Termisk synstemperaturmåling (radiometriske) kameraer: teknologi, teori og applikationer

Indhold

1. Grundlæggende teori og teknologier

2. Måling af præcisionskontrol

3. forskellige temperaturområder (gear)

4. højhastighedstemperaturmåling

5. Industrielle applikationer

6. Andre interessante emner

1. Grundlæggende teori og teknologier

Blackbody strålingsteori

• Blackbody: Et teoretisk objekt, der absorberer al hændelsesstråling og udsender energi baseret på dens temperatur.
• Plancks lov: Beskriver den spektrale udstråling af en sortkrop som en funktion af bølgelængde og temperatur.

Hvor:

B (λ, t): spektral udstråling.

λ: bølgelængde.

T: absolut temperatur.

H: Plancks konstant.

C: Lysets hastighed.

K: Boltzmann Constant.

• Stefan-Boltzmann Law: Siger, at den samlede energi, der udstråles af en sortkrop, er proportional med den fjerde effekt af dens absolutte temperatur.

Hvor:

E: Total energi udstrålet.

σ: Stefan-Boltzmann Constant

T: absolut temperatur.

(Blackbody Strålingskort fra Wikipedia)

(Blackbody Color by Theory, fra Wikipedia)

Nøgleteknologier

• Long-Wave Infrared (LWIR):

Fungerer i området 8–14 um bølgelængde.

Ideel til måling af temperaturer fra -20 grad til 1000 grad.

Ofte brugt i industrielle og medicinske anvendelser.

• Midtbølge (mwir) /Shortwave (SWIR)/ Nær (NIR) infrarød:

Fungerer i 3-5 um eller endda kortere (SWIR, NIR) bølgelængdeområdet.

Velegnet til målinger med høj temperatur (op til 3000 grader).

Brugt i applikationer som forbrændingsanalyse og rumfart.

• Quantum Well Infrared Photodetectors (QWIP):

Avanceret detektorteknologi ved hjælp af kvantebrønde for at forbedre følsomheden.

Tilbyder høj opløsning og nøjagtighed, især i MWIR.

2. Måling af præcisionskontrol

• Emissivitet

Definition: Emissivitet (ε) er forholdet mellem den stråling, der udsendes af et objekt til den stråling, der udsendes af en sortkrop ved den samme temperatur.

• Emissivitetsværdier:

Perfekt blackbody: ε = 1.

Ægte genstande: ε <1 (varierer efter materiale og overfladetilstand).

(Et eksempel på Emmisivity -tabel over almindelige genstande)

Parameterindstillinger under måling

Indstilling af emissivitet:

• Juster kameraets emissivitetsindstilling for at matche det materiale, der måles.
• Forkerte emissivitetsindstillinger kan føre til unøjagtige temperaturaflæsninger.

Reflekteret temperatur:

• Regnskaber for infrarød stråling afspejlet af objektet fra omgivelserne.
• Vigtigt for skinnende eller reflekterende overflader.

Afstand og atmosfæriske forhold:

• Indstil afstanden mellem kameraet og objektet.
• Juster for atmosfæriske faktorer som fugtighed og lufttemperatur.

Kalibrering ved hjælp af Blackbody

Blackbody: En enhed med en kendt og indstillende strålingstemperatur, der bruges til at kalibrere termiske kameraer, og til at eskalere målingresultaterne præcision.

Kalibreringsproces:

• Peg kameraet ved sortkroppen.
• Juster kameraets aflæsninger for at matche sortkropens temperatur.
• Sikrer nøjagtige temperaturmålinger i applikationer i den virkelige verden.

(En typisk sortkrop, der bruges til kalibrering)

3. forskellige temperaturområder (gear)

Nedenfor er ru divisions gear, der ofte bruges i den radiometriske anvendelse.

• Lav/almindelig temperaturområde (-20 grad til 100 grad -200 grad): Brugt i HVAC, bygningsinspektioner og medicinske applikationer.
• Mellem-temperaturområde (150 grader til 500 grader): Almindelig i industrielle processer som elektronikproduktion og fødevareforarbejdning.
• Højtemperaturområde (500 grader til 3000 grader):

     Sub-gear1: (500 grad til 1000 grader): Brug i plast / glasfremstilling / lavt smeltende punkt metallurgi

     Sub-gear 2:(1000 grader til 3000 grader): Brugt i metallurgi (f.eks.) Af jern og rumfart.

