
במקרה של תנאי סביבה קשים ומסובכים, ניתן לבחור מערכת עם ראש מדידת טמפרטורה ותצוגה נפרדים להתקנה ותצורה קלה. ניתן לבחור את צורת פלט האות התואמת לציוד הבקרה הנוכחי. כיול מדחום קרינה אינפרא אדום: יש לכייל את מד החום האינפרא אדום כך שיוכל להציג בצורה נכונה את הטמפרטורה של המטרה הנמדדת. אם מדידת הטמפרטורה של המדחום המשמש מחוץ לסובלנות במהלך השימוש, יש להחזירו ליצרן או למרכז התיקונים לצורך כיול מחדש.
