مبدأ العمل وتطبيق ميزان الحرارة بالأشعة تحت الحمراء
نظرية الأشعة تحت الحمراء الأساسية
في عام 1672 ، تم اكتشاف أن ضوء الشمس (الضوء الأبيض) يتكون من ضوء بألوان مختلفة. في الوقت نفسه ، توصل نيوتن إلى استنتاج مفاده أن الضوء أحادي اللون أبسط بطبيعته من الضوء الأبيض. استخدم المنشور ثنائي اللون لتحليل ضوء الشمس (الضوء الأبيض) إلى أضواء أحادية اللون من الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والأزرق والأرجواني ، وما إلى ذلك. في عام 1800 ، اكتشف الفيزيائي البريطاني FW Huxel الأشعة تحت الحمراء عندما درس أضواء ملونة مختلفة من وجهة نظر حرارية. عندما كان يدرس حرارة ألوان الضوء المختلفة ، قام عن عمد بسد النافذة الوحيدة في الغرفة المظلمة ذات اللوحة المظلمة ، وفتح ثقبًا مستطيلًا في اللوحة ، وتم تثبيت منشور فاصل شعاع في الحفرة. عندما يمر ضوء الشمس عبر المنشور ، فإنه يتحلل إلى شرائط ضوئية ملونة ، ويستخدم مقياس حرارة لقياس الحرارة الموجودة بألوان مختلفة في نطاقات الضوء. من أجل المقارنة مع درجة الحرارة المحيطة ، استخدم Huxel العديد من موازين الحرارة الموضوعة بالقرب من شريط الضوء الملون كمقاييس حرارة مقارنة لقياس درجة الحرارة المحيطة. أثناء التجربة ، اكتشف بالصدفة ظاهرة غريبة: مقياس حرارة يوضع خارج الضوء المحمر له قيمة أعلى من درجات الحرارة الأخرى في الغرفة. من خلال التجربة والخطأ ، تقع هذه المنطقة ذات درجة الحرارة المرتفعة التي تتميز بأكبر قدر من الحرارة دائمًا خارج الضوء الأحمر عند حافة النطاق الضوئي Z. لذلك أعلن أنه بالإضافة إلى الضوء المرئي ، يوجد أيضًا "خط ساخن" "غير مرئي للعين البشرية في الإشعاع المنبعث من الشمس. يقع هذا "الخط الساخن" غير المرئي خارج الضوء الأحمر ويسمى ضوء الأشعة تحت الحمراء. الأشعة تحت الحمراء هي نوع من الموجات الكهرومغناطيسية ، لها نفس جوهر موجات الراديو والضوء المرئي. يعد اكتشاف الأشعة تحت الحمراء قفزة في فهم الإنسان للطبيعة ، وقد فتح طريقًا جديدًا واسعًا للبحث في تكنولوجيا الأشعة تحت الحمراء واستخدامها وتطويرها.
يتراوح الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء بين 0 76 و 100 ميكرومتر. وفقًا لنطاق الطول الموجي ، يمكن تقسيمه إلى أربع فئات: الأشعة تحت الحمراء القريبة ، والأشعة تحت الحمراء المتوسطة ، والأشعة تحت الحمراء البعيدة ، والأشعة تحت الحمراء البعيدة جدًا. موقعه في الطيف المستمر للموجات الكهرومغناطيسية هو المنطقة الواقعة بين موجات الراديو والضوء المرئي. . الأشعة تحت الحمراء هي واحدة من أكثر الإشعاعات الكهرومغناطيسية انتشارًا في الطبيعة. يعتمد على حقيقة أن أي جسم سينتج حركاته الجزيئية والذرية غير المنتظمة في بيئة تقليدية ، ويشع باستمرار طاقة الأشعة تحت الحمراء الحرارية والجزيئات والذرات. كلما زادت كثافة الحركة ، زادت الطاقة المشعة ، والعكس صحيح ، قلت الطاقة المشعة.