• Specielt gear:Menneskelig kropstemperatur

Under covid -19 pandemi blev radiometriske termiske kameraer vidt brugt tilFeber -screening. Disse kameraer måler hudtemperatur (typisk 30 grader til 40 grader) med høj præcision, muliggør hurtig og ikke-kontakt screening og ved hjælp afBlackbody -kalibreringFor at opnå en meget høj præcision (ca. ± {{0}}. 1 grad - ± 0,01 grader @ 2m -20 m afstand).

I løbet af den pandemiske periode er der imidlertid fremkommet nye teknologier og opfundet med avanceret algoritme, hvor det tillader måleprocessen uden BlackBody's kalibreringshjælp, at nedskære prisen og forbedre den reelle applikationsoplevelse.

Radiometriske kameraer understøtter generelt en eller to (sub-) gear blandt de ovennævnte intervaller på grund af den forskellige målingsteknologi, der anvendes og måler resultatpræcisionskontrol.

4. højhastighedstemperaturmåling

Applikationer

1). Højhastighedstog:

• Bremsesystemer: Overvåg bremsediskstemperaturer for at forhindre overophedning og sikre sikkerhed.
• Hjullejer:Registrer unormale varmesignaturer, der indikerer slid eller fiasko.

2). Flyvende fugle:

• Økologisk forskning: Undersøg de termiske underskrifter af fugle under flyvning for at forstå deres energiudgifter og adfærd.
• Bevarelse:Overvåg fuglepopulationer og migrationsmønstre.

3). Blanding af forskellige temperaturvæsker:

• Industrielle processer: Analyser temperaturfordeling og blandingseffektivitet i kemiske reaktorer eller fødevareforarbejdning.
• Forskning: Undersøg varmeoverførsel og væskedynamik i realtid.

4). Automotive Testing:

• Motorkomponenter:Overvåg temperaturer af stempler, udstødningssystemer og turboladere under højhastighedstest.
• Aerodynamik: Undersøg varmefordeling på køretøjsoverflader for at optimere design.

5). Rumfart:

• Raketmotorer: Overvåg forbrændingstemperaturer under testfyring.
• Flyskomponenter:Registrer overophedning i motorer, bremser og avionik.

Udfordringer

• Billedhastighed: Højhastighedsapplikationer kræver kameraer med høje billedhastigheder (f.eks. 60 Hz eller højere).
• Databehandling: Hurtige temperaturændringer kræver avancerede algoritmer til nøjagtig måling.
• Rumlig opløsning: Højhastighedskameraer skal opretholde tilstrækkelig opløsning til at fange fine detaljer.

5. Industrielle applikationer

1). Glas/plastfremstilling

• Smeltet glasstemperaturstyring: Radiometriske kameraer overvåger temperaturen på smeltet glas (op til 1500 grader) for at sikre ensartet kvalitet i glasflaskeproduktionen.Præcis temperaturstyring forhindrer defekter som revner eller bobler.

2). Elektronikfremstilling

• PCB -inspektion:Termiske kameraer detekterer overophedning af komponenter på trykte kredsløbskort (PCB) under test.Dette hjælper med at identificere defekte komponenter og forbedre produktets pålidelighed.

3). Energisektor

• Solpanelinspektion: Termiske kameraer identificerer hotspots i solcellepaneler, hvilket indikerer potentielle defekter eller ineffektivitet.
• Overvågning af strømlinjen: Detekterer overophedning i kraftledninger og transformatorer for at forhindre fejl.

4). Madbehandling

• Temperaturovervågning: Sikrer korrekt madlavning, afkøling og opbevaringstemperaturer for at opretholde fødevaresikkerhed og kvalitet.

6. Andre interessante emner

1). Medicinske applikationer

• Feber -screening: Radiometriske kameraer blev vidt brugt under den covid -19 pandemi til ikke-kontakt temperaturmåling.
• Sårheling: Termisk billeddannelse overvåger blodgennemstrømning og betændelse i sår for at vurdere helende fremskridt.

2). Miljøovervågning

• Dyrelivsforskning: Termiske kameraer sporer dyrebevægelser og studerer deres termiske opførsel.
• Skovbranddetektion: Detekterer varmesignaturer fra ildebrande, hvilket muliggør tidlig indgriben.

3. bilindustri

• Motorforsøg: Termiske kameraer overvåger motorkomponenter til overophedning under test.
• Bremsesystemanalyse: Måler bremsedisktemperaturer for at optimere ydeevne og sikkerhed.

4. videnskabelig forskning

• Materiel analyse: Studerer materialernes termiske egenskaber under forskellige forhold.
• Rumfart: Overvåger den termiske ydeevne for rumfartøjer og flyskomponenter.