Termiline nägemise temperatuuri mõõtmine (radiomeetrilised) kaamerad: tehnoloogia, teooria ja rakendused

Sisu

1. põhiteooria ja tehnoloogiad

2. Mõõtmise täpsuse kontrollimine

3. Erinevad temperatuurivahemikud (käigud)

4. kiire temperatuuri mõõtmine

5. tööstusrakendused

6. Muud huvitavad teemad

1. põhiteooria ja tehnoloogiad

Musta keha kiirgusteooria

• Must keha: Teoreetiline objekt, mis neelab kogu langeva kiirguse ja kiirgab energiat selle temperatuuri põhjal.
• Plancki seadus: Kirjeldab musta keha spektraalkiirgust sõltuvalt lainepikkusest ja temperatuurist.

Kus:

B (λ, t): spektri kiirgus.

λ: lainepikkus.

T: absoluutne temperatuur.

H: Plancki konstant.

C: valguse kiirus.

K: Boltzmann konstant.

• Stefan Boltzmanni seadus: Väidab, et musta keha poolt kiirgatud koguenergia on võrdeline selle absoluutse temperatuuri neljanda võimsusega.

Kus:

E: koguenergia kiirgus.

σ: Stefan Boltzmann konstant

T: absoluutne temperatuur.

(Mustakeha kiirgusdiagramm, Vikipeediast)

(Must keha värv teooria järgi, Vikipeediast)

Põhitehnoloogiad

• Pikalaine infrapuna (LWIR):

Töötab lainepikkuse vahemikus 8–14 µm.

Ideaalne temperatuuri mõõtmiseks vahemikus -20 kuni 1000 kraadi.

Tavaliselt kasutatakse tööstus- ja meditsiinilistes rakendustes.

• Keskmine laine (mwir) /Lühilaine (swir)/ Lähedal (NIR) infrapuna:

Töötab 3–5 µm või isegi lühema (SWIR, NIR) lainepikkuse vahemikus.

Sobib kõrge temperatuuri mõõtmiseks (kuni 3000 kraadi).

Kasutatakse sellistes rakendustes nagu põlemisanalüüs ja kosmose.

• Kvantkaevu infrapunafotodetektorid (QWIP):

Täiustatud detektoritehnoloogia, mis kasutab tundlikkuse parandamiseks kvantkaevusid.

Pakub suurt eraldusvõimet ja täpsust, eriti MWIR -is.

2. Mõõtmise täpsuse kontrollimine

• Emissioon

Määratlus: Emissioon (ε) on objekti kiirguse suhe, mille mustas temperatuuril eraldub mustas kehas.

• Emissiooniväärtused:

Täiuslik must keha: ε = 1.

Tõelised objektid: ε <1 (varieerub materjali ja pinna seisundi järgi).

(Levinute objektide näide emsisiivsuse tabel)

Parameetri sätted mõõtmise ajal

Emissiooniseade:

• Reguleerige kaamera emissiooniseadet, et see vastaks mõõdetavale materjalile.
• Vale emissiooniseaded võivad põhjustada ebatäpse temperatuuri näitu.

Peegeldatud temperatuur:

• Arvestab infrapunakiirgust, mida kajastab selle ümbrusest pärit objekt.
• Oluline läikivate või peegeldavate pindade jaoks.

Vahemaa ja atmosfääritingimused:

• Seadke kaamera ja objekti vaheline kaugus.
• Reguleerige atmosfäärifaktoreid nagu niiskus ja õhutemperatuur.

Kalibreerimine musta keha abil

Must keha: Seadmega, millel on teadaolev ja settitav kiirgustemperatuur, mida kasutatakse termiliste kaamerate kalibreerimiseks ja mõõtmistulemuste täpsuse eskaleerimiseks.

Kalibreerimisprotsess:

• Osutage kaamera musta keha poole.
• Reguleerige kaamera näitu, et see vastaks musta keha temperatuurile.
• Tagab täpsed temperatuuri mõõtmised reaalmaailmades.

(Kalibreerimiseks kasutatav tüüpiline must keha)

3. Erinevad temperatuurivahemikud (käigud)

Allpool on töötlemata jaotusmaterjal, mida kasutatakse tavaliselt radiomeetrilises rakenduses.

• Madal/tavaline-temperatuurivahemik (-20 kraad kuni 100 kraadi -200 kraad): Kasutatakse HVAC -is, ehitusülevaated ja meditsiinilised rakendused.
• Keskmise temperatuuri vahemik (150 kraadi kuni 500 kraadi): Tavaline tööstusprotsessides nagu elektroonikatootmine ja toiduainete töötlemine.
• Kõrgtemperatuurivahemik (500 kraadi kuni 3000 kraadi):

     Alamkeel1: (500 kraadi kuni 1000 kraadi): Kasutage plastist / klaasist tootmisel / madala sulamispunkti metallurgias

     Alam-Gear 2:(1000 kraadi kuni 3000 kraadi): Kasutatakse metallurgias (nt) ja kosmoses.

