इन्फ्रारेड थर्मोग्राफी आणि थर्मल इमेजिंग

इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल उपकरणांचा वापर करून उत्सर्जित उष्णतेच्या किरणोत्सर्गाचे मापदंड रेकॉर्ड करून पृष्ठभागाचे तापमान मोजणे याला इन्फ्रारेड थर्मोग्राफी म्हणतात. जसे आपण अंदाज लावू शकता, या प्रकरणात उष्णता तपासलेल्या पृष्ठभागावरून - मापन यंत्राकडे, स्वरूपात हस्तांतरित केली जाते. इन्फ्रारेड इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लाटा.

इन्फ्रारेड थर्मोग्राफीसाठी आधुनिक इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल उपकरणे इन्फ्रारेड किरणोत्सर्गाचा प्रवाह मोजू शकतात आणि प्राप्त डेटाच्या आधारे, मापन उपकरणे ज्या पृष्ठभागाशी संवाद साधतात त्या पृष्ठभागाच्या तापमानाची गणना करू शकतात.

अर्थात, एखाद्या व्यक्तीला इन्फ्रारेड किरणोत्सर्ग जाणवू शकतो आणि त्वचेच्या पृष्ठभागावरील मज्जातंतूंच्या टोकांसह तापमानातील बदल शंभर अंशांच्या आत देखील जाणवू शकतो. तथापि, अशा उच्च संवेदनशीलतेसह, मानवी शरीर आरोग्यास हानी न करता स्पर्शाने तुलनेने उच्च तापमान शोधण्यासाठी अनुकूल नाही. सर्वोत्तम, हे बर्न जखमांनी भरलेले आहे.

आणि जरी माणसाची तापमानाची संवेदनशीलता संपूर्ण अंधारात उष्णतेद्वारे शिकार शोधण्यास सक्षम असलेल्या प्राण्यांइतकी जास्त असली तरीही, त्याला लवकरच किंवा नंतर नैसर्गिक शरीरविज्ञानापेक्षा अधिक विस्तृत तापमान श्रेणीत काम करू शकणारे अधिक संवेदनशील साधन आवश्यक असेल. परवानगी देते...

तथापि, असे साधन विकसित केले गेले. सुरुवातीला ही यांत्रिक उपकरणे होती आणि नंतर अतिसंवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे होती. आज, कोणत्याही असंख्य तांत्रिक समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी थर्मल कंट्रोल करणे आवश्यक असताना ही उपकरणे नेहमीची वैशिष्ट्ये आहेत.

"इन्फ्रारेड" किंवा संक्षेपित "IR" हा शब्द, विद्युत चुंबकीय किरणोत्सर्गाच्या विस्तीर्ण स्पेक्ट्रमच्या स्केलमधील त्यांच्या स्थानानुसार "लाल रंगाच्या मागे" उष्णतेच्या लहरींचे स्थान दर्शवितो. "थर्मोग्राफी" या शब्दासाठी, त्यात "थर्मो" - तापमान आणि "ग्राफिक" - प्रतिमा - तापमान प्रतिमा समाविष्ट आहे.

इन्फ्रारेड थर्मोग्राफीची उत्पत्ती

संशोधनाच्या या रेषेचा पाया जर्मन खगोलशास्त्रज्ञ विल्यम हर्शल यांनी घातला, ज्याने १८०० मध्ये सूर्यप्रकाशाच्या स्पेक्ट्रावर संशोधन केले. प्रिझमद्वारे सूर्यप्रकाश प्रसारित करून, हर्शेलने वेगवेगळ्या रंगांच्या भागात एक संवेदनशील पारा थर्मामीटर ठेवला ज्यावर सूर्यप्रकाश पडतो. प्रिझम वर, विभागले होते.

प्रयोगादरम्यान, जेव्हा थर्मामीटरला लाल रेषेच्या पलीकडे हलवले गेले तेव्हा त्याला असे आढळले की तेथे काही अदृश्य, परंतु लक्षणीय गरम प्रभाव, रेडिएशन आहे.

हर्शेलने त्याच्या प्रयोगात पाहिलेले रेडिएशन इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक स्पेक्ट्रमच्या त्या प्रदेशात होते ज्याला मानवी दृष्टी कोणत्याही रंगाच्या रूपात समजत नव्हती.हा "अदृश्य उष्णता विकिरण" चा प्रदेश होता, जरी तो निश्चितपणे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरींच्या स्पेक्ट्रममध्ये होता, परंतु दृश्यमान लाल रंगाच्या खाली होता.

नंतर, जर्मन भौतिकशास्त्रज्ञ थॉमस सीबेक यांनी थर्मोइलेक्ट्रिसिटीचा शोध लावला आणि 1829 मध्ये इटालियन भौतिकशास्त्रज्ञ नोबिली यांनी पहिल्या ज्ञात थर्मोकपल्सवर आधारित थर्मोपाइल तयार केले, ज्याचे तत्त्व या वस्तुस्थितीवर आधारित असेल की जेव्हा तापमान दोन भिन्न धातूंमध्ये बदलते तेव्हा याच्या बनलेल्या सर्किटच्या शेवटी संभाव्य फरक उद्भवतो...

