עקרון עבודה ויישום של מדחום אינפרא אדום
תיאוריה בסיסית של אינפרא אדום
בשנת 1672 התגלה שאור השמש (אור לבן) מורכב מאור בצבעים שונים. במקביל, ניוטון הגיע למסקנה שאור מונוכרומטי הוא פשוט יותר בטבעו מאשר אור לבן. השתמש בפריזמה דיכרואית כדי לפרק את אור השמש (אור לבן) לאורות מונוכרומטיים של אדום, כתום, צהוב, ירוק, כחול, כחול, סגול וכו'. בשנת 1800, הפיזיקאי הבריטי FW Huxel גילה קרני אינפרא אדום כאשר חקר אורות צבעוניים שונים נקודת מבט תרמית. כאשר חקר את החום של צבעי אור שונים, הוא חסם בכוונה את החלון היחיד של החדר החשוך בצלחת כהה, ופתח חור מלבני בצלחת, ובחור הותקנה פריזמה של מפצל קורות. כאשר אור השמש עובר דרך המנסרה, הוא מתפרק לרצועות אור צבעוניות, ומדחום משמש למדידת החום הכלול בצבעים שונים ברצועות האור. על מנת להשוות לטמפרטורת הסביבה, האקסל השתמש במספר מדי חום שהוצבו ליד פס האור הצבעוני כמדחום השוואתי למדידת טמפרטורת הסביבה. במהלך הניסוי, הוא גילה בטעות תופעה מוזרה: מדחום שהוצב מחוץ לאור האדמדם היה בעל ערך גבוה יותר מטמפרטורות אחרות בחדר. באמצעות ניסוי וטעייה, אזור הטמפרטורה הגבוה הזה עם הכי הרבה חום נמצא תמיד מחוץ לאור האדום בקצה רצועת האור Z. אז הוא הודיע כי בנוסף לאור הנראה, יש גם "קו חם "בלתי נראה לעין האנושית בקרינה הנפלטת מהשמש. "קו חם" בלתי נראה זה ממוקם מחוץ לאור האדום ונקרא אור אינפרא אדום. אינפרא אדום הוא סוג של גל אלקטרומגנטי, שיש לו אותה מהות כמו גלי רדיו ואור נראה. גילוי האינפרא אדום הוא קפיצת מדרגה בהבנת הטבע של האדם, והיא פתחה דרך רחבה חדשה למחקר, ניצול ופיתוח של טכנולוגיית אינפרא אדום.
אורך הגל של קרני אינפרא אדום הוא בין 0.76 ל-100 מיקרומטר. על פי טווח אורכי הגל, ניתן לחלק אותו לארבע קטגוריות: אינפרא אדום קרוב, אינפרא אדום בינוני, אינפרא אדום רחוק ואינפרא אדום קיצוני. מיקומו בספקטרום הרציף של גלים אלקטרומגנטיים הוא השטח שבין גלי רדיו לאור הנראה. . קרינה אינפרא אדומה היא אחת מהקרינה האלקטרומגנטית הנרחבת ביותר בטבע. הוא מבוסס על העובדה שכל עצם ייצר תנועות לא סדירות מולקולריות ואטומיות בסביבה קונבנציונלית, ויקרין ברציפות אנרגיה אינפרא אדום תרמית, מולקולות ואטומים. ככל שהתנועה אינטנסיבית יותר, האנרגיה המוקרנת גדולה יותר, ולהיפך, האנרגיה המוקרנת קטנה יותר.
עצמים עם טמפרטורה מעל האפס יקרינו קרני אינפרא אדום בשל התנועה המולקולרית שלהם. לאחר שאות הכוח המוקרן על ידי האובייקט מומר לאות חשמלי על ידי גלאי האינפרא אדום, אות הפלט של מכשיר ההדמיה יכול לדמות לחלוטין את ההתפלגות המרחבית של טמפרטורת פני השטח של האובייקט הסרוק בזה אחר זה. לאחר עיבוד על ידי המערכת האלקטרונית, הוא מועבר למסך התצוגה ומתקבל התמונה התרמית המתאימה לפיזור החום על פני האובייקט. באמצעות שיטה זו, ניתן לממש את תמונת מצב תרמי למרחקים ארוכים ומדידות טמפרטורה של המטרה ולנתח ולשפוט.
