تحلیل کاربرد مدرن فناوری دماسنج مادون قرمز

تحلیل کاربرد مدرن فناوری دماسنج مادون قرمز

اصل اندازه گیری دما دماسنج مادون قرمز این است که انرژی تابشی مادون قرمز ساطع شده توسط جسم را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. اندازه انرژی تابشی مادون قرمز با دمای خود جسم مطابقت دارد. با توجه به اندازه سیگنال الکتریکی تبدیل شده، دمای جسم را می توان تعیین کرد. فناوری اندازه‌گیری دمای مادون قرمز برای اسکن و اندازه‌گیری دمای سطح با تغییرات حرارتی، تعیین تصویر توزیع دمای آن و تشخیص سریع تفاوت‌های دمایی پنهان توسعه یافته است. این تصویرگر حرارتی مادون قرمز است. دوربین های حرارتی مادون قرمز برای اولین بار در ارتش مورد استفاده قرار گرفتند. در سال 2019، شرکت TI ایالات متحده اولین سیستم شناسایی اسکن مادون قرمز در جهان را توسعه داد. بعدها، فناوری تصویربرداری حرارتی مادون قرمز به طور متوالی در هواپیماها، تانک ها، کشتی های جنگی و سایر سلاح ها در کشورهای غربی مورد استفاده قرار گرفت، به عنوان یک سیستم دید حرارتی برای اهداف شناسایی، توانایی جستجو و ضربه زدن به اهداف را تا حد زیادی بهبود می بخشد. دوربین تصویربرداری حرارتی مادون قرمز تولید شده توسط شرکت سوئدی AGA در یک موقعیت پیشرو در فناوری غیرنظامی قرار دارد.

دماسنج مادون قرمز از سیستم نوری، آشکارساز فوتوالکتریک، تقویت کننده سیگنال، پردازش سیگنال، خروجی نمایشگر و سایر بخش ها تشکیل شده است. سیستم نوری انرژی تابش مادون قرمز مورد نظر را در میدان دید خود جمع آوری می کند و اندازه میدان دید توسط قسمت های نوری دماسنج و موقعیت آن تعیین می شود. انرژی مادون قرمز روی یک آشکارساز نوری متمرکز شده و به سیگنال الکتریکی مربوطه تبدیل می شود. سیگنال از طریق تقویت کننده و مدار پردازش سیگنال عبور می کند و پس از تصحیح بر اساس الگوریتم عملیات داخلی ابزار و تابش هدف، به مقدار دمای هدف اندازه گیری شده تبدیل می شود.

در طبیعت، تمام اجسام با دمای بالاتر از صفر مطلق، دائماً انرژی تابش مادون قرمز را به فضای اطراف ساطع می کنند. اندازه انرژی تابش مادون قرمز یک جسم و توزیع آن با توجه به طول موج رابطه بسیار نزدیکی با دمای سطح آن دارد. بنابراین، با اندازه گیری انرژی مادون قرمز تابش شده توسط خود جسم، می توان دمای سطح آن را به دقت تعیین کرد که مبنای عینی برای اندازه گیری دمای تابش مادون قرمز است.

یک جسم سیاه یک رادیاتور ایده آل است که تمام طول موج های انرژی تابش را جذب می کند، هیچ انعکاس یا انتقال انرژی ندارد و دارای تابش 1 در سطح آن است. با این حال، اشیاء عملی در طبیعت تقریباً اجسام سیاه نیستند. به منظور شفاف سازی و به دست آوردن توزیع تابش مادون قرمز، باید یک مدل مناسب در تحقیقات نظری انتخاب شود. این مدل نوسانگر کوانتیزه تابش حفره بدن است که توسط پلانک پیشنهاد شده است، بنابراین قانون تابش جسم سیاه پلانک، یعنی تابش طیفی جسم سیاه بیان شده توسط طول موج، که نقطه شروع تمام تئوری های تابش مادون قرمز است، استخراج شده است. قانون تابش جسم سیاه نامیده می شود. مقدار تشعشع تمام اجسام واقعی نه تنها به طول موج تابش و دمای جسم بستگی دارد، بلکه به نوع ماده تشکیل دهنده جسم، روش تهیه، فرآیند حرارتی، وضعیت سطح و شرایط محیطی نیز بستگی دارد.