मेलोनी लवकरच तथाकथित शोध लावेल थर्मोपाइल (मालिकेत स्थापित थर्मोपाइल्समधून) आणि त्यावर विशिष्ट प्रकारे इन्फ्रारेड लहरी केंद्रित करून, 9 मीटर अंतरावर उष्णता स्त्रोत शोधण्यात सक्षम असेल.

थर्मोपाइल - अधिक विद्युत उर्जा किंवा कूलिंग क्षमता (अनुक्रमे थर्मोइलेक्ट्रिक किंवा कूलिंग मोडमध्ये कार्यरत असताना) प्राप्त करण्यासाठी थर्मोइलेमेंट्सचे अनुक्रमिक कनेक्शन.

1880 मध्ये सॅम्युअल लँगले यांनी 300 मीटर अंतरावर उष्णतेमध्ये गाय शोधली. हे बॅलोमीटर वापरून केले जाईल, जे तापमानातील बदलाशी अविभाज्यपणे जोडलेले विद्युत प्रतिकारातील बदल मोजते.

त्याच्या वडिलांचे उत्तराधिकारी जॉन हर्शेल यांनी 1840 मध्ये बाष्पीभवन वापरला, ज्याच्या सहाय्याने तेलाच्या पातळ फिल्मच्या वेगवेगळ्या वेगाने बाष्पीभवनाच्या यंत्रणेमुळे परावर्तित प्रकाशात प्रथम इन्फ्रारेड प्रतिमा प्राप्त झाली.

आज, थर्मल प्रतिमांच्या दूरस्थ संपादनासाठी विशेष उपकरणे वापरली जातात - थर्मल इमेजर, जे तपासाधीन उपकरणांशी संपर्क न करता इन्फ्रारेड किरणोत्सर्गाविषयी माहिती मिळविण्यास आणि त्वरित व्हिज्युअलायझेशनची परवानगी देतात. पहिले थर्मल इमेजर फोटोरेसिस्टिव इन्फ्रारेड सेन्सर्सवर आधारित होते.

1918 पर्यंत, अमेरिकन कीज फोटोरेसिस्टर्सवर प्रयोग करत होते, जिथे त्यांना त्यांच्या फोटॉनशी थेट संवादामुळे सिग्नल मिळाले. अशा प्रकारे, थर्मल रेडिएशनचा एक संवेदनशील डिटेक्टर तयार केला गेला, जो फोटोकंडक्टिव्हिटीच्या तत्त्वावर कार्य करतो.

आधुनिक जगात आयआर थर्मोग्राफी

युद्धाच्या काळात, मोठ्या थर्मल इमेजर्सने प्रामुख्याने लष्करी उद्देशाने काम केले, त्यामुळे 1940 नंतर थर्मल इमेजिंग तंत्रज्ञानाच्या विकासाला वेग आला. जर्मन लोकांना आढळले की फोटोरेसिस्टर रिसीव्हर थंड करून तुम्ही त्याची वैशिष्ट्ये सुधारू शकता.

1960 च्या दशकानंतर, प्रथम पोर्टेबल थर्मल इमेजर दिसू लागले, ज्याच्या मदतीने ते इमारतींचे निदान करतात. ते विश्वसनीय साधने होते परंतु खराब गुणवत्तेच्या प्रतिमांसह. 1980 च्या दशकात, थर्मल इमेजिंग केवळ उद्योगातच नव्हे तर औषधांमध्ये देखील सुरू होऊ लागली. थर्मल कॅमेरे रेडिओमेट्रिक प्रतिमा देण्यासाठी कॅलिब्रेट केले गेले होते—प्रतिमेतील सर्व बिंदूंचे तापमान.

पहिल्या गॅस-कूल्ड थर्मल कॅमेऱ्यांनी कॅथोड रे ट्यूबसह काळ्या-पांढऱ्या CRT स्क्रीनवर प्रतिमा प्रदर्शित केली. तरीही स्क्रीनवरून चुंबकीय टेप किंवा फोटो पेपरवर रेकॉर्ड करणे शक्य होते. थर्मल कॅमेर्‍यांचे स्वस्त मॉडेल हे विडीकॉन ट्यूबवर आधारित असतात, त्यांना कूलिंगची आवश्यकता नसते आणि थर्मल इमेजिंग रेडिओमेट्रिक नसले तरीही ते अधिक कॉम्पॅक्ट असतात.

1990 च्या दशकापर्यंत, मॅट्रिक्स इन्फ्रारेड रिसीव्हर्स नागरी वापरासाठी उपलब्ध झाले, ज्यामध्ये उपकरणाच्या लेन्सच्या फोकल प्लेनमध्ये स्थापित आयताकृती इन्फ्रारेड रिसीव्हर्स (संवेदनशील पिक्सेल) समाविष्ट आहेत. पहिल्या स्कॅनिंग IR रिसीव्हर्सच्या तुलनेत ही लक्षणीय सुधारणा होती.

