თერმოგრაფია

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                          თერმოგრაფია

პატარა ძაღლის შუა ინფრაწითელი გამოსახულება

ინფრაწითელი თერმოგრაფია, თერმული გამოსახულება ან თერმოვიდეო არის თერმოგრამის მიღების სამეცნიერო მეთოდი - გამოსახულება ინფრაწითელ სხივებში, რომელიც აჩვენებს ტემპერატურის ველების განაწილებას. თერმოგრაფიული კამერები აღმოაჩენენ რადიაციას ელექტრომაგნიტური სპექტრის ინფრაწითელ რეგიონში (დაახლოებით 0,9-14 მიკრონი) და ამ გამოსხივების საფუძველზე ქმნიან სურათებს, რომლებიც საშუალებას აძლევს მათ ამოიცნონ გადახურებული ან გაციებული ადგილები. ვინაიდან ინფრაწითელი გამოსხივება ასხივებს ყველა ტემპერატურულ ობიექტს, პლანკის შავი სხეულის გამოსხივების ფორმულის მიხედვით, თერმოგრაფია საშუალებას აძლევს ადამიანს „დაინახოს“ გარემო ხილული შუქით ან მის გარეშე. სხეულის თერმული გამოსხივების ინტენსივობა იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად, ამიტომ თერმოგრაფია საშუალებას გაძლევთ ნახოთ ტემპერატურის განაწილება სხეულის ზედაპირზე. როდესაც ჩვენ ვუყურებთ თერმული გამოსახულების საშუალებით, უფრო თბილი ობიექტები უკეთ ჩანს გარემოს ფონზე; ადამიანები და თბილსისხლიანი ცხოველები უფრო მეტად ჩანან გარემოში, როგორც დღისით, ასევე ღამით. ამის წყალობით თერმოგრაფიის გამოყენება შესაძლებელია სამხედრო და უსაფრთხოების სამსახურების მიერ.

                                                    ორი სირაქლემას თერმული გამოსახულება

თერმოგრამების შექმნას თერმული გამოსახულებებიდან ბევრი პროგრამა აქვს. მაგალითად, მეხანძრეები მათ იყენებენ კვამლით სავსე პირობებში ადამიანების გამოსავლენად და ხანძრის წყაროების დასადგენად. თერმული გამოსახულების გამოყენებით, მოწყობილობები, რომლებიც ემსახურებიან ელექტროგადამცემ ხაზებს, აღმოაჩენს გადახურებას კავშირებსა და ავარიულ ნაწილებზე, რაც მოითხოვს პოტენციური საფრთხის აღმოფხვრას. როდესაც იზოლაცია დაზიანებულია, მშენებლებს შეუძლიათ დაინახონ სითბოს გაჟონვა და თავიდან აიცილონ პრობლემები გაგრილების ან გათბობის კონდიცირების სისტემებთან. თერმოგამოსახულებები ასევე დამონტაჟებულია ზოგიერთ ძვირადღირებულ მანქანაში მძღოლის დასახმარებლად, მაგალითად, Cadillac-ის ზოგიერთ მოდელში 2000 წლიდან. სხეულის ზოგიერთი ფიზიოლოგიური აქტივობა, რომელიც მოითხოვს უფრო მეტ ყურადღებას ადამიანებში და თბილსისხლიან ცხოველებში, ასევე შეიძლება დაფიქსირდეს თერმული გამოსახულების გამოყენებით.

გველის თერმული გამოსახულება ადამიანის ხელზე

თანამედროვე თერმული გამოსახულების სისტემების გარეგნობა და ფუნქციონირება ხშირად ჰგავს სატელევიზიო სისტემის მუშაობას. ინფრაწითელში ნახვის შესაძლებლობა ისეთი სასარგებლო ფუნქციაა, რომ ასეთი სურათების ჩაწერა ხშირად მეორადი ფუნქციაა. ამიტომ, ჩაწერის მოდული ყოველთვის არ არის მოწოდებული.

თანამედროვე თერმული გამოსახულების მიმღებები შეიძლება დაიყოს ორ ტიპად:

ლომის თერმული გამოსახულება

პირველი ტიპი - გაუციებელი მიკრობოლომეტრები - მუშაობს ოთახის ტემპერატურაზე, არის მცირე ზომის და შედარებით იაფი, რადგან არ არსებობს გაგრილების სისტემა და აქვს ფუნდამენტური შეზღუდვები სიჩქარესა და მგრძნობელობაში ორმაგი კონვერტაციის გამო (IR შუქი ათბობს ბალიშს, ელექტრულ წინააღმდეგობას. საფენი დამოკიდებულია ტემპერატურაზე). თუმცა ნაკლოვანებები ხელს არ უშლის მათ დაიკავონ თერმოგამოსახულების ბაზრის 95% მნიშვნელოვანი უპირატესობებისა და რაც მთავარია ფასის გამო.

