Nguyên lý làm việc và ứng dụng của nhiệt kế hồng ngoại
Lý thuyết cơ bản hồng ngoại
Năm 1672, người ta phát hiện ra rằng ánh sáng mặt trời (ánh sáng trắng) bao gồm ánh sáng có nhiều màu sắc khác nhau. Đồng thời, Newton đưa ra kết luận rằng ánh sáng đơn sắc có bản chất đơn giản hơn ánh sáng trắng. Sử dụng lăng kính lưỡng sắc để phân hủy ánh sáng mặt trời (ánh sáng trắng) thành các ánh sáng đơn sắc đỏ, cam, vàng, lục, lam, lam, tím, v.v. Năm 1800, nhà vật lý người Anh F.W. quan điểm nhiệt. Khi đang nghiên cứu sức nóng của nhiều màu sắc ánh sáng khác nhau, anh ấy đã cố tình chặn cửa sổ duy nhất của căn phòng tối bằng một tấm tối, đồng thời mở một lỗ hình chữ nhật trên tấm, và lắp một lăng kính bộ tách chùm tia vào lỗ. Khi ánh sáng mặt trời đi qua lăng kính, nó bị phân hủy thành các dải ánh sáng có màu và nhiệt kế được sử dụng để đo nhiệt lượng chứa trong các dải ánh sáng có màu khác nhau. Để so sánh với nhiệt độ môi trường, Huxel đã sử dụng một số nhiệt kế đặt gần dải sáng màu làm nhiệt kế so sánh để đo nhiệt độ môi trường. Trong quá trình thí nghiệm, anh tình cờ phát hiện ra một hiện tượng kỳ lạ: nhiệt kế đặt ngoài ánh sáng đỏ có giá trị cao hơn nhiệt độ khác trong phòng. Thông qua thử nghiệm và sai sót, cái gọi là vùng nhiệt độ cao có nhiệt lượng lớn nhất này luôn nằm bên ngoài ánh sáng đỏ ở rìa của dải sáng Z. Vì vậy, ông tuyên bố rằng ngoài ánh sáng khả kiến, còn có một "đường nóng". " mắt người không thể nhìn thấy trong bức xạ phát ra từ mặt trời. "Đường dây nóng" vô hình này nằm bên ngoài đèn đỏ và được gọi là đèn hồng ngoại. Hồng ngoại là một loại sóng điện từ, có cùng bản chất với sóng vô tuyến và ánh sáng nhìn thấy. Việc phát hiện ra tia hồng ngoại là một bước nhảy vọt trong hiểu biết của con người về tự nhiên và nó đã mở ra một con đường rộng lớn mới cho việc nghiên cứu, sử dụng và phát triển công nghệ hồng ngoại.
Bước sóng của tia hồng ngoại nằm trong khoảng 0.76 và 100 μm. Theo phạm vi bước sóng, nó có thể được chia thành bốn loại: hồng ngoại gần, hồng ngoại trung bình, hồng ngoại xa và hồng ngoại cực xa. Vị trí của nó trong quang phổ liên tục của sóng điện từ là vùng nằm giữa sóng vô tuyến và ánh sáng khả kiến. . Bức xạ hồng ngoại là một trong những bức xạ điện từ rộng lớn nhất trong tự nhiên. Nó dựa trên thực tế là bất kỳ vật thể nào cũng sẽ tạo ra các chuyển động không đều của phân tử và nguyên tử trong môi trường thông thường và liên tục phát ra năng lượng hồng ngoại nhiệt, các phân tử và nguyên tử. Vận động càng mãnh liệt thì năng lượng tỏa ra càng lớn và ngược lại, năng lượng tỏa ra càng nhỏ.
Các vật thể có nhiệt độ trên 0 sẽ phát ra tia hồng ngoại do chuyển động phân tử của chính chúng. Sau khi tín hiệu năng lượng do vật thể phát ra được chuyển đổi thành tín hiệu điện bằng máy dò hồng ngoại, tín hiệu đầu ra của thiết bị hình ảnh có thể mô phỏng hoàn toàn sự phân bố không gian của nhiệt độ bề mặt của vật thể được quét từng cái một. Sau khi được hệ thống điện tử xử lý, nó sẽ được truyền lên màn hình hiển thị và thu được Ảnh nhiệt tương ứng với sự phân bổ nhiệt trên bề mặt vật thể. Sử dụng phương pháp này, có thể nhận ra hình ảnh trạng thái nhiệt đường dài và phép đo nhiệt độ của mục tiêu và phân tích và đánh giá.
