Termografia infravermelha e imagens térmicas

A medição da temperatura da superfície registrando os parâmetros da radiação de calor emitida por ela usando dispositivos eletro-ópticos é chamada de termografia infravermelha. Como você pode imaginar, neste caso o calor é transferido da superfície examinada - para o dispositivo de medição, na forma ondas eletromagnéticas infravermelhas.

Modernos dispositivos eletro-ópticos para termografia infravermelha podem medir o fluxo de radiação infravermelha e, com base nos dados obtidos, calcular a temperatura da superfície com a qual o equipamento de medição interage.

Claro, uma pessoa é capaz de sentir a radiação infravermelha e pode até sentir mudanças de temperatura em centésimos de grau com terminações nervosas na superfície da pele. Porém, com tamanha sensibilidade, o corpo humano não está adaptado para detectar temperaturas relativamente altas pelo toque sem prejudicar a saúde. Na melhor das hipóteses, isso está repleto de queimaduras.

E mesmo que a sensibilidade do homem à temperatura seja tão alta quanto a dos animais capazes de detectar presas pelo calor na escuridão total, mais cedo ou mais tarde ele precisará de um instrumento mais sensível que possa funcionar em uma faixa de temperatura mais ampla do que a fisiologia natural. permite...

Afinal, essa ferramenta foi desenvolvida. A princípio, eram dispositivos mecânicos e, posteriormente, eletrônicos hipersensíveis. Hoje, esses dispositivos parecem ser os atributos usuais quando o controle térmico precisa ser realizado para resolver qualquer um dos inúmeros problemas técnicos.

A própria palavra «infravermelho», ou abreviado «IR», denota a posição das ondas de calor «atrás do vermelho», de acordo com a sua localização na escala do mais amplo espectro de radiação eletromagnética. Quanto à palavra "termografia", inclui "thermo" - temperatura e "gráfico" - imagem - imagem de temperatura.

As origens da termografia infravermelha

A base desta linha de pesquisa foi lançada pelo astrônomo alemão William Herschel, que realizou pesquisas com os espectros da luz solar em 1800. Ao transmitir a luz solar através de um prisma, Herschel colocou um termômetro de mercúrio sensível em áreas de cores diferentes nas quais a luz solar incide no prisma, foi dividido.

No decorrer do experimento, quando o termômetro foi movido além da linha vermelha, ele descobriu que também havia alguma radiação invisível, mas com um efeito de aquecimento perceptível.

A radiação que Herschel observou em seu experimento estava naquela região do espectro eletromagnético que não era percebida pela visão humana como nenhuma cor.Esta era a região da "radiação de calor invisível", embora estivesse definitivamente no espectro das ondas eletromagnéticas, mas abaixo do vermelho visível.

Mais tarde, o físico alemão Thomas Seebeck descobriria a termoeletricidade e, em 1829, o físico italiano Nobili criaria uma termopilha baseada nos primeiros termopares conhecidos, cujo princípio seria baseado no fato de que, quando a temperatura muda entre dois metais diferentes, a correspondendo uma diferença de potencial surge nas extremidades do circuito composto por estes...

Meloni logo inventará o chamado Uma termopilha (de termopilhas instaladas em série), e focando nela ondas infravermelhas de uma certa forma, poderá detectar uma fonte de calor a uma distância de 9 metros.

Termopilha — conexão serial de termoelementos para obter maior potência elétrica ou capacidade de refrigeração (ao operar nos modos termoelétrico ou refrigeração, respectivamente).

Samuel Langley em 1880 descobriu uma vaca no cio a uma distância de 300 metros. Isso será feito usando um balômetro, que mede a mudança na resistência elétrica que está inextricavelmente ligada a uma mudança na temperatura.

O sucessor de seu pai, John Herschel, em 1840 utilizou um evaporógrafo, com o qual obteve a primeira imagem infravermelha em luz refletida graças ao mecanismo de evaporação em diferentes velocidades da mais fina película de óleo.

Hoje, são utilizados dispositivos especiais para aquisição remota de imagens térmicas — termovisores, que permitem a obtenção de informações sobre radiação infravermelha sem contato com o equipamento sob investigação e visualização imediata. Os primeiros termovisores foram baseados em sensores infravermelhos fotorresistivos.