اندازه‌گیری دمای مادون قرمز از روش تجزیه و تحلیل نقطه به نقطه استفاده می‌کند، یعنی تابش حرارتی یک ناحیه محلی از جسم بر روی یک آشکارساز متمرکز می‌شود و قدرت تابش از طریق انتشار جسم شناخته شده به دما تبدیل می‌شود. . با توجه به اجسام مختلف شناسایی شده، محدوده اندازه گیری و موارد استفاده، طراحی ظاهری و ساختار داخلی دماسنج های مادون قرمز متفاوت است، اما ساختار اصلی به طور کلی مشابه است، عمدتا شامل سیستم نوری، آشکارساز نور، تقویت کننده سیگنال و پردازش سیگنال، خروجی نمایشگر و موارد دیگر. قطعات. اشعه مادون قرمز ساطع شده از رادیاتور. با ورود به سیستم نوری، تابش مادون قرمز توسط مدولاتور به تابش متناوب مدوله می شود و توسط آشکارساز به سیگنال الکتریکی مربوطه تبدیل می شود. سیگنال از مدار تقویت کننده و پردازش سیگنال عبور می کند و پس از اصلاح بر اساس الگوریتم موجود در دستگاه و گسیل هدف به مقدار دمای هدف اندازه گیری شده تبدیل می شود.

سه دسته دماسنج مادون قرمز:

(1) دماسنج مادون قرمز برای استفاده انسان: دماسنج مادون قرمز نوع پیشانی یک دماسنج است که از اصل دریافت مادون قرمز برای اندازه گیری بدن انسان استفاده می کند. هنگام استفاده، فقط باید پنجره تشخیص را به راحتی با پیشانی تراز کنید و می توانید به سرعت و با دقت دمای بدن را اندازه گیری کنید.

(2) دماسنج مادون قرمز صنعتی: دماسنج مادون قرمز صنعتی دمای سطح جسم را اندازه گیری می کند و حسگر نوری آن تابش می کند، منعکس می کند و انرژی را منتقل می کند و سپس انرژی توسط کاوشگر جمع آوری و متمرکز می شود و سپس اطلاعات به خواندن تبدیل می شود. نمایش توسط مدارهای دیگر در دستگاه، نور لیزر مجهز به این دستگاه در هدف گیری جسم اندازه گیری شده و بهبود دقت اندازه گیری موثرتر است.

(3) دماسنج های مادون قرمز برای دامپروری: دماسنج های مادون قرمز غیر تماسی برای حیوانات بر اساس اصل پلانک، با اندازه گیری دقیق دمای سطح بدن قسمت های خاصی از سطح بدن حیوان، و اصلاح اختلاف دما بین دمای سطح بدن و اصلاح می شود. دمای واقعی می تواند به طور دقیق دمای بدن حیوان را نمایش دهد.

تعیین محدوده طول موج: تابش و خواص سطحی ماده هدف، پاسخ طیفی یا طول موج پیرومتر را تعیین می کند. برای مواد آلیاژی با بازتاب بالا، انتشار کم یا متغیر وجود دارد. در منطقه با دمای بالا، بهترین طول موج برای اندازه گیری مواد فلزی نزدیک مادون قرمز است و طول موج {{0}}.18-1.0میکرومتر را می توان انتخاب کرد. سایر مناطق دما می توانند طول موج های 1.6μm، 2.2μm و 3.9μm را انتخاب کنند. از آنجایی که برخی از مواد در طول موج خاصی شفاف هستند، انرژی مادون قرمز به این مواد نفوذ می کند و باید طول موج خاصی برای این ماده انتخاب کرد. به عنوان مثال، از طول موج های 10 میکرومتر، 2.2 میکرومتر و 3.9 میکرومتر برای اندازه گیری دمای داخلی شیشه استفاده می شود (شیشه ای که باید آزمایش شود باید بسیار ضخیم باشد، در غیر این صورت از آن عبور می کند). طول موج 5.0 میکرومتر برای اندازه گیری دمای داخلی شیشه استفاده می شود. ; مثال دیگر اندازه گیری فیلم پلاستیکی پلی اتیلن با طول موج 3.43 میکرومتر و پلی استر با طول موج 4.3 میکرومتر یا 7.9 میکرومتر است.

