Termografia a infrarossi e termografia

La misurazione della temperatura superficiale registrando i parametri della radiazione termica da essa emessa mediante dispositivi elettro-ottici si chiama termografia a infrarossi. Come si può intuire, in questo caso il calore viene trasferito dalla superficie esaminata — al misuratore, nella forma onde elettromagnetiche infrarosse.

I moderni dispositivi elettro-ottici per la termografia a infrarossi possono misurare il flusso della radiazione infrarossa e, sulla base dei dati ottenuti, calcolare la temperatura della superficie con cui interagisce l'apparecchiatura di misurazione.

Naturalmente, una persona è in grado di percepire la radiazione infrarossa e può persino percepire variazioni di temperatura entro centesimi di grado con terminazioni nervose sulla superficie della pelle. Tuttavia, con una sensibilità così elevata, il corpo umano non è adatto a rilevare temperature relativamente elevate al tatto senza nuocere alla salute. Nella migliore delle ipotesi, questo è irto di ustioni.

E anche se la sensibilità dell'uomo alla temperatura risulta essere elevata quanto quella degli animali in grado di rilevare la preda tramite il calore nell'oscurità totale, prima o poi avrà bisogno di uno strumento più sensibile che possa funzionare in un intervallo di temperatura più ampio rispetto alla fisiologia naturale consente...

Dopotutto, un tale strumento è stato sviluppato. All'inizio si trattava di dispositivi meccanici e successivamente di dispositivi elettronici ipersensibili. Oggi, questi dispositivi sembrano essere gli attributi abituali quando è necessario eseguire il controllo termico per risolvere una miriade di problemi tecnici.

La stessa parola «infrarosso», o abbreviato «IR», denota la posizione delle onde di calore «dietro il rosso», secondo la loro collocazione nella scala del più ampio spettro di radiazione elettromagnetica. Per quanto riguarda la parola "termografia", include "termo" - temperatura e "grafico" - immagine - immagine della temperatura.

Le origini della termografia a infrarossi

Le basi di questa linea di ricerca furono poste dall'astronomo tedesco William Herschel, che nel 1800 condusse ricerche con gli spettri della luce solare. sul prisma, era diviso.

Nel corso dell'esperimento, quando il termometro è stato spostato oltre la linea rossa, ha scoperto che c'erano anche delle radiazioni invisibili, ma con un notevole effetto riscaldante.

La radiazione osservata da Herschel nel suo esperimento si trovava in quella regione dello spettro elettromagnetico che non era percepita dalla visione umana come alcun colore.Questa era la regione della "radiazione termica invisibile", sebbene fosse decisamente nello spettro delle onde elettromagnetiche, ma al di sotto del rosso visibile.

Più tardi il fisico tedesco Thomas Seebeck scoprirà la termoelettricità e nel 1829 il fisico italiano Nobili realizzerà una termopila basata sulle prime termocoppie conosciute, il cui principio si baserebbe sul fatto che al variare della temperatura tra due metalli diversi, la corrispondente si crea una differenza di potenziale ai capi del circuito composto da questi...

La Meloni presto inventerà il cosiddetto Una termopila (da termopile installate in serie), e focalizzando su di essa in un certo modo le onde infrarosse, sarà in grado di rilevare una fonte di calore a una distanza di 9 metri.

Termopila: collegamento in serie di termoelementi per ottenere una maggiore potenza elettrica o capacità di raffreddamento (quando si opera in modalità termoelettrica o di raffreddamento, rispettivamente).

Samuel Langley nel 1880 scoprì una mucca in calore a una distanza di 300 metri. Ciò avverrà utilizzando un balometro, che misura la variazione di resistenza elettrica che è indissolubilmente legata a una variazione di temperatura.

Il successore del padre, John Herschel, nel 1840 utilizzò un evaporografo, con il quale ottenne la prima immagine infrarossa in luce riflessa grazie al meccanismo di evaporazione a velocità diverse della sottilissima pellicola d'olio.

Oggi vengono utilizzati dispositivi speciali per l'acquisizione remota di immagini termiche: termocamere, che consentono di ottenere informazioni sulla radiazione infrarossa senza contatto con l'apparecchiatura in esame e la visualizzazione immediata. Le prime termocamere erano basate su sensori a infrarossi fotoresistivi.

Nel 1918, American Keys stava conducendo esperimenti con fotoresistenze, dove riceveva segnali a causa della loro interazione diretta con i fotoni. Pertanto, è stato creato un rivelatore sensibile di radiazione termica, che lavora sul principio della fotoconduttività.