Em 1918, American Keys estava realizando experimentos com fotoresistores, onde recebia sinais devido à interação direta com os fótons. Assim, foi criado um detector sensível de radiação térmica, trabalhando com base no princípio da fotocondutividade.

Termografia IR no mundo moderno

Durante os anos de guerra, os termovisores volumosos serviram principalmente para fins militares, de modo que o desenvolvimento da tecnologia de imagem térmica acelerou após 1940. Os alemães descobriram que, ao resfriar o receptor do fotorresistor, você pode melhorar suas características.

Após a década de 1960, surgiram os primeiros termovisores portáteis, com os quais realizam diagnósticos de edifícios. Eram ferramentas confiáveis, mas com imagens de baixa qualidade. Na década de 1980, as imagens térmicas começaram a ser introduzidas não apenas na indústria, mas também na medicina. As câmeras térmicas foram calibradas para fornecer uma imagem radiométrica – as temperaturas de todos os pontos da imagem.

As primeiras câmeras termográficas resfriadas a gás exibiam a imagem em uma tela CRT em preto e branco com um tubo de raios catódicos. Mesmo assim, era possível gravar da tela em fita magnética ou papel fotográfico. Modelos mais baratos de câmeras térmicas são baseados em tubos vidicon, não requerem resfriamento e são mais compactos, embora a imagem térmica não seja radiométrica.

Na década de 1990, os receptores infravermelhos de matriz tornaram-se disponíveis para uso civil, incluindo matrizes de receptores infravermelhos retangulares (pixels sensíveis) instalados no plano focal da lente do dispositivo. Esta foi uma melhoria significativa em relação aos primeiros receptores infravermelhos de varredura.

A qualidade das imagens térmicas melhorou e a resolução espacial aumentou. Os termovisores de matriz modernos médios têm receptores com uma resolução de até 640 * 480 - 307.200 receptores micro-IR. Os dispositivos profissionais podem ter uma resolução mais alta — acima de 1000 * 1000.

A tecnologia de matriz IR evoluiu nos anos 2000. Os termovisores surgiram com uma faixa operacional de comprimento de onda longo - detectando comprimentos de onda de 8 a 15 mícrons e comprimentos de onda médios - projetados para comprimentos de onda de 2,5 a 6 mícrons. Os melhores modelos de termovisores são completamente radiométricos, possuem uma função de sobreposição de imagem e uma sensibilidade de 0,05 graus ou menos. Nos últimos 10 anos, o preço deles diminuiu mais de 10 vezes e a qualidade melhorou. Todos os modelos modernos podem interagir com um computador, analisar os próprios dados e apresentar relatórios convenientes em qualquer formato adequado.

Isoladores de calor

O isolador térmico inclui várias peças padrão: lente, visor, receptor infravermelho, eletrônica, controles de medição, dispositivo de armazenamento. A aparência das várias peças pode diferir dependendo do modelo. O termovisor funciona da seguinte maneira. A radiação infravermelha é focada pela ótica no receptor.

O receptor gera um sinal na forma de uma tensão ou resistência variável. Este sinal é enviado para a eletrônica, que forma uma imagem – um termograma – na tela.Diferentes cores na tela correspondem a diferentes partes do espectro infravermelho (cada tonalidade corresponde à sua própria temperatura), dependendo da natureza da distribuição de calor na superfície do objeto examinado pelo termovisor.

O display costuma ser pequeno, possui alto brilho e contraste, o que permite visualizar o termograma em diferentes condições de iluminação. Além da imagem, o display costuma mostrar informações adicionais: nível de carga da bateria, data e hora, temperatura, escala de cores.

O receptor IR é feito de um material semicondutor que gera um sinal elétrico sob a influência dos raios infravermelhos que incidem sobre ele. O sinal é processado por componentes eletrônicos que formam uma imagem no display.

Para controle, existem botões que permitem alterar a faixa de temperaturas medidas, ajustar a paleta de cores, refletividade e emissão de fundo, além de salvar imagens e relatórios.

Arquivos de imagens e relatórios digitais geralmente são salvos em um cartão de memória. Alguns termovisores têm a função de gravar voz e até vídeo no espectro visual. Todos os dados digitais salvos durante a operação da câmera termográfica podem ser visualizados em um computador e analisados ​​usando o software fornecido com a câmera termográfica.

Veja também:Medição de temperatura sem contato durante a operação de equipamentos elétricos