Nguyên tắc chụp ảnh nhiệt
Máy chụp ảnh nhiệt hồng ngoại sử dụng máy dò hồng ngoại, thấu kính mục tiêu hình ảnh quang học và hệ thống quét cơ học quang học (công nghệ mặt phẳng tiêu tiên tiến hiện nay bỏ qua hệ thống quét cơ học quang học) để nhận dạng phân bố năng lượng bức xạ hồng ngoại của mục tiêu được đo và phản xạ nó tới cảm biến cảm quang của máy dò hồng ngoại. Trên phần tử, giữa quang hệ và đầu dò hồng ngoại có cơ cấu quét quang-cơ (máy ảnh nhiệt mặt phẳng tiêu cự không có cơ chế này) để quét ảnh nhiệt hồng ngoại của đối tượng đo và hội tụ vào đơn vị hoặc đối tượng. máy dò quang phổ. Năng lượng bức xạ hồng ngoại được máy dò chuyển đổi thành tín hiệu điện và hình ảnh nhiệt hồng ngoại được hiển thị trên màn hình TV hoặc màn hình sau khi xử lý khuếch đại, chuyển đổi hoặc tín hiệu video tiêu chuẩn. Loại ảnh nhiệt này tương ứng với trường phân bố nhiệt trên bề mặt vật thể; về cơ bản nó là sự phân bố ảnh nhiệt của bức xạ hồng ngoại của từng phần của đối tượng mục tiêu được đo. Do tín hiệu rất yếu nên so với hình ảnh ánh sáng khả kiến, nó thiếu các lớp và tính ba chiều. Do đó, để đánh giá trường phân phối nhiệt hồng ngoại của mục tiêu được đo hiệu quả hơn trong quá trình vận hành thực tế, một số biện pháp phụ trợ thường được sử dụng để tăng các chức năng thực tế của thiết bị, chẳng hạn như độ sáng hình ảnh, kiểm soát độ tương phản, hiệu chỉnh tiêu chuẩn thực, sai kết xuất màu và các công nghệ khác
Sự phát triển của camera chụp ảnh nhiệt
Năm 1800, nhà vật lý người Anh FW Huxel đã phát hiện ra tia hồng ngoại, mở ra con đường rộng lớn cho con người ứng dụng công nghệ hồng ngoại. Trong Thế chiến thứ nhất, người Đức đã sử dụng các ống thay đổi hình ảnh hồng ngoại làm thiết bị chuyển đổi quang điện để phát triển các thiết bị nhìn đêm tích cực và thiết bị liên lạc hồng ngoại, đặt nền móng cho sự phát triển của công nghệ hồng ngoại.
Sau Chiến tranh thế giới thứ hai, thế hệ thiết bị chụp ảnh hồng ngoại đầu tiên cho lĩnh vực quân sự đã được phát triển bởi Tập đoàn Texas Instruments của Hoa Kỳ sau gần một năm thăm dò. Nó được gọi là Hệ thống tìm kiếm hồng ngoại (FLIR), sử dụng hệ thống cơ học quang học để quét bức xạ hồng ngoại của mục tiêu được đo. Máy dò photon nhận được các dấu hiệu của bức xạ hồng ngoại hai chiều và sau khi chuyển đổi quang điện và một loạt xử lý thiết bị, tín hiệu hình ảnh video được hình thành. Hình thức ban đầu của hệ thống này là một máy ghi phân phối nhiệt độ tự động không theo thời gian thực. Sau đó, với sự phát triển của máy dò photon thủy ngân pha tạp indium antimonide và germanium vào những năm 1950, quá trình quét tốc độ cao và hiển thị thời gian thực các hình ảnh nhiệt của mục tiêu bắt đầu xuất hiện. hệ thống.
