หลักการทำงานและการประยุกต์ใช้เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรด
ทฤษฎีพื้นฐานอินฟราเรด
ในปี ค.ศ. 1672 พบว่าแสงแดด (แสงสีขาว) ประกอบด้วยแสงสีต่างๆ ในเวลาเดียวกัน นิวตันได้สรุปว่าแสงสีเดียวในธรรมชาตินั้นง่ายกว่าแสงสีขาว ใช้ไดโครอิกปริซึมเพื่อแยกแสงอาทิตย์ (แสงสีขาว) ออกเป็นแสงสีเดียวที่มีสีแดง ส้ม เหลือง เขียว น้ำเงิน น้ำเงิน ม่วง ฯลฯ ในปี 1800 นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ เอฟ. ดับบลิว. ฮักเซิลค้นพบรังสีอินฟราเรดเมื่อเขาศึกษาแสงสีต่างๆ จาก มุมมองความร้อน เมื่อเขาศึกษาความร้อนของแสงสีต่างๆ เขาจงใจปิดหน้าต่างบานเดียวของห้องมืดด้วยแผ่นมืด และเปิดรูสี่เหลี่ยมในจาน และติดตั้งปริซึมแยกลำแสงไว้ในรู เมื่อแสงแดดส่องผ่านปริซึม ปริซึมจะถูกสลายเป็นแถบแสงสี และเทอร์โมมิเตอร์จะใช้วัดความร้อนที่มีสีต่างกันในแถบแสง เพื่อเปรียบเทียบกับอุณหภูมิแวดล้อม Huxel ได้ใช้เทอร์โมมิเตอร์หลายตัววางใกล้กับแถบแสงสีเป็นเทอร์โมมิเตอร์เปรียบเทียบเพื่อวัดอุณหภูมิแวดล้อม ในระหว่างการทดลอง เขาค้นพบปรากฏการณ์ประหลาดโดยบังเอิญ: เทอร์โมมิเตอร์ที่วางอยู่นอกแสงสีแดงจะมีค่าสูงกว่าอุณหภูมิอื่นๆ ในห้อง จากการลองผิดลองถูก โซนที่มีอุณหภูมิสูงซึ่งมีความร้อนมากที่สุดนี้จะอยู่นอกแสงสีแดงที่ขอบแถบแสง Z เสมอ ดังนั้นเขาจึงประกาศว่านอกจากแสงที่มองเห็นแล้ว ยังมี "สายด่วน "มองไม่เห็นด้วยตามนุษย์ในรังสีที่ปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์ "สายด่วน" ที่มองไม่เห็นนี้ตั้งอยู่นอกแสงสีแดงและเรียกว่าแสงอินฟราเรด อินฟราเรดเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งซึ่งมีสาระสำคัญเช่นเดียวกับคลื่นวิทยุและแสงที่ตามองเห็น การค้นพบอินฟราเรดถือเป็นก้าวกระโดดในการทำความเข้าใจธรรมชาติของมนุษย์ และยังเป็นการเปิดเส้นทางใหม่สำหรับการวิจัย การใช้ประโยชน์ และพัฒนาเทคโนโลยีอินฟราเรด
ความยาวคลื่นของรังสีอินฟราเรดอยู่ระหว่าง 0.76 ถึง 100 μm ตามช่วงความยาวคลื่น สามารถแบ่งออกได้เป็นสี่ประเภท: อินฟราเรดใกล้ อินฟราเรดกลาง อินฟราเรดไกล และอินฟราเรดไกลมาก ตำแหน่งในสเปกตรัมต่อเนื่องของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคือพื้นที่ระหว่างคลื่นวิทยุและแสงที่มองเห็น . รังสีอินฟราเรดเป็นหนึ่งในรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ขยายมากที่สุดในธรรมชาติ มันขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าวัตถุใด ๆ จะสร้างการเคลื่อนที่ที่ผิดปกติของโมเลกุลและอะตอมของมันเองในสภาพแวดล้อมทั่วไป และแผ่พลังงานอินฟราเรดความร้อน โมเลกุลและอะตอมออกมาอย่างต่อเนื่อง ยิ่งการเคลื่อนไหวรุนแรงมากเท่าไหร่ พลังงานที่แผ่ออกมาก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และในทางกลับกัน พลังงานที่แผ่ออกมาก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น
วัตถุที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์จะแผ่รังสีอินฟราเรดเนื่องจากการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของมันเอง หลังจากสัญญาณพลังงานที่แผ่จากวัตถุถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าโดยเครื่องตรวจจับอินฟราเรด สัญญาณเอาต์พุตของอุปกรณ์สร้างภาพสามารถจำลองการกระจายเชิงพื้นที่ของอุณหภูมิพื้นผิวของวัตถุที่สแกนทีละชิ้นได้อย่างสมบูรณ์ หลังจากผ่านการประมวลผลด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์แล้วจะถูกส่งไปยังหน้าจอแสดงผลและได้ภาพความร้อนที่สอดคล้องกับการกระจายความร้อนบนพื้นผิวของวัตถุ การใช้วิธีนี้ทำให้สามารถรับรู้ภาพความร้อนระยะไกลและการวัดอุณหภูมิของชิ้นงานและวิเคราะห์และตัดสินได้
