Kaasaegsete infrapunatermomeetrite rakenduste analüüs
Infrapunatermomeetri temperatuuri mõõtmise põhimõte seisneb objekti poolt kiiratava infrapunakiirguse energia muundamises elektrisignaaliks. Infrapunakiirguse energia suurus vastab objekti enda temperatuurile. Teisendatud elektrisignaali suuruse järgi saab määrata objekti temperatuuri. Infrapuna temperatuuri mõõtmise tehnoloogia on välja töötatud pinna temperatuuri skaneerimiseks ja mõõtmiseks koos termiliste muutustega, selle temperatuurijaotuse kujutise määramiseks ning varjatud temperatuurierinevuste kiireks tuvastamiseks. See on infrapuna termokaamera. Infrapuna-soojuskaameraid kasutati esmakordselt sõjaväes. 2019. aastal töötas Ameerika Ühendriikide TI Corporation välja maailma esimese infrapunaskaneeriva luuresüsteemi. Hiljem kasutati infrapuna-termopilditehnoloogiat lääneriikides järjestikku lennukites, tankides, sõjalaevades ja muudes relvades, luuresihtmärkide termilise vaatlussüsteemina, mis parandab oluliselt sihtmärkide otsimise ja tabamise võimet. Rootsi ettevõtte AGA toodetud infrapuna-soojuskaamera on tsiviiltehnoloogias juhtival positsioonil.
Infrapunatermomeeter koosneb optilisest süsteemist, fotoelektrilisest detektorist, signaalivõimendist, signaalitöötlusest, kuvari väljundist ja muudest osadest. Optiline süsteem kogub sihtmärgiks oleva infrapunakiirguse energia oma vaatevälja ning vaatevälja suuruse määravad termomeetri optilised osad ja selle asukoht. Infrapunaenergia fokusseeritakse fotodetektorile ja muundatakse vastavaks elektrisignaaliks. Signaal läbib võimendi ja signaalitöötlusahela ning teisendatakse pärast korrigeerimist mõõdetud sihtmärgi temperatuuriväärtuseks vastavalt instrumendi sisetöötluse algoritmile ja sihtmärgi kiirgusvõimele.
Looduses kiirgavad kõik absoluutsest nullist kõrgema temperatuuriga objektid ümbritsevasse ruumi pidevalt infrapunakiirguse energiat. Objekti infrapunakiirguse energia suurus ja jaotus lainepikkuse järgi on väga tihedalt seotud selle pinnatemperatuuriga. Seetõttu saab objekti enda poolt kiirgavat infrapunaenergiat mõõtes täpselt määrata selle pinnatemperatuuri, mis on infrapunakiirguse temperatuuri mõõtmise objektiivseks aluseks.
Must keha on idealiseeritud radiaator, mis neelab kõik kiirgusenergia lainepikkused, ei peegeldu ega edasta energiat ning mille pinnal on kiirgusvõime 1. Praktilised esemed looduses pole aga peaaegu mustad kehad. Infrapunakiirguse jaotuse selgitamiseks ja saamiseks tuleb teoreetilises uurimistöös valida sobiv mudel. See on Plancki välja pakutud kehaõõne kiirguse kvantiseeritud ostsillaatormudel, millest tuletati Plancki musta keha kiirguse seadus, st lainepikkusega väljendatud musta keha spektraalne kiirgus, mis on kõigi infrapunakiirguse teooriate lähtepunkt, seega nimetatakse musta keha kiirguse seaduseks. Kõikide tegelike objektide kiirgushulk ei sõltu mitte ainult kiirguse lainepikkusest ja objekti temperatuurist, vaid ka objekti materjali tüübist, valmistamismeetodist, termilisest protsessist, pinna seisundist ja keskkonnatingimustest.
Infrapuna temperatuuri mõõtmisel kasutatakse punkt-punkti analüüsi meetodit, see tähendab, et objekti kohaliku piirkonna soojuskiirgus fokusseeritakse ühele detektorile ja kiirgusvõimsus muundatakse temperatuuriks tuntud objekti kiirgusvõime kaudu. . Erinevate tuvastatud objektide, mõõtmisvahemike ja kasutusjuhtude tõttu on infrapunatermomeetrite välimus ja sisemine struktuur erinev, kuid põhistruktuur on üldiselt sarnane, hõlmates peamiselt optilist süsteemi, fotodetektorit, signaalivõimendit ja signaalitöötlust, kuvari väljundit ja muud osad. Radiaatori kiirgav infrapunakiirgus. Optilisse süsteemi sisenedes moduleerib infrapunakiirgus modulaatori poolt vahelduvaks kiirguseks ja detektor muundab selle vastavaks elektrisignaaliks. Signaal läbib võimendi ja signaalitöötlusahela ning teisendatakse mõõdetud sihtmärgi temperatuuriväärtuseks pärast korrigeerimist vastavalt instrumendis olevale algoritmile ja sihtmärgi kiirgusvõimele.
