תרמוגרפיה אינפרא אדום והדמיה תרמית
מדידת טמפרטורת פני השטח באמצעות רישום הפרמטרים של קרינת החום הנפלטת על ידה באמצעות מכשירים אלקטרו-אופטיים נקראת תרמוגרפיה אינפרא אדום. כפי שאתה יכול לנחש, במקרה זה החום מועבר מהמשטח הנבדק - למכשיר המדידה, בצורה גלים אלקטרומגנטיים אינפרא אדום.
מכשירים אלקטרו-אופטיים מודרניים לתרמוגרפיה אינפרא אדום יכולים למדוד את זרימת קרינת האינפרא אדום, ועל סמך הנתונים המתקבלים, לחשב את הטמפרטורה של פני השטח איתו ציוד המדידה מקיים אינטראקציה.
כמובן, אדם מסוגל לחוש קרינת אינפרא אדום ואף יכול לחוש בשינויי טמפרטורה בתוך מאיות המעלה עם קצות עצבים על פני העור. אולם עם רגישות כה גבוהה, גוף האדם אינו מותאם לזהות טמפרטורות גבוהות יחסית במגע מבלי לפגוע בבריאות. במקרה הטוב, זה טומן בחובו פציעות כוויות.
וגם אם תתברר שהרגישות של האדם לטמפרטורה גבוהה כמו של בעלי חיים המסוגלים לזהות טרף על ידי חום בחושך מוחלט, עדיין במוקדם או במאוחר הוא יזדקק למכשיר רגיש יותר שיוכל לעבוד בטווח טמפרטורות רחב יותר מאשר בפיזיולוגיה טבעית. מאפשר...
אחרי הכל, כלי כזה פותח. בהתחלה היו אלה מכשירים מכניים, ואחר כך אלקטרוניים בעלי רגישות יתר. כיום, נראה שהמכשירים הללו הם המאפיינים הרגילים כאשר יש צורך לבצע בקרה תרמית כדי לפתור כל אחת משלל הבעיות הטכניות.
עצם המילה «אינפרא אדום», או בקיצור «IR», מציינת את מיקומם של גלי החום «מאחורי האדום», לפי מיקומם בסולם הספקטרום הרחב ביותר של קרינה אלקטרומגנטית. לגבי המילה "תרמוגרפיה", היא כוללת "תרמו" - טמפרטורה ו"גרפית" - תמונה - תמונת טמפרטורה.
המקורות של תרמוגרפיה אינפרא אדום
היסוד לקו מחקר זה הונח על ידי האסטרונום הגרמני ויליאם הרשל, שערך מחקר עם הספקטרום של אור השמש בשנת 1800. על ידי העברת אור השמש דרך מנסרה, הציב הרשל מדחום כספית רגיש באזורים בצבעים שונים שעליהם נופל אור השמש. על הפריזמה, היה מחולק.
במהלך הניסוי, כאשר המדחום הוזז מעבר לקו האדום, הוא גילה שיש גם קרינה בלתי נראית, אך בעלת אפקט חימום ניכר.
הקרינה שבה צפה הרשל בניסוי שלו הייתה באותו אזור של הספקטרום האלקטרומגנטי שלא נתפס בעיני האדם כצבע כלשהו.זה היה האזור של "קרינת חום בלתי נראית", למרות שזה בהחלט היה בספקטרום של גלים אלקטרומגנטיים, אבל מתחת לאדום הנראה לעין.
מאוחר יותר, הפיזיקאי הגרמני תומס סיבק יגלה תרמו-חשמליות, ובשנת 1829 הפיזיקאי האיטלקי נובילי היה יוצר עמוד תרמו המבוסס על הצמדים התרמיים הידועים הראשונים, שעיקרו יתבסס על העובדה שכאשר הטמפרטורה משתנה בין שתי מתכות שונות, הפרש פוטנציאלי מתאים מתעורר בקצוות המעגל המורכב מאלה...
מלוני תמציא בקרוב את מה שנקרא תרמופיל (מתרמופילים המותקנים בסדרה), ובאמצעות מיקוד גלי אינפרא אדום עליו בצורה מסוימת, יוכל לזהות מקור חום במרחק של 9 מטרים.
תרמופיל - חיבור טורי של אלמנטים תרמויים להשגת כוח חשמלי או קיבולת קירור גדולה יותר (כאשר פועלים במצב תרמו-אלקטרי או בקירור, בהתאמה).
סמואל לנגלי בשנת 1880 גילה פרה בחום במרחק של 300 מטר. הדבר ייעשה באמצעות בלאומטר, המודד את השינוי בהתנגדות החשמלית הקשורה באופן בלתי נפרד לשינוי בטמפרטורה.
יורשו של אביו, ג'ון הרשל, השתמש ב-1840 באיופורוגרפיה, שבאמצעותו השיג את תמונת האינפרא אדום הראשונה באור מוחזר הודות למנגנון האידוי במהירויות שונות של הסרט הדק ביותר של שמן.
כיום משתמשים במכשירים מיוחדים לרכישה מרחוק של תמונות תרמיות - צילומי תרמית, המאפשרים קבלת מידע על קרינת אינפרא אדום ללא מגע עם הציוד הנחקר והדמיה מיידית. המצלמים התרמיים הראשונים התבססו על חיישני אינפרא אדום פוטו-התנגדות.