• Spetsiaalne käik:Inimkeha temperatuur

Jahutamise ajal -19 pandeemilisi, radiomeetrilisi termilisi kaameraid kasutati laialdaseltpalaviku sõeluuring. Need kaamerad mõõdavad nahatemperatuuri (tavaliselt 30 kraadi kuni 40 kraadi) suure täpsusega, võimaldades kiiret ja kontaktivaba sõeluuringut ning kasutadesMustakere kalibreerimineVäga suure täpsuse saamiseks (umbes ± {{{0}}}. 1 kraad - ± 0,01 kraadi @ 2m -20 m vahemaa).

Kuid pandeemilisel perioodil on tekkinud ja leiutatud täiustatud algoritmiga ja leiutatud uusi tehnoloogiaid, kus lubab mõõtmisprotsessi ilma musta keha kalibreerimisabita, vähendada hinda ja parandada tegelikku rakenduskogemust.

Radiomeetrilised kaamerad toetavad ülalnimetatud vahemike hulgast üldiselt ühte või kahte (alam-) käiku, mis on tingitud erinevast mõõtetehnoloogiast, ja mõõta tulemusi täpsusega.

4. kiire temperatuuri mõõtmine

Rakendused

1). Kiire rongid:

• Pidurisüsteemid: Jälgige piduri ketta temperatuure, et vältida ülekuumenemist ja tagada ohutus.
• Rattalaagrid:Tuvastage ebanormaalsed kuumusmärgid, mis tähistavad kulumist või rikkeid.

2). Lendavad linnud:

• Ökoloogiline uurimistöö: Uurige lennu ajal lindude termilisi allkirju, et mõista nende energiakulu ja käitumist.
• Säilitus:Jälgige lindude populatsioone ja migratsioonimustreid.

3). Erinevate temperatuurivedelike segamine:

• Tööstusprotsessid: Analüüsige temperatuuri jaotust ja segamise efektiivsust keemilistes reaktorites või toidu töötlemisel.
• Uurimine: Uurige soojusülekannet ja vedeliku dünaamikat reaalajas.

4). Autotestimine:

• Mootori komponendid:Kiire testimise ajal jälgige kolvonite, heitgaasisüsteemide ja turboülelaadurite temperatuure.
• Aerodünaamika: Uurige disaini optimeerimiseks sõiduki pindadel soojusjaotust.

5). Kosmose:

• Raketimootorid: Jälgige põlemistemperatuure testide tulistamise ajal.
• Lennukikomponendid:Avastage mootorite, pidurite ja avioonika ülekuumenemise.

Väljakutsed

• Kaadrisagedus: Kiirrakendused vajavad kõrge kaadrisagedusega kaameraid (nt 60 Hz või kõrgem).
• Andmetöötlus: Kiire temperatuurimuutused vajavad täpse mõõtmise jaoks täiustatud algoritme.
• Ruumiline eraldusvõime: Kiire kaamerad peavad peenete detailide hõivamiseks säilitama piisava eraldusvõime.

5. tööstusrakendused

1). Klaasist/plastist tootmine

• Sulatatud klaasi temperatuuri kontroll: Radiomeetrilised kaamerad jälgivad sulaklaasi temperatuuri (kuni 1500 kraadi), et tagada klaaspudeli tootmise järjepidev kvaliteet.Täpne temperatuurikontroll hoiab ära sellised defektid nagu praod või mullid.

2). Elektroonikatootmine

• PCB ülevaatus:Termilised kaamerad tuvastavad testimise ajal trükitud vooluahela (PCB) ülekuumenemise komponendid.See aitab tuvastada vigaseid komponente ja parandada toote usaldusväärsust.

3). Energiasektor

• Päikesepaneelide kontroll: Termilised kaamerad tuvastavad päikesepaneelide kuumad kohad, mis näitab võimalikke puudusi või ebatõhusust.
• Elektriliinide jälgimine: Tuvastab tõrgete vältimiseks elektriliinides ja trafodes ülekuumenemise.

4). Toiduainete töötlemine

• Temperatuuri jälgimine: Tagab toiduohutuse ja kvaliteedi säilitamiseks korraliku toiduvalmistamise, jahutamise ja ladustamise temperatuurid.

6. Muud huvitavad teemad

1). Meditsiinilised rakendused

• Palaviku sõeluuring: Radiomeetrilisi kaameraid kasutati laialdaselt jahutamisel -19 pandeemia ajal, et temperatuuri mittekontakti mõõta.
• Haavade paranemine: Termiline pildistamine jälgib haavade verevoolu ja põletikku, et hinnata paranemise arengut.

2). Keskkonnaseire

• Eluslooduse uurimine: Termilised kaamerad jälgivad loomade liikumist ja uurivad nende termilist käitumist.
• Metsatulekahjude tuvastamine: Tuvastab tulekahjude soojusignatuurid, võimaldades varajast sekkumist.

3. autotööstus

• Mootori testimine: Termilised kaamerad monitorid mootori komponendid testimise ajal ülekuumenemiseks.
• Pidurisüsteemi analüüs: Mõõdab pidurite kettatemperatuuri jõudluse ja ohutuse optimeerimiseks.

4. teadusuuringud

• Materiaalne analüüs: Uurige materjalide termilisi omadusi erinevates tingimustes.
• Kosmose: Jälgib kosmoselaevade ja õhusõidukite komponentide termilist jõudlust.