تعیین زمان پاسخ: زمان پاسخ نشان دهنده سرعت واکنش دماسنج مادون قرمز به تغییر دمای اندازه گیری شده است که به عنوان زمان لازم برای رسیدن به 95 درصد انرژی قرائت نهایی تعریف می شود که مربوط به ثابت زمانی است. ردیاب نوری، مدار پردازش سیگنال و سیستم نمایشگر. زمان پاسخ دماسنج مادون قرمز جدید می تواند به 1 میلی ثانیه برسد. این بسیار سریعتر از روش اندازه گیری دمای تماس است. اگر سرعت حرکت هدف بسیار سریع باشد یا هنگام اندازه گیری یک هدف با گرمایش سریع، باید یک دماسنج مادون قرمز با واکنش سریع انتخاب شود، در غیر این صورت پاسخ سیگنال کافی حاصل نمی شود و دقت اندازه گیری کاهش می یابد. با این حال، همه برنامه ها به دماسنج مادون قرمز با پاسخ سریع نیاز ندارند. برای فرآیندهای حرارتی استاتیک یا هدف که در آن اینرسی حرارتی وجود دارد، زمان پاسخ پیرومتر را می توان آرام کرد. بنابراین، انتخاب زمان پاسخ دماسنج مادون قرمز باید با وضعیت هدف اندازه گیری شده تطبیق داده شود.

وضوح نوری با نسبت D به S تعیین می شود که نسبت فاصله D بین پیرومتر تا هدف و قطر S نقطه اندازه گیری است. اگر دماسنج به دلیل شرایط محیطی باید دور از هدف نصب شود و هدف کوچکی باید اندازه گیری شود، باید دماسنج با وضوح نوری بالا انتخاب شود. هر چه رزولوشن اپتیکال بیشتر باشد یعنی نسبت D:S افزایش یابد، هزینه پیرومتر بیشتر می شود.

تعیین محدوده طول موج: تابش و خواص سطحی ماده هدف، پاسخ طیفی یا طول موج پیرومتر را تعیین می کند. برای مواد آلیاژی با بازتاب بالا، انتشار کم یا متغیر وجود دارد. در منطقه با دمای بالا، بهترین طول موج برای اندازه گیری مواد فلزی نزدیک به مادون قرمز است و طول موج {{0}} است.18-1.{{10}}میکرومتر می تواند باشد. انتخاب شد. سایر مناطق دما می توانند طول موج های 1.6μm، 2.2μm و 3.9μm را انتخاب کنند. از آنجایی که برخی از مواد در طول موج خاصی شفاف هستند، انرژی مادون قرمز به این مواد نفوذ می کند و باید طول موج خاصی برای این ماده انتخاب کرد. به عنوان مثال، از طول موج های 1.0 میکرومتر، 2.2 میکرومتر و 3.9 میکرومتر برای اندازه گیری دمای داخلی شیشه استفاده می شود (شیشه ای که باید آزمایش شود باید بسیار ضخیم باشد، در غیر این صورت از آن عبور می کند). طول موج 5.0 میکرومتر برای اندازه گیری دمای داخلی شیشه استفاده می شود. طول موج 8-14 میکرومتر برای اندازه‌گیری کم استفاده می‌شود. توصیه می‌شود. مثال دیگر اندازه گیری طول موج 3.43 میکرومتر برای فیلم پلاستیکی پلی اتیلن و طول موج 4.3 میکرومتر یا 7.9 میکرومتر برای پلی استر است.

تعیین زمان پاسخ: زمان پاسخ نشان دهنده سرعت واکنش دماسنج مادون قرمز به تغییر دمای اندازه گیری شده است که به عنوان زمان لازم برای رسیدن به 95 درصد انرژی قرائت نهایی تعریف می شود که مربوط به ثابت زمانی است. ردیاب نوری، مدار پردازش سیگنال و سیستم نمایشگر. زمان پاسخ دماسنج مادون قرمز برند گوانگژو هنگ چنگ هنگ کنگ CEM می تواند به 1 میلی ثانیه برسد. این بسیار سریعتر از روش های اندازه گیری دمای تماس است. اگر سرعت حرکت هدف بسیار سریع باشد یا هنگام اندازه گیری یک هدف با گرمایش سریع، باید یک دماسنج مادون قرمز با واکنش سریع انتخاب شود، در غیر این صورت پاسخ سیگنال کافی حاصل نمی شود و دقت اندازه گیری کاهش می یابد. با این حال، همه برنامه ها به دماسنج مادون قرمز با پاسخ سریع نیاز ندارند. برای فرآیندهای حرارتی استاتیک یا هدف که در آن اینرسی حرارتی وجود دارد، زمان پاسخ پیرومتر را می توان آرام کرد. بنابراین، انتخاب زمان پاسخ دماسنج مادون قرمز باید با وضعیت هدف اندازه گیری شده تطبیق داده شود.