עד 1918, אמריקן קיז ערך ניסויים עם נגדי פוטו, שם הוא קיבל אותות בשל האינטראקציה הישירה שלהם עם פוטונים. כך נוצר גלאי רגיש של קרינה תרמית, הפועל על עיקרון הפוטומוליכות.
תרמוגרפיה IR בעולם המודרני
במהלך שנות המלחמה, צילומים תרמיים מגושמים שימשו בעיקר למטרות צבאיות, ולכן התפתחות טכנולוגיית ההדמיה התרמית הואצה לאחר 1940. הגרמנים גילו שעל ידי קירור מקלט הפוטו-נגד ניתן לשפר את מאפייניו.
לאחר שנות ה-60 הופיעו המדמים התרמיים הניידים הראשונים, בעזרתם הם מבצעים אבחון של מבנים. הם היו כלים אמינים אבל עם תמונות באיכות ירודה. בשנות ה-80 החלו להציג הדמיה תרמית לא רק בתעשייה, אלא גם ברפואה. המצלמות התרמיות כוילו כדי לתת תמונה רדיומטרית - הטמפרטורות של כל הנקודות בתמונה.
המצלמות התרמיות הראשונות מקוררות גז הציגו את התמונה על מסך CRT בשחור-לבן עם שפופרת קרן קתודית. כבר אז ניתן היה להקליט מהמסך על סרט מגנטי או נייר צילום. דגמים זולים יותר של מצלמות תרמיות מבוססות על צינורות vidicon, אינם דורשים קירור וקומפקטיים יותר, אם כי הדמיה תרמית אינה רדיומטרית.
בשנות ה-90 הפכו מקלטי אינפרא אדום מטריקס לזמינים לשימוש אזרחי, כולל מערכים של מקלטי אינפרא אדום מלבניים (פיקסלים רגישים) שהותקנו במישור המוקד של עדשת המכשיר. זה היה שיפור משמעותי לעומת מקלטי ה-IR הסורקים הראשונים.
איכות התמונות התרמיות השתפרה והרזולוציה המרחבית עלתה. למצלמות תרמיות מטריצות מודרניות ממוצעות יש מקלטים ברזולוציה של עד 640 * 480 - 307,200 מקלטי מיקרו-IR. מכשירים מקצועיים יכולים לקבל רזולוציה גבוהה יותר - מעל 1000*1000.
טכנולוגיית מטריצת IR התפתחה בשנות ה-2000. צילומי תרמית הופיעו עם טווח פעולה ארוך באורך גל - חישה אורכי גל מ-8 עד 15 מיקרון ואורכי גל בינוניים - המיועדים לאורכי גל מ-2.5 עד 6 מיקרון. הדגמים הטובים ביותר של מצלמים תרמיים הם רדיומטריים לחלוטין, בעלי פונקציית שכבת תמונה ורגישות של 0.05 מעלות או פחות. במהלך 10 השנים האחרונות, המחיר עבורם ירד יותר מפי 10, והאיכות השתפרה. כל הדגמים המודרניים יכולים ליצור אינטראקציה עם מחשב, לנתח את הנתונים עצמם ולהציג דוחות נוחים בכל פורמט מתאים.
מבודדי חום
המבודד התרמי כולל מספר חלקים סטנדרטיים: עדשה, תצוגה, מקלט אינפרא אדום, אלקטרוניקה, בקרות מדידה, התקן אחסון. המראה של החלקים השונים עשוי להשתנות בהתאם לדגם. הדמיה התרמית פועלת באופן הבא. קרינת האינפרא אדום ממוקדת על ידי האופטיקה אל המקלט.
המקלט מייצר אות בצורה של מתח או התנגדות משתנה. האות הזה מוזן לאלקטרוניקה, שיוצר תמונה - תרמוגרמה - על המסך.צבעים שונים על המסך מתאימים לחלקים שונים בספקטרום האינפרא אדום (כל גוון מתאים לטמפרטורה שלו), בהתאם לאופי פיזור החום על פני האובייקט הנבדק על ידי המצלם התרמי.
התצוגה בדרך כלל קטנה, בעלת בהירות וניגודיות גבוהות, מה שמאפשר לראות את התרמוגרפיה בתנאי תאורה שונים. בנוסף לתמונה, התצוגה מציגה בדרך כלל מידע נוסף: רמת טעינת הסוללה, תאריך ושעה, טמפרטורה, סולם צבעים.
מקלט ה-IR עשוי מחומר מוליכים למחצה היוצר אות חשמלי בהשפעת קרני אינפרא אדום הנופלות עליו. האות מעובד על ידי אלקטרוניקה היוצרות תמונה על הצג.
לשליטה, ישנם כפתורים המאפשרים לשנות את טווח הטמפרטורות הנמדדות, להתאים את לוח הצבעים, רפלקטיביות ופליטת הרקע, וכן לשמור תמונות ודוחות.
קבצי תמונה ודיווח דיגיטליים נשמרים בדרך כלל בכרטיס זיכרון. לכמה מצלמים תרמיים יש את הפונקציה של הקלטת קול ואפילו וידאו בספקטרום החזותי. כל הנתונים הדיגיטליים שנשמרו בזמן הפעלת מצלמת ההדמיה התרמית ניתנים לצפייה במחשב ולנתח אותם באמצעות התוכנה המסופקת עם מצלמת ההדמיה התרמית.
ראה גם:מדידת טמפרטורה ללא מגע במהלך פעולת ציוד חשמלי