עקרון הדמיה תרמית
מצלם תרמי אינפרא אדום משתמש בגלאי אינפרא אדום, עדשת אובייקטיבי הדמיה אופטית ומערכת סריקה אופטית-מכנית (טכנולוגיית מישור המוקד המתקדמת הנוכחית משמיטה את מערכת הסריקה האופטית-מכאנית) כדי לקבל את דפוס הפצת אנרגיית הקרינה האינפרא-אדומה של המטרה הנמדדת ולשקף אותה לחיישן הרגיש לאור. של גלאי האינפרא אדום. על האלמנט, בין המערכת האופטית לגלאי האינפרא אדום, קיים מנגנון סריקה אופטי-מכני (למצלם התרמי של מישור המוקד אין מנגנון זה) לסריקת התמונה התרמית האינפרא אדום של האובייקט הנמדד ולהתמקד ביחידה או במכשיר. גלאי ספקטרוסקופי. אנרגיית הקרינה האינפרא אדום מומרת לאות חשמלי על ידי הגלאי, והתמונה התרמית האינפרא אדום מוצגת על מסך טלוויזיה או צג לאחר עיבוד הגברה, המרה או אות וידאו רגיל. סוג זה של תמונה תרמית מתאים לשדה ההפצה התרמית על פני האובייקט; זוהי בעצם התפלגות התמונה התרמית של קרינת האינפרא אדום של כל חלק של אובייקט המטרה הנמדד. מכיוון שהאות חלש מאוד, בהשוואה לתמונת האור הנראה, הוא חסר שכבות ותלת מימד. לכן, על מנת לשפוט את שדה חלוקת החום האינפרא אדום של המטרה הנמדדת בצורה יעילה יותר במהלך הפעולה בפועל, נעשה שימוש לעתים קרובות באמצעי עזר מסוימים כדי להגביר את הפונקציות המעשיות של המכשיר, כגון בהירות תמונה, בקרת ניגודיות, תיקון סטנדרטי אמיתי, שקר עיבוד צבע וטכנולוגיות אחרות
פיתוח מצלמות הדמיה תרמית
בשנת 1800, הפיזיקאי הבריטי FW Huxel גילה אינפרא אדום, שפתח דרך רחבה ליישום אנושי של טכנולוגיית אינפרא אדום. במלחמת העולם הראשונה השתמשו הגרמנים בצינורות מחליפי תמונה אינפרא אדום כמכשירי המרה פוטו-אלקטריים לפיתוח מכשירי ראיית לילה אקטיביים וציוד תקשורת אינפרא אדום, שהניחו את הבסיס לפיתוח טכנולוגיית האינפרא אדום.
לאחר מלחמת העולם השנייה, הדור הראשון של מכשירי הדמיה אינפרא אדום לתחום הצבאי פותח על ידי תאגיד Texas Instruments של ארצות הברית לאחר כמעט שנה של מחקר. זה נקרא מערכת מציאת אינפרא אדום (FLIR), שמשתמשת במערכת המכנית האופטית כדי לסרוק את קרינת האינפרא אדום של המטרה הנמדדת. גלאי הפוטונים קולט את הסימנים של קרינת אינפרא אדום דו-ממדית, ולאחר המרה פוטו-אלקטרית וסדרה של עיבוד מכשירים, נוצר אות תמונת וידאו. הצורה המקורית של מערכת זו היא מקליט חלוקת טמפרטורה אוטומטי שאינו בזמן אמת. מאוחר יותר, עם התפתחותם של גלאי פוטון כספית מסוממים אינדיום אנטימוניד וגרמניום בשנות ה-50, החלה להופיע סריקה במהירות גבוהה ותצוגה בזמן אמת של תמונות תרמיות מטרות. מערכת.