ჩვეულებრივი შენობის თერმული გამოსახულება ფონზე და "პასიური სახლი" წინა პლანზე

მეორე ტიპი არის გაცივებული ნახევარგამტარული კრისტალები (InSb, InAs, HgCdTe და ა.შ.) PSI კონდენსატორების ორგანზომილებიანი მასივების ან p-n შეერთების (დიოდების) სახით, რომლებიც დაკავშირებულია პიქსელ-პიქსელში ინდიუმის მიკროსპილენძის მეშვეობით (In) გამოყენებით. Flip-ჩიპის მეთოდი სილიკონისგან წაკითხვის ჩიპით (მულტიპლექსერი). თავად სილიკონი გამჭვირვალეა თითქმის მთელ IR დიაპაზონში, ამიტომ მისგან თერმული გამოსახულების დამზადება შეუძლებელი იქნება, მაგრამ ის აქტიურად გამოიყენება IR ოპტიკის შესაქმნელად. ნახევარგამტარულ მიმღებებს, ერთსაფეხურიანი კონვერტაციის გამო (IR სინათლე პირდაპირ მუხტს წარმოქმნის), აქვთ უკეთესი მგრძნობელობა და შესრულების მახასიათებლები ბოლომეტრებთან შედარებით (საუკეთესო vs. საუკეთესო). გაგრილების გარეშე, ნახევარგამტარული მიმღებები ცუდად მუშაობენ - საკუთარი გათბობის გამო, ისინი ვერ ხედავენ გარედან შემოსულ IR შუქს ლინზიდან. გაგრილებისთვის ჩვეულებრივ გამოიყენება თხევადი აზოტი (იაფი, უსაფრთხო, პრაქტიკულად შეუზღუდავი მექანიკური რესურსი) ან სამაცივრო მანქანები (საკმაოდ ძვირი, შეზღუდული მექანიკური რესურსი, ენერგიის მაღალი მოხმარება, აკუსტიკური და ელექტრომაგნიტური ხმაური). თანამედროვე სამაცივრო მანქანებს ამ ნაკლოვანებებიდან ბევრი არ აქვთ და კარგი ფული ღირს.

თერმოგრამა, რომელიც აჩვენებს თერმული ველების განაწილებას ადამიანში

განსხვავება ინფრაწითელ ფოტოგრაფიასა და თერმოგრაფიას შორის

ინფრაწითელი გამოსახულება შეესაბამება ტემპერატურას 250 °C-დან 500 °C-მდე, ხოლო თერმოგრაფია მერყეობს დაახლოებით -50 °C-დან 2000 °C-ზე მეტამდე. ასე რომ, ინფრაწითელი ფოტოგრაფიისთვის რაღაცის ჩვენების მიზნით, ობიექტის ტემპერატურა უნდა იყოს 250 °C-ზე მეტი ან ობიექტი უნდა ასახავდეს ინფრაწითელ გამოსხივებას, რომელიც მოდის რაღაც ცხელიდან. უნდა აღინიშნოს, რომ ღამის ხედვის ყველაზე გავრცელებული მოწყობილობები მხოლოდ აძლიერებენ ობიექტებიდან ასახულ სუსტ შუქს, რომელიც იქმნება, მაგალითად, ვარსკვლავის ან მთვარის მიერ და მათი მეშვეობით შეუძლებელია სითბოს დანახვა ან მუშაობა სრულ სიბნელეში (აქტიური გარეშე. განათება IR ფანრით).

პასიური და აქტიური თერმოგრაფია

აბსოლუტურ ნულზე მაღალი ტემპერატურის მქონე ყველა ობიექტი ასხივებს ინფრაწითელ გამოსხივებას. ამიტომ, თერმული ცვლილებების გაზომვის შესანიშნავი გზაა ინფრაწითელი გამოსახულების მოწყობილობის გამოყენება, როგორც წესი, თერმოგრაფიული კამერის მიმღებს შეუძლია გამოავლინოს რადიაცია საშუალო (3-დან 5 μm) და გრძელ (8-დან 15 μm) ტალღის სიგრძეზე ინფრაწითელი სიხშირით. ზოლი, მოხსენიებული, როგორც MWIR და LWIR და შესაბამისი სპექტრული "ფანჯრები" მაღალი ატმოსფერული გამტარიანობით დედამიწის ზედაპირთან ახლოს.

