Termografia infraroja i imatge tèrmica
La mesura de la temperatura superficial mitjançant l'enregistrament dels paràmetres de la radiació tèrmica emesa per aquesta mitjançant dispositius electroòptics s'anomena termografia infraroja. Com podeu suposar, en aquest cas la calor es transfereix de la superfície examinada al dispositiu de mesura, en forma ones electromagnètiques infrarojes.
Els moderns dispositius electroòptics per a termografia infraroja poden mesurar el flux de radiació infraroja i, a partir de les dades obtingudes, calcular la temperatura de la superfície amb la qual interactua l'equip de mesura.
Per descomptat, una persona és capaç de detectar la radiació infraroja i fins i tot pot detectar canvis de temperatura en centèsimes de grau amb terminacions nervioses a la superfície de la pell. Tanmateix, amb una sensibilitat tan alta, el cos humà no està adaptat per detectar temperatures relativament altes mitjançant el tacte sense perjudicar la salut. En el millor dels casos, això està ple de lesions per cremades.
I fins i tot si la sensibilitat de l'home a la temperatura resulta ser tan alta com la dels animals capaços de detectar preses per calor en la foscor total, encara tard o d'hora necessitarà un instrument més sensible que pugui funcionar en un rang de temperatures més ampli que la fisiologia natural. permet...
Després de tot, es va desenvolupar una eina així. Al principi es tractava d'aparells mecànics, i més tard d'electrònics hipersensibles. Avui dia, aquests dispositius semblen ser els atributs habituals quan cal fer un control tèrmic per resoldre qualsevol dels innombrables problemes tècnics.
La mateixa paraula «infraroig», o abreujat «IR», denota la posició de les ones de calor «darrere del vermell», segons la seva ubicació a l'escala de l'espectre més ampli de radiació electromagnètica. Pel que fa a la paraula "termografia", inclou "termo" - temperatura i "gràfic" - imatge - imatge de temperatura.
Els orígens de la termografia infraroja
Les bases d'aquesta línia d'investigació van ser posades per l'astrònom alemany William Herschel, que va dur a terme investigacions amb els espectres de la llum solar l'any 1800. En transmetre la llum solar a través d'un prisma, Herschel va col·locar un termòmetre de mercuri sensible en zones de diferents colors sobre les quals caia la llum solar. al prisma, estava dividit.
En el transcurs de l'experiment, quan el termòmetre es va moure més enllà de la línia vermella, va trobar que també hi havia una mica de radiació invisible, però amb un efecte d'escalfament notable.
La radiació que Herschel va observar en el seu experiment es trobava en aquella regió de l'espectre electromagnètic que no era percebuda per la visió humana com cap color.Aquesta era la regió de la "radiació tèrmica invisible", encara que definitivament estava en l'espectre de les ones electromagnètiques, però per sota del vermell visible.
Més tard, el físic alemany Thomas Seebeck descobriria la termoelectricitat, i el 1829 el físic italià Nobili crearia una termopila basada en els primers termoparells coneguts, el principi de la qual es basaria en el fet que quan la temperatura canvia entre dos metalls diferents, el corresponent una diferència de potencial sorgeix als extrems del circuit compost per aquests...
Meloni aviat inventarà l'anomenat Una termopila (a partir de termopiles instal·lades en sèrie), i enfocant-hi ones infrarojes d'una determinada manera, podrà detectar una font de calor a una distància de 9 metres.
Termopila: connexió en sèrie dels termoelements per obtenir una major potència elèctrica o capacitat de refrigeració (quan funciona en modes termoelèctrics o de refrigeració, respectivament).
Samuel Langley l'any 1880 va descobrir una vaca en calor a una distància de 300 metres. Això es farà mitjançant un balòmetre, que mesura el canvi de resistència elèctrica que està indisolublement lligat a un canvi de temperatura.
El successor del seu pare, John Herschel, l'any 1840 va utilitzar un evaporògraf, amb el qual va obtenir la primera imatge infraroja en llum reflectida gràcies al mecanisme d'evaporació a diferents velocitats de la pel·lícula més fina d'oli.
Avui en dia, s'utilitzen dispositius especials per a l'adquisició remota d'imatges tèrmiques: càmeres tèrmiques, que permeten obtenir informació sobre la radiació infraroja sense contacte amb l'equip investigat i visualització immediata. Les primeres càmeres tèrmiques es van basar en sensors infrarojos fotoresistius.
El 1918, American Keys estava realitzant experiments amb fotoresistències, on va rebre senyals a causa de la seva interacció directa amb els fotons. Així, es va crear un detector sensible de radiació tèrmica, que treballava sobre el principi de la fotoconductivitat.