หลักการของกล้องถ่ายภาพความร้อน
กล้องถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดใช้เครื่องตรวจจับอินฟราเรด เลนส์ใกล้วัตถุในการถ่ายภาพด้วยแสง และระบบสแกนเชิงกลเชิงแสง (เทคโนโลยีระนาบโฟกัสขั้นสูงในปัจจุบันไม่มีระบบสแกนเชิงกลเชิงแสง) เพื่อรับรูปแบบการกระจายพลังงานรังสีอินฟราเรดของเป้าหมายที่วัดได้ และสะท้อนไปยังเซ็นเซอร์ไวแสง ของเครื่องตรวจจับอินฟราเรด บนองค์ประกอบ ระหว่างระบบออปติคัลและเครื่องตรวจจับอินฟราเรด มีกลไกการสแกนเชิงกลเชิงแสง (กล้องถ่ายภาพความร้อนระนาบโฟกัสไม่มีกลไกนี้) เพื่อสแกนภาพความร้อนอินฟราเรดของวัตถุที่วัดได้ และโฟกัสไปที่หน่วยหรือ เครื่องตรวจจับสเปกโทรสโกปี พลังงานรังสีอินฟราเรดจะถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าโดยเครื่องตรวจจับ และภาพความร้อนอินฟราเรดจะแสดงบนหน้าจอทีวีหรือจอภาพหลังจากการประมวลผลการขยาย การแปลง หรือสัญญาณวิดีโอมาตรฐาน ภาพความร้อนชนิดนี้สอดคล้องกับช่องกระจายความร้อนบนพื้นผิวของวัตถุ โดยพื้นฐานแล้วมันคือการกระจายภาพความร้อนของรังสีอินฟราเรดของแต่ละส่วนของวัตถุเป้าหมายที่วัดได้ เนื่องจากสัญญาณอ่อนมากเมื่อเทียบกับภาพแสงที่มองเห็นได้ จึงไม่มีเลเยอร์และความเป็นสามมิติ ดังนั้น เพื่อตัดสินฟิลด์การกระจายความร้อนอินฟราเรดของเป้าหมายที่วัดได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นในระหว่างการทำงานจริง มาตรการเสริมบางอย่างมักจะใช้เพื่อเพิ่มฟังก์ชันที่ใช้งานได้จริงของเครื่องมือ เช่น ความสว่างของภาพ การควบคุมคอนทราสต์ การแก้ไขมาตรฐานจริง เท็จ การแสดงสีและเทคโนโลยีอื่นๆ
การพัฒนากล้องถ่ายภาพความร้อน
ในปี พ.ศ. 2343 เอฟดับบลิว ฮักเซิล นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษได้ค้นพบอินฟราเรด ซึ่งเปิดทางกว้างสำหรับการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีอินฟราเรดของมนุษย์ ในสงครามโลกครั้งที่ 1 ชาวเยอรมันใช้หลอดเปลี่ยนภาพอินฟราเรดเป็นอุปกรณ์แปลงโฟโตอิเล็กทริกเพื่อพัฒนาอุปกรณ์มองเห็นกลางคืนแบบแอคทีฟและอุปกรณ์สื่อสารอินฟราเรด ซึ่งเป็นรากฐานสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีอินฟราเรด
หลังสงครามโลกครั้งที่ 2 อุปกรณ์ถ่ายภาพอินฟราเรดรุ่นแรกสำหรับพื้นที่ทางทหารได้รับการพัฒนาโดย Texas Instruments Corporation ของสหรัฐอเมริกาหลังจากการสำรวจเกือบหนึ่งปี เรียกว่าระบบค้นหาอินฟราเรด (FLIR) ซึ่งเป็นการใช้ระบบเชิงกลเชิงแสงเพื่อสแกนรังสีอินฟราเรดของเป้าหมายที่วัดได้ เครื่องตรวจจับโฟตอนรับสัญญาณของรังสีอินฟราเรดสองมิติ และหลังจากการแปลงโฟโตอิเล็กทริกและชุดของการประมวลผลด้วยเครื่องมือ สัญญาณภาพวิดีโอจะถูกสร้างขึ้น รูปแบบดั้งเดิมของระบบนี้คือเครื่องบันทึกการกระจายอุณหภูมิอัตโนมัติแบบไม่เรียลไทม์ ต่อมา ด้วยการพัฒนาเครื่องตรวจจับโฟตอนปรอทเจือด้วยสารอินเดียมแอนติโมไนด์และเจอร์เมเนียมในทศวรรษที่ 1950 การสแกนด้วยความเร็วสูงและการแสดงภาพความร้อนเป้าหมายแบบเรียลไทม์เริ่มปรากฏขึ้น ระบบ.