الأجسام التي تزيد درجة حرارتها عن الصفر تشع أشعة تحت حمراء بسبب حركتها الجزيئية. بعد تحويل إشارة الطاقة التي يشعها الكائن إلى إشارة كهربائية بواسطة كاشف الأشعة تحت الحمراء ، يمكن لإشارة خرج جهاز التصوير محاكاة التوزيع المكاني لدرجة حرارة سطح الكائن الممسوح واحدًا تلو الآخر. بعد معالجتها بواسطة النظام الإلكتروني ، يتم نقلها إلى شاشة العرض والحصول على الصورة الحرارية المقابلة لتوزيع الحرارة على سطح الجسم. باستخدام هذه الطريقة ، من الممكن تحقيق تصوير الحالة الحرارية لمسافات طويلة وقياس درجة حرارة الهدف وتحليلها والحكم عليها.
مبدأ التصوير الحراري
يستخدم التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء كاشف الأشعة تحت الحمراء ، وعدسة التصوير البصري الموضوعية ونظام المسح الضوئي الميكانيكي (تغفل تقنية المستوى البؤري المتقدمة الحالية نظام المسح الضوئي الميكانيكي) لتلقي نمط توزيع طاقة الأشعة تحت الحمراء للهدف المقاس وعكسه على مستشعر حساس للضوء من كاشف الأشعة تحت الحمراء. على العنصر ، بين النظام البصري وكاشف الأشعة تحت الحمراء ، توجد آلية مسح ضوئي ميكانيكي (لا يحتوي المصور الحراري للمستوى البؤري على هذه الآلية) لمسح الصورة الحرارية بالأشعة تحت الحمراء للكائن المقاس والتركيز على الوحدة أو كاشف طيفي. يتم تحويل طاقة الأشعة تحت الحمراء إلى إشارة كهربائية بواسطة الكاشف ، ويتم عرض الصورة الحرارية بالأشعة تحت الحمراء على شاشة تلفزيون أو شاشة بعد معالجة التضخيم أو التحويل أو إشارة الفيديو القياسية. يتوافق هذا النوع من الصور الحرارية مع مجال التوزيع الحراري على سطح الجسم ؛ هو في الأساس التوزيع الحراري للصورة للأشعة تحت الحمراء لكل جزء من الجسم المستهدف المقاس. ولأن الإشارة ضعيفة جدًا مقارنة بصورة الضوء المرئي ، فإنها تفتقر إلى الطبقات والثلاثي الأبعاد. لذلك ، من أجل الحكم على مجال توزيع الحرارة بالأشعة تحت الحمراء للهدف المقاس بشكل أكثر فعالية أثناء التشغيل الفعلي ، غالبًا ما يتم استخدام بعض التدابير المساعدة لزيادة الوظائف العملية للأداة ، مثل سطوع الصورة والتحكم في التباين والتصحيح القياسي الحقيقي والخطأ تجسيد اللون والتقنيات الأخرى
تطوير كاميرات التصوير الحراري
في عام 1800 ، اكتشف الفيزيائي البريطاني FW Huxel الأشعة تحت الحمراء ، والتي فتحت طريقا واسعا للتطبيقات البشرية لتقنية الأشعة تحت الحمراء. في الحرب العالمية الأولى ، استخدم الألمان أنابيب مغير الصورة بالأشعة تحت الحمراء كأجهزة تحويل كهروضوئية لتطوير أجهزة رؤية ليلية نشطة ومعدات اتصال بالأشعة تحت الحمراء ، مما وضع الأساس لتطوير تقنية الأشعة تحت الحمراء.
بعد الحرب العالمية الثانية ، تم تطوير الجيل الأول من أجهزة التصوير بالأشعة تحت الحمراء للمجال العسكري بواسطة شركة Texas Instruments Corporation بالولايات المتحدة بعد ما يقرب من عام من الاستكشاف. يطلق عليه نظام اكتشاف الأشعة تحت الحمراء (FLIR) ، والذي يستخدم النظام الميكانيكي البصري لمسح الأشعة تحت الحمراء للهدف المقاس. يستقبل كاشف الفوتون إشارات الأشعة تحت الحمراء ثنائية الأبعاد ، وبعد التحويل الكهروضوئي وسلسلة من معالجة الأجهزة ، يتم تشكيل إشارة صورة فيديو. الشكل الأصلي لهذا النظام هو مسجل توزيع درجة الحرارة التلقائي في غير الوقت الحقيقي. في وقت لاحق ، مع تطوير كاشفات الفوتون الزئبقي المضاد للإنديوم والجرمانيوم في الخمسينيات من القرن الماضي ، بدأ يظهر المسح عالي السرعة والعرض في الوقت الحقيقي للصور الحرارية المستهدفة. نظام.
