تحليل تطبيق موازين الحرارة الحديثة بالأشعة تحت الحمراء
مبدأ قياس درجة الحرارة لميزان الحرارة بالأشعة تحت الحمراء هو تحويل الطاقة المشعة بالأشعة تحت الحمراء المنبعثة من الجسم إلى إشارة كهربائية. يتوافق حجم الطاقة المشعة بالأشعة تحت الحمراء مع درجة حرارة الجسم نفسه. وفقًا لحجم الإشارة الكهربائية المحولة ، يمكن تحديد درجة حرارة الجسم. تم تطوير تقنية قياس درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء لمسح وقياس درجة حرارة السطح بالتغيرات الحرارية ، وتحديد صورة توزيع درجة الحرارة ، واكتشاف الاختلافات الخفية في درجة الحرارة بسرعة. هذا هو التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء. تم استخدام كاميرات التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء لأول مرة في الجيش. في عام 2019 ، طورت شركة TI Corporation بالولايات المتحدة أول نظام استطلاع بالأشعة تحت الحمراء في العالم. في وقت لاحق ، تم استخدام تقنية التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء على التوالي في الطائرات والدبابات والسفن الحربية وغيرها من الأسلحة في الدول الغربية ، كنظام رؤية حرارية لأهداف الاستطلاع ، مما يحسن بشكل كبير من القدرة على البحث وضرب الأهداف. تحتل كاميرا التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء التي تنتجها شركة AGA السويدية مكانة رائدة في مجال التكنولوجيا المدنية.
يتكون مقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء من نظام بصري ، وكاشف كهروضوئي ، ومضخم إشارة ، ومعالجة الإشارات ، وإخراج العرض ، وأجزاء أخرى. يقوم النظام البصري بتجميع طاقة الأشعة تحت الحمراء المستهدفة في مجال رؤيتها ، ويتم تحديد حجم مجال الرؤية بواسطة الأجزاء البصرية من مقياس الحرارة وموضعه. تركز طاقة الأشعة تحت الحمراء على كاشف ضوئي وتحويلها إلى إشارة كهربائية مقابلة. تمر الإشارة عبر مضخم الصوت ودائرة معالجة الإشارة ، ويتم تحويلها إلى قيمة درجة حرارة الهدف المقاس بعد تصحيحها وفقًا لخوارزمية المعالجة الداخلية للأداة وانبعاثية الهدف.
في الطبيعة ، كل الأجسام ذات درجة حرارة أعلى من الصفر المطلق تبعث باستمرار طاقة الأشعة تحت الحمراء إلى الفضاء المحيط. يرتبط حجم طاقة الأشعة تحت الحمراء لجسم ما وتوزيعه حسب الطول الموجي ارتباطًا وثيقًا بدرجة حرارة سطحه. لذلك ، من خلال قياس طاقة الأشعة تحت الحمراء التي يشعها الجسم نفسه ، يمكن تحديد درجة حرارة سطحه بدقة ، وهذا هو الأساس الموضوعي لقياس درجة حرارة الأشعة تحت الحمراء.
الجسم الأسود عبارة عن مشع مثالي يمتص جميع الأطوال الموجية للطاقة الإشعاعية ، وليس له انعكاس أو انتقال للطاقة ، وله انبعاثية 1 على سطحه. ومع ذلك ، فإن الأشياء العملية في الطبيعة تكاد لا تكون أجسامًا سوداء. من أجل توضيح والحصول على توزيع الأشعة تحت الحمراء ، يجب اختيار نموذج مناسب في البحث النظري. هذا هو نموذج المذبذب الكمي لإشعاع تجويف الجسم الذي اقترحه بلانك ، وبالتالي اشتق قانون إشعاع الجسم الأسود بلانك ، أي إشعاع الجسم الأسود الطيفي المعبر عنه بالطول الموجي ، وهو نقطة البداية لجميع نظريات الأشعة تحت الحمراء ، لذلك فهو يسمى قانون إشعاع الجسم الأسود. لا تعتمد كمية الإشعاع لجميع الكائنات الفعلية على الطول الموجي للإشعاع ودرجة حرارة الجسم فحسب ، بل تعتمد أيضًا على نوع المادة المكونة للجسم وطريقة التحضير والعملية الحرارية وحالة السطح والظروف البيئية.
يعتمد قياس درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء طريقة تحليل نقطة بنقطة ، أي أن الإشعاع الحراري لمنطقة محلية من الجسم يركز على كاشف واحد ، ويتم تحويل طاقة الإشعاع إلى درجة حرارة من خلال انبعاث الجسم المعروف . نظرًا لاختلاف الكائنات المكتشفة ونطاقات القياس ومناسبات الاستخدام ، يختلف تصميم المظهر والهيكل الداخلي لمقاييس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء ، ولكن الهيكل الأساسي متشابه بشكل عام ، بما في ذلك بشكل أساسي النظام البصري ، والكاشف الضوئي ، ومكبر الصوت ، ومعالجة الإشارات ، وعرض الإخراج وغيرها القطع. الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من المبرد. عند دخول النظام البصري ، يتم تعديل الأشعة تحت الحمراء إلى إشعاع متناوب بواسطة المغير ، وتحويلها إلى إشارة كهربائية مقابلة بواسطة الكاشف. تمر الإشارة عبر مضخم الصوت ودائرة معالجة الإشارة ، ويتم تحويلها إلى قيمة درجة حرارة الهدف المقاس بعد تصحيحها وفقًا للخوارزمية في الجهاز والانبعاثية المستهدفة.