La termografia IR en el món modern
Durant els anys de la guerra, les càmeres tèrmiques voluminosos servien principalment per a finalitats militars, de manera que el desenvolupament de la tecnologia d'imatge tèrmica es va accelerar després de 1940. Els alemanys van descobrir que refredant el receptor de la fotoresistència, es poden millorar les seves característiques.
Després de la dècada de 1960, van aparèixer les primeres càmeres tèrmiques portàtils, amb l'ajuda de les quals realitzen diagnòstics d'edificis. Eren eines fiables però amb imatges de mala qualitat. A la dècada de 1980, la imatge tèrmica va començar a introduir-se no només a la indústria, sinó també a la medicina. Les càmeres tèrmiques es van calibrar per donar una imatge radiomètrica: les temperatures de tots els punts de la imatge.
Les primeres càmeres tèrmiques refrigerades per gas van mostrar la imatge en una pantalla CRT en blanc i negre amb un tub de raigs catòdics. Fins i tot llavors era possible gravar des de la pantalla en cinta magnètica o paper fotogràfic. Els models més econòmics de càmeres tèrmiques es basen en tubs vidicon, no requereixen refrigeració i són més compactes, tot i que la imatge tèrmica no és radiomètrica.
A la dècada de 1990, els receptors d'infrarojos de matriu van estar disponibles per a ús civil, incloent matrius de receptors d'infrarojos rectangulars (píxels sensibles) instal·lats al pla focal de la lent del dispositiu. Aquesta va ser una millora significativa respecte als primers receptors IR d'escaneig.
La qualitat de les imatges tèrmiques ha millorat i la resolució espacial ha augmentat. Les imatges tèrmiques de matriu modernes mitjanes tenen receptors amb una resolució de fins a 640 * 480 — 307.200 receptors micro-IR. Els dispositius professionals poden tenir una resolució més alta: més de 1000 * 1000.
La tecnologia de matriu IR va evolucionar als anys 2000. Les imatges tèrmiques han aparegut amb un rang de funcionament de longitud d'ona llarga (detecció de longituds d'ona de 8 a 15 micres i longituds d'ona mitjanes) dissenyades per a longituds d'ona de 2,5 a 6 micres. Els millors models de càmeres tèrmiques són completament radiomètriques, tenen una funció de superposició d'imatge i una sensibilitat de 0,05 graus o menys. Durant els últims 10 anys, el preu d'ells ha disminuït més de 10 vegades i la qualitat ha millorat. Tots els models moderns poden interactuar amb un ordinador, analitzar les dades i presentar informes convenients en qualsevol format adequat.
Aïllants tèrmics
L'aïllador tèrmic inclou diverses peces estàndard: lent, pantalla, receptor d'infrarojos, electrònica, controls de mesura, dispositiu d'emmagatzematge. L'aspecte de les diferents parts pot variar segons el model. La càmera tèrmica funciona de la següent manera. La radiació infraroja és enfocada per l'òptica al receptor.
El receptor genera un senyal en forma de tensió o resistència variable. Aquest senyal s'alimenta a l'electrònica, que forma una imatge, un termograma, a la pantalla.Els diferents colors de la pantalla corresponen a diferents parts de l'espectre infrarojo (cada tonalitat correspon a la seva pròpia temperatura), depenent de la naturalesa de la distribució de calor a la superfície de l'objecte examinat per la càmera tèrmica.
La pantalla acostuma a ser petita, té una gran brillantor i contrast, la qual cosa permet veure el termograma en diferents condicions d'il·luminació. A més de la imatge, la pantalla sol mostrar informació addicional: nivell de càrrega de la bateria, data i hora, temperatura, escala de color.
El receptor IR està fet d'un material semiconductor que genera un senyal elèctric sota la influència dels raigs infrarojos que hi cauen. El senyal és processat per l'electrònica que forma una imatge a la pantalla.
Per al control, hi ha botons que permeten canviar el rang de temperatures mesurades, ajustar la paleta de colors, la reflectivitat i l'emissió de fons, així com desar imatges i informes.
Les imatges digitals i els fitxers d'informes solen desar-se en una targeta de memòria. Algunes càmeres tèrmiques tenen la funció de gravar veu i fins i tot vídeo en l'espectre visual. Totes les dades digitals desades durant el funcionament de la càmera d'imatge tèrmica es poden veure en un ordinador i analitzar-les mitjançant el programari subministrat amb la càmera d'imatge tèrmica.
Vegeu també:Mesura de la temperatura sense contacte durant el funcionament d'equips elèctrics