赤外線サーモグラフィーと熱画像処理

電気光学デバイスを使用して表面から放出される熱放射のパラメーターを記録することによって表面温度を測定することは、赤外線サーモグラフィーと呼ばれます。ご想像のとおり、この場合、熱は検査対象の表面から測定装置に次のような形で伝達されます。 赤外線電磁波.

赤外線サーモグラフィー用の最新の電気光学デバイスは、赤外線の流れを測定し、得られたデータに基づいて、測定装置が相互作用する表面の温度を計算できます。

もちろん、人は赤外線を感知することができ、皮膚表面の神経終末で100分の1度以内の温度変化を感知することさえできます。しかし、これほど感度が高いにもかかわらず、人体は健康に害を及ぼさずに接触によって比較的高い温度を検出するようには適応されていません。せいぜい火傷を伴う程度です。

そして、たとえ人間の温度に対する感受性が、完全な暗闇の中で熱によって獲物を検知できる動物と同じくらい高いことが判明したとしても、遅かれ早かれ、自然の生理機能よりも広い温度範囲で機能する、より高感度の機器が必要になるでしょう。 ...を許可します

結局のところ、そのようなツールが開発されました。当初、これらは機械的な装置でしたが、後には非常に敏感な電子装置になりました。現在、これらのデバイスは、無数の技術的問題を解決するために熱制御を実行する必要がある場合の通常の特性であるようです。

「赤外線」という言葉自体、または略称「IR」は、電磁放射の最も広いスペクトルのスケールにおける熱波の位置に応じて、「赤色の背後」にある熱波の位置を示しています。 「サーモグラフィー」という言葉には、「サーモ」（温度）と「グラフィック」（画像）つまり温度画像が含まれます。

赤外線サーモグラフィーの起源

この一連の研究の基礎は、1800 年に太陽光のスペクトルに関する研究を行ったドイツの天文学者ウィリアム ハーシェルによって築かれました。ハーシェルは、プリズムを通して太陽光を透過させることにより、太陽光が当たるさまざまな色の領域に高感度の水銀温度計を設置しました。プリズム上では分割されていました。

実験の過程で、温度計が赤い線を超えて移動すると、目には見えないが顕著な加熱効果がある放射、つまり放射も存在することがわかりました。

ハーシェルが実験で観察した放射線は、人間の視覚では色として認識されない電磁スペクトルの領域にありました。これは「目に見えない熱放射」の領域であり、明らかに電磁波のスペクトル内ではありましたが、目に見える赤色よりも下でした。

その後、ドイツの物理学者トーマス ゼーベックが熱電を発見し、1829 年にイタリアの物理学者ノビリが最初に知られた熱電対に基づいて熱電対列を作成しました。その原理は、2 つの異なる金属間で温度が変化すると、これらで構成される回路の両端には、それに応じて電位差が生じます。

メローニはすぐにいわゆるものを発明するでしょうサーモパイル (直列に設置されたサーモパイル) を使用し、赤外線を特定の方法で集中させることにより、9 メートル離れた熱源を検出できます。

サーモパイル — より大きな電力または冷却能力を得るために熱電素子を直列接続します (それぞれ、熱電モードまたは冷却モードで動作する場合)。

サミュエル・ラングレーは1880年に300メートル離れたところで発情期の牛を発見した。これは、温度変化と密接に関係する電気抵抗の変化を測定するバロメーターを使用して行われます。

父親の後継者であるジョン・ハーシェルは 1840 年に蒸発写真装置を使用し、最も薄い油の膜が異なる速度で蒸発するメカニズムを利用して、反射光による最初の赤外線画像を取得しました。

現在、熱画像の遠隔取得には特別な装置、つまり調査対象の機器に接触せずに赤外線に関する情報を取得し、即座に視覚化できる熱画像装置が使用されています。最初のサーマルイメージャーは、感光性赤外線センサーに基づいていました。

1918 年までに、アメリカン キーズはフォトレジスターを使った実験を行っており、フォトレジスターと光子との直接相互作用による信号を受信して​​いました。したがって、光伝導性の原理に基づいて、熱放射の高感度検出器が作成されました。