La termografia IR nel mondo moderno

Durante gli anni della guerra, le ingombranti termocamere servivano principalmente a scopi militari, quindi lo sviluppo della tecnologia di imaging termico ha subito un'accelerazione dopo il 1940. I tedeschi hanno scoperto che raffreddando il ricevitore della fotoresistenza è possibile migliorarne le caratteristiche.

Dopo gli anni '60 sono apparse le prime termocamere portatili, con le quali eseguono la diagnostica degli edifici. Erano strumenti affidabili ma con immagini di scarsa qualità. Negli anni '80, la termografia iniziò ad essere introdotta non solo nell'industria, ma anche in medicina. Le termocamere sono state calibrate per fornire un'immagine radiometrica: le temperature di tutti i punti dell'immagine.

Le prime termocamere raffreddate a gas mostravano l'immagine su uno schermo CRT in bianco e nero con un tubo a raggi catodici. Anche allora era possibile registrare dallo schermo su nastro magnetico o carta fotografica. I modelli più economici di termocamere sono basati su tubi vidicon, non richiedono raffreddamento e sono più compatti, sebbene la termografia non sia radiometrica.

Negli anni '90, i ricevitori a infrarossi a matrice sono diventati disponibili per uso civile, inclusi array di ricevitori a infrarossi rettangolari (pixel sensibili) installati nel piano focale dell'obiettivo del dispositivo. Questo è stato un miglioramento significativo rispetto ai primi ricevitori IR a scansione.

La qualità delle immagini termiche è migliorata e la risoluzione spaziale è aumentata. Le moderne termocamere a matrice media hanno ricevitori con una risoluzione fino a 640 * 480 - 307.200 ricevitori micro-IR. I dispositivi professionali possono avere una risoluzione più elevata, oltre 1000 * 1000.

La tecnologia della matrice IR si è evoluta negli anni 2000. Sono apparse termocamere con un intervallo operativo a lunghezza d'onda lunga - lunghezze d'onda di rilevamento da 8 a 15 micron e lunghezze d'onda medie - progettate per lunghezze d'onda da 2,5 a 6 micron. I migliori modelli di termocamere sono completamente radiometrici, hanno una funzione di sovrapposizione delle immagini e una sensibilità di 0,05 gradi o meno. Negli ultimi 10 anni, il loro prezzo è diminuito di oltre 10 volte e la qualità è migliorata. Tutti i modelli moderni possono interagire con un computer, analizzare i dati stessi e presentare rapporti convenienti in qualsiasi formato adatto.

Isolanti termici

L'isolatore termico comprende diverse parti standard: obiettivo, display, ricevitore a infrarossi, elettronica, controlli di misurazione, dispositivo di memorizzazione. L'aspetto delle varie parti può variare a seconda del modello. La termocamera funziona come segue. La radiazione infrarossa viene focalizzata dall'ottica sul ricevitore.

Il ricevitore genera un segnale sotto forma di tensione o resistenza variabile. Questo segnale viene inviato all'elettronica, che forma un'immagine - un termogramma - sullo schermo.Diversi colori sullo schermo corrispondono a diverse parti dello spettro infrarosso (ogni sfumatura corrisponde alla propria temperatura), a seconda della natura della distribuzione del calore sulla superficie dell'oggetto esaminato dalla termocamera.

Il display è generalmente piccolo, ha un'elevata luminosità e contrasto, che consente di vedere il termogramma in diverse condizioni di illuminazione. Oltre all'immagine, il display di solito mostra informazioni aggiuntive: livello di carica della batteria, data e ora, temperatura, scala di colori.

Il ricevitore IR è costituito da un materiale semiconduttore che genera un segnale elettrico sotto l'influenza dei raggi infrarossi che cadono su di esso. Il segnale viene elaborato dall'elettronica che forma un'immagine sul display.

Per il controllo, sono presenti pulsanti che consentono di modificare l'intervallo di temperature misurate, regolare la tavolozza dei colori, la riflettività e l'emissione dello sfondo, nonché salvare immagini e rapporti.

I file delle immagini digitali e dei rapporti vengono generalmente salvati su una scheda di memoria. Alcune termocamere hanno la funzione di registrare la voce e persino il video nello spettro visivo. Tutti i dati digitali salvati durante il funzionamento della termocamera possono essere visualizzati su un computer e analizzati utilizzando il software fornito con la termocamera.

Guarda anche:Misurazione della temperatura senza contatto durante il funzionamento di apparecchiature elettriche