عملکرد پردازش سیگنال: اندازه‌گیری فرآیندهای گسسته (مانند تولید قطعات) با فرآیندهای پیوسته متفاوت است، که نیاز به دماسنج‌های مادون قرمز برای داشتن عملکردهای پردازش سیگنال (مانند نگه‌داری اوج، نگهداری دره، مقدار متوسط) دارد. به عنوان مثال، هنگام اندازه گیری دمای شیشه روی تسمه نقاله، لازم است از مقدار پیک برای نگه داشتن استفاده شود و سیگنال خروجی دمای آن به کنترل کننده ارسال شود.

در نظر گرفتن شرایط محیطی: شرایط محیطی دماسنج تاثیر زیادی در نتایج اندازه گیری دارد که باید مورد توجه قرار گیرد و به درستی حل شود، در غیر این صورت دقت اندازه گیری دما را تحت تاثیر قرار داده و حتی باعث آسیب به دماسنج می شود. هنگامی که دمای محیط بیش از حد بالا است و گرد و غبار، دود و بخار وجود دارد، می توانید پوشش محافظ، خنک کننده آب، سیستم خنک کننده هوا، دمنده هوا و سایر لوازم جانبی ارائه شده توسط سازنده را انتخاب کنید. این لوازم جانبی می توانند به طور موثر تأثیرات محیطی را برطرف کنند و از دماسنج برای اندازه گیری دقیق دما محافظت کنند. هنگام تعیین لوازم جانبی، خدمات استاندارد باید تا حد امکان درخواست شود تا هزینه های نصب کاهش یابد. هنگامی که دود، گرد و غبار یا ذرات دیگر سیگنال انرژی اندازه گیری را کاهش می دهند، یک دماسنج دو رنگ بهترین انتخاب است. در شرایط نویز، میدان الکترومغناطیسی، ارتعاش یا شرایط محیطی غیرقابل دسترس یا سایر شرایط سخت، دماسنج دو رنگ فیبر نوری بهترین انتخاب است.

در کاربردهایی با مواد مهر و موم شده یا خطرناک مانند ظروف یا محفظه های خلاء، پیرومتر از طریق یک پنجره مشاهده می کند. ماده باید به اندازه کافی قوی باشد و از محدوده طول موج عملیاتی پیرومتر مورد استفاده عبور کند. همچنین تعیین کنید که آیا اپراتور باید از طریق پنجره نیز مشاهده کند، بنابراین محل نصب مناسب و مواد پنجره را انتخاب کنید تا از تأثیر متقابل جلوگیری کنید. در کاربردهای اندازه گیری دمای پایین معمولاً از مواد Ge یا Si به عنوان پنجره استفاده می شود که در برابر نور مرئی کدر هستند و چشم انسان نمی تواند هدف را از طریق پنجره مشاهده کند. اگر اپراتور نیاز به عبور از هدف پنجره داشته باشد، باید از یک ماده نوری استفاده شود که هم اشعه مادون قرمز و هم نور مرئی را منتقل می کند. به عنوان مثال، یک ماده نوری که هم تابش مادون قرمز و هم نور مرئی را منتقل می کند باید به عنوان ماده پنجره استفاده شود، مانند ZnSe یا BaF2.

عملکرد ساده و استفاده آسان: دماسنج‌های مادون قرمز باید بصری، کارکرد آسان و استفاده از آن توسط اپراتورها آسان باشد. در میان آنها، دماسنج های مادون قرمز قابل حمل کوچک، سبک هستند و توسط افرادی حمل می شوند که اندازه گیری دما و خروجی نمایشگر را یکپارچه می کنند. ابزارهای اندازه گیری دما می توانند دما را نمایش داده و اطلاعات دمایی مختلف را بر روی صفحه نمایش نمایش دهند و برخی از آنها را می توان با کنترل از راه دور یا برنامه نرم افزار رایانه ای کار کرد.

در شرایط محیطی سخت و پیچیده، می توان سیستمی با سر و نمایشگر اندازه گیری دما جداگانه برای نصب و پیکربندی آسان انتخاب کرد. فرم خروجی سیگنال مطابق با تجهیزات کنترل فعلی را می توان انتخاب کرد. کالیبراسیون دماسنج تابش مادون قرمز: دماسنج مادون قرمز باید به گونه ای کالیبره شود تا بتواند دمای هدف اندازه گیری شده را به درستی نمایش دهد. اگر اندازه گیری دمای دماسنج مورد استفاده در حین استفاده خارج از تحمل باشد، باید برای کالیبراسیون مجدد به سازنده یا مرکز تعمیر برگردانده شود.