პასიურ თერმოგრაფიაში განსაკუთრებით საინტერესოა ბუნებრივი ტემპერატურის დონის მატება ან შემცირება გარემოს ტემპერატურასთან შედარებით. პასიურ თერმოგრაფიას მრავალი გამოყენება აქვს, მაგალითად, სცენაზე ადამიანებზე დაკვირვება ან მედიცინაში. აქტიურ თერმოგრაფიაში სულ სხვაა - სადაც ენერგიის წყარომ უნდა შექმნას ტემპერატურული კონტრასტი ინტერესის ობიექტსა და ფონს შორის. აქტიური მიდგომა აუცილებელია ბევრ შემთხვევაში, როდესაც შესამოწმებელი ნაწილები თერმულ წონასწორობაშია გარემოსთან. თანამედროვე თერმოგამომსახველები საშუალებას იძლევა სპეციალური პროგრამული უზრუნველყოფის გამოყენებით განსაზღვრონ ტემპერატურა თერმოგრამის თითოეულ წერტილში.

თერმოგრაფიის სარგებელი

შეუძლია აჩვენოს ვიზუალური გამოსახულება, რაც ხელს უწყობს ტემპერატურის შედარებას დიდ ფართობზე

საშუალებას გაძლევთ დაიჭიროთ მოძრავი სამიზნეები რეალურ დროში

საშუალებას გაძლევთ იპოვოთ საგანგებო ელემენტები, სანამ ისინი ვერ მოხერხდება

გაზომვა იმ ადგილებში, სადაც სხვა მეთოდები არ არის შესაძლებელი (ობიექტები დაბალი თერმული ტევადობით) ან წარმოადგენს ჯანმრთელობის რისკს

დაუმუხრუჭებელი კონტროლი

აადვილებს დეფექტების (ბზარების) აღმოჩენას სვეტებში ან სხვა ლითონის ნაწილებში

სითბოს დანახვის შესაძლებლობა წამში 1 კადრი სიჩქარითაც კი, თუნდაც დაბალი სივრცითი გარჩევადობით, უკვე ფარავს თერმული გამოსახულების ბაზრის მნიშვნელოვან წილს.

თერმოგრაფიის შეზღუდვები და უარყოფითი მხარეები

ხარისხის გზის კამერები

კამერების უმეტესობას აქვს ±2% ან ნაკლები სიზუსტე

პერსონალზე ინფრაწითელი სკანირების სპეციალისტის მომზადება და შენარჩუნება მოითხოვს დროსა და ფულს, ისევე როგორც სხვა სპეციალისტებს.

ძირითადად მხოლოდ ზედაპირების ტემპერატურის გაზომვის შესაძლებლობა, რადგან მასალების უმეტესობა გაუმჭვირვალეა IR დიაპაზონში (მაგალითად, ადამიანები)

განაცხადი

მონიტორინგის პირობები

სამედიცინო გამოსახულება

ღამის ხედვა

Სწავლა

Პროცესის მართვა

დაუმუხრუჭებელი კონტროლი

უსაფრთხოების, სამართალდამცავი და თავდაცვის დაკვირვებები

ქიმიური გამოსახულება

თერმული ინფრაწითელი კამერები გარდაქმნის ინფრაწითელ ტალღის ენერგიას ხილულ შუქად ვიდეო ეკრანზე. 0 კელვინზე მეტი ტემპერატურის მქონე ყველა ობიექტი ასხივებს თერმულ ინფრაწითელ ენერგიას, ამიტომ ინფრაწითელ კამერებს შეუძლიათ პასიურად დაინახონ ყველა ობიექტი, მიუხედავად გარემოს სინათლის არსებობისა. თუმცა, თერმული კამერების უმეტესობა მხოლოდ −50 °C-ზე თბილ ობიექტებს ხედავს, რადგან ობიექტებიდან გამოსხივების ინტენსივობა ტემპერატურის მეოთხე სიმძლავრის პროპორციულია (ძალიან მკვეთრი დამოკიდებულება).

თერმული გამოსხივების სპექტრი და დონე ძლიერ არის დამოკიდებული ობიექტის ზედაპირის ტემპერატურაზე. ეს საშუალებას აძლევს თერმულ კამერას დაინახოს ობიექტების ტემპერატურა. თუმცა რადიაციაზე გავლენას ახდენს სხვა ფაქტორებიც, რომელთა გამოვლენა შეზღუდულია ტექნოლოგიის სიზუსტით. მაგალითად, რადიაცია დამოკიდებულია არა მხოლოდ ობიექტის ტემპერატურაზე, არამედ ობიექტის შთანთქმაზე, გამტარიანობაზე და არეკვლაზე. ამრიგად, გარემოს მიერ თავდაპირველად გამოსხივებული გამოსხივება აისახება ობიექტზე ან/და გადის მასში და ემატება ობიექტის საკუთარ გამოსხივებას, რომელიც აღირიცხება მოწყობილობის მიერ.

იხ. ვიდეო - Breast cancer survivor shares cautionary tale about thermography | GMA