現代社会における赤外線サーモグラフィー

戦時中、大型の熱画像装置は主に軍事目的で使用されていたため、1940 年以降、熱画像技術の開発が加速しました。ドイツ人は、フォトレジスタレシーバを冷却することでその特性を改善できることを発見しました。

1960 年代以降、最初のポータブル熱画像装置が登場し、それを使って建物の診断が行われました。これらは信頼性の高いツールでしたが、画像の品質が低かったです。 1980 年代に、サーマル イメージングは​​産業界だけでなく医療にも導入され始めました。サーマルカメラは、放射画像、つまり画像内のすべての点の温度が得られるように校正されました。

最初のガス冷却サーマルカメラは、ブラウン管を備えた白黒 CRT 画面に画像を表示しました。その当時でも、画面から磁気テープや写真用紙に記録することは可能でした。サーマルカメラの安価なモデルはビジコン管をベースにしており、冷却を必要とせず、よりコンパクトですが、サーマルイメージングは​​放射分析ではありません。

1990 年代までに、デバイスのレンズの焦点面に設置された長方形の赤外線受信機 (高感度ピクセル) のアレイを含む、マトリックス赤外線受信機が民間で使用できるようになりました。これは、最初のスキャン型 IR 受信機に比べて大幅な改善でした。

熱画像の品質が向上し、空間解像度が向上しました。平均的な最新のマトリクス型サーマル イメージャには、最大 640 * 480 の解像度を持つ受信機 (307,200 個のマイクロ IR 受信機) が搭載されています。プロフェッショナル向けデバイスは、1000 * 1000 を超える高解像度を備えている場合があります。

IR マトリックス技術は 2000 年代に進化しました。サーマルイメージャは、8 ～ 15 ミクロンの波長を検知し、2.5 ～ 6 ミクロンの波長用に設計された中間波長という長波長の動作範囲を備えた製品が登場しています。サーマルイメージャーの最良のモデルは完全に放射分析が可能で、画像オーバーレイ機能と 0.05 度以下の感度を備えています。過去 10 年で、価格は 10 分の 1 に下がり、品質も向上しました。最新のモデルはすべて、コンピューターと対話し、データ自体を分析し、適切な形式で便利なレポートを表示できます。

断熱材

熱絶縁器には、レンズ、ディスプレイ、赤外線受信機、電子機器、測定制御装置、記憶装置などのいくつかの標準部品が含まれています。モデルによって各部の外観が異なる場合があります。サーマルイメージャは次のように動作します。赤外線放射は光学系によって受信機上に集束されます。

受信機は、電圧または可変抵抗の形式で信号を生成します。この信号は電子機器に供給され、画面上に画像 (サーモグラム) が形成されます。画面上のさまざまな色は、赤外線スペクトルのさまざまな部分に対応しており (各色合いはそれぞれの温度に対応しています)、熱画像装置で調べられる物体の表面の熱分布の性質に応じて異なります。

通常、ディスプレイは小型で、輝度とコントラストが高いため、さまざまな照明条件下でもサーモグラムを確認できます。通常、ディスプレイには画像に加えて、バッテリー充電レベル、日付と時刻、温度、カラースケールなどの追加情報が表示されます。

IR レシーバーは半導体材料でできており、そこに当たる赤外線の影響で電気信号を生成します。信号は電子機器によって処理され、ディスプレイ上に画像が形成されます。

制御のために、測定温度の範囲を変更したり、カラー パレット、反射率、背景発光を調整したり、画像やレポートを保存したりできるボタンがあります。

デジタル画像とレポート ファイルは通常、メモリ カードに保存されます。一部の熱画像装置には、視覚スペクトル内の音声やビデオさえも記録する機能があります。赤外線カメラの操作中に保存されたすべてのデジタル データは、コンピュータで表示し、赤外線カメラに付属のソフトウェアを使用して分析できます。

以下も参照してください。電気機器の動作中の非接触温度測定