थर्मल प्रतिमांची गुणवत्ता सुधारली आहे आणि अवकाशीय रिझोल्यूशन वाढले आहे. सरासरी आधुनिक मॅट्रिक्स थर्मल इमेजर्समध्ये 640 * 480 - 307,200 मायक्रो-IR रिसीव्हर्स पर्यंत रिझोल्यूशन असलेले रिसीव्हर्स असतात. व्यावसायिक उपकरणांमध्ये उच्च रिझोल्यूशन असू शकते — 1000 * 1000 पेक्षा जास्त.

IR मॅट्रिक्स तंत्रज्ञान 2000 च्या दशकात विकसित झाले. थर्मल इमेजर्स दीर्घ तरंगलांबी ऑपरेटिंग रेंजसह दिसू लागले आहेत - 8 ते 15 मायक्रॉन आणि मध्यम तरंगलांबी संवेदना - 2.5 ते 6 मायक्रॉनच्या तरंगलांबीसाठी डिझाइन केलेले. थर्मल इमेजर्सचे सर्वोत्कृष्ट मॉडेल पूर्णपणे रेडिओमेट्रिक असतात, त्यांची प्रतिमा आच्छादन कार्य असते आणि 0.05 अंश किंवा त्याहून कमी संवेदनशीलता असते. गेल्या 10 वर्षांत, त्यांच्यासाठी किंमत 10 पेक्षा जास्त वेळा कमी झाली आहे आणि गुणवत्ता सुधारली आहे. सर्व आधुनिक मॉडेल्स संगणकाशी संवाद साधू शकतात, डेटाचे स्वतः विश्लेषण करू शकतात आणि कोणत्याही योग्य स्वरूपात सोयीस्कर अहवाल सादर करू शकतात.

उष्णता विद्युतरोधक

थर्मल आयसोलेटरमध्ये अनेक मानक भाग असतात: लेन्स, डिस्प्ले, इन्फ्रारेड रिसीव्हर, इलेक्ट्रॉनिक्स, मापन नियंत्रणे, स्टोरेज डिव्हाइस. मॉडेलवर अवलंबून विविध भागांचे स्वरूप भिन्न असू शकते. थर्मल इमेजर खालीलप्रमाणे कार्य करते. इन्फ्रारेड रेडिएशन ऑप्टिक्सद्वारे प्राप्तकर्त्यावर केंद्रित केले जाते.

रिसीव्हर व्होल्टेज किंवा व्हेरिएबल रेझिस्टन्सच्या स्वरूपात सिग्नल व्युत्पन्न करतो. हे सिग्नल इलेक्ट्रॉनिक्सला दिले जाते, जे स्क्रीनवर एक प्रतिमा — थर्मोग्राम — बनवते.थर्मल इमेजरद्वारे तपासलेल्या ऑब्जेक्टच्या पृष्ठभागावरील उष्णता वितरणाच्या स्वरूपावर अवलंबून, स्क्रीनवरील भिन्न रंग इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रमच्या वेगवेगळ्या भागांशी संबंधित असतात (प्रत्येक सावली त्याच्या स्वतःच्या तापमानाशी संबंधित असते).

डिस्प्ले सहसा लहान असतो, उच्च ब्राइटनेस आणि कॉन्ट्रास्ट असतो, जो आपल्याला वेगवेगळ्या प्रकाश परिस्थितींमध्ये थर्मोग्राम पाहण्याची परवानगी देतो. प्रतिमेच्या व्यतिरिक्त, डिस्प्ले सहसा अतिरिक्त माहिती दर्शवते: बॅटरी चार्ज पातळी, तारीख आणि वेळ, तापमान, रंग स्केल.

आयआर रिसीव्हर अर्धसंवाहक सामग्रीपासून बनलेला असतो जो त्यावर पडणाऱ्या इन्फ्रारेड किरणांच्या प्रभावाखाली विद्युत सिग्नल तयार करतो. सिग्नलवर इलेक्ट्रॉनिक्सद्वारे प्रक्रिया केली जाते जी डिस्प्लेवर प्रतिमा तयार करते.

नियंत्रणासाठी, अशी बटणे आहेत जी तुम्हाला मोजलेल्या तापमानाची श्रेणी बदलू देतात, रंग पॅलेट समायोजित करतात, परावर्तकता आणि पार्श्वभूमी उत्सर्जन करतात, तसेच प्रतिमा आणि अहवाल जतन करतात.

डिजीटल इमेज आणि रिपोर्ट फाइल्स सहसा मेमरी कार्डमध्ये सेव्ह केल्या जातात. काही थर्मल इमेजर्समध्ये व्हिज्युअल स्पेक्ट्रममध्ये आवाज आणि अगदी व्हिडिओ रेकॉर्ड करण्याचे कार्य असते. थर्मल इमेजिंग कॅमेरा चालवताना जतन केलेला सर्व डिजिटल डेटा संगणकावर पाहिला जाऊ शकतो आणि थर्मल इमेजिंग कॅमेरासह पुरवलेल्या सॉफ्टवेअरचा वापर करून विश्लेषण केले जाऊ शकते.

हे देखील पहा:विद्युत उपकरणांच्या ऑपरेशन दरम्यान संपर्क नसलेले तापमान मोजमाप