Thermische visietemperatuurmeting (radiometrische) camera's: technologie, theorie en toepassingen

INHOUD

1. Basistheorie en technologieën

2. Controle van meetprecisie

3. Verschillende temperatuurbereiken (versnellingen)

4. Hoge snelheid temperatuurmeting

5. Industriële toepassingen

6. Andere interessante onderwerpen

1. Basistheorie en technologieën

Blackbody stralingstheorie

• Blackbody: Een theoretisch object dat alle invallende straling absorbeert en energie uitzendt op basis van de temperatuur.
• De wet van Planck: Beschrijft de spectrale uitstraling van een blackbody als een functie van golflengte en temperatuur.

Waar:

B (λ, t): Spectrale straling.

λ: golflengte.

T: Absolute temperatuur.

H: Planck's constante.

C: Snelheid van het licht.

K: Boltzmann Constant.

• Stefan-Boltzmann Law: Stelt dat de totale energie die door een blackbody wordt uitgestraald, evenredig is met het vierde vermogen van zijn absolute temperatuur.

Waar:

E: Totale energie uitgestraald.

σ: Stefan-Boltzmann Constant

T: Absolute temperatuur.

(Blackbody stralingsdiagram, van Wikipedia)

(Blackbody -kleur per theorie, van Wikipedia)

Belangrijke technologieën

• Long-wave infrarood (LWIR):

Werkt in het golflengtebereik van 8-14 µm.

Ideaal voor het meten van temperaturen van -20 diploma tot 1000 graden.

Vaak gebruikt in industriële en medische toepassingen.

• Mid-wave (mwir) /Shortwave (SWIR)/ Near (NIR) infrarood:

Werkt in het 3-5 µm of zelfs kortere (SWIR, NIR) golflengtebereik.

Geschikt voor metingen op hoge temperatuur (tot 3000 graden).

Gebruikt in toepassingen zoals verbrandingsanalyse en ruimtevaart.

• Quantum Well Infrared Photodetectors (QWIP):

Geavanceerde detectortechnologie met behulp van kwantumputten om de gevoeligheid te verbeteren.

Biedt een hoge resolutie en nauwkeurigheid, vooral in MWIR.

2. Controle van meetprecisie

• Emissiviteit

Definitie: Emissiviteit (ε) is de verhouding van de straling die door een object wordt uitgestoten en de straling die door een blackbody bij dezelfde temperatuur wordt uitgestoten.

• Emissiviteitswaarden:

Perfect Blackbody: ε = 1.

Echte objecten: ε <1 (varieert per materiaal- en oppervlakte -conditie).

(Een voorbeeld Emmisivity -tabel met gemeenschappelijke objecten)

Parameterinstellingen tijdens het meten

Emissiviteitsinstelling:

• Pas de emissiviteitsinstelling van de camera aan om overeen te komen met het gemeten materiaal.
• Onjuiste emissiviteitsinstellingen kunnen leiden tot onnauwkeurige temperatuurwaarden.

Gereflecteerde temperatuur:

• Verslagen voor infraroodstraling die door het object wordt weerspiegeld vanuit zijn omgeving.
• Belangrijk voor glanzende of reflecterende oppervlakken.

Afstand en atmosferische omstandigheden:

• Stel de afstand in tussen de camera en het object.
• Pas aan voor atmosferische factoren zoals vochtigheid en luchttemperatuur.

Kalibratie met Blackbody

Blackbody: Een apparaat met een bekende en vestigbare stralingstemperatuur, die wordt gebruikt om thermische camera's te kalibreren en de precisie van de meetresultaten te escaleren.

Kalibratieproces:

• Richt de camera op de blackbody.
• Pas de metingen van de camera aan om overeen te komen met de temperatuur van de blackbody.
• Zorgt voor nauwkeurige temperatuurmetingen in echte toepassingen.

(Een typisch blackbody dat wordt gebruikt voor kalibratie)

3. Verschillende temperatuurbereiken (versnellingen)

Hieronder staan ​​ruwe versnellingen, die vaak worden gebruikt in de radiometrische toepassing.

• Low/gewoon-temperatuurbereik (-20 graad tot 100 graden -200 graad): Gebruikt in HVAC, bouwinspecties en medische toepassingen.
• Gemiddelde temperatuurbereik (150 graden tot 500 graden): Vaak in industriële processen zoals de productie van elektronica en voedselverwerking.
• Hoge temperatuurbereik (500 graden tot 3000 graden):

     Onderverhuur1: (500 graden tot 1000 graden): Gebruik in plastic / glasproductie / laagsmeltende punt metallurgie

     Sub-versnelling 2:(1000 graden tot 3000 graden): Gebruikt in metallurgie (bijv.) IJzer en ruimtevaart.

• Speciale uitrusting:Menselijke lichaamstemperatuur

Tijdens de covid -19 pandemie werden radiometrische thermische camera's veel gebruikt voorkoorts screening. Deze camera's meten de huidtemperatuur (meestal 30 graden tot 40 graden) met hoge precisie, waardoor snelle en contactloze screening mogelijk is en gebruikBlackbody kalibratieom een ​​zeer hoge precisie te verkrijgen (rond ± {{{0}}. 1 graad - ± 0,01 graden @ 2m -20 m afstand).

Tijdens de pandemische periode is echter nieuwe technologieën ontstaan ​​en uitgevonden met geavanceerd algoritme, waar het meetproces zonder Blackbody's kalibratiehulp mogelijk maakt, de prijs te verlagen en de echte applicatie -ervaring te verbeteren.

Radiometrische camera's ondersteunt in het algemeen een of twee (sub-) versnellingen bij de bovengenoemde bereiken, vanwege de verschillende toegepaste meettechnologie en meten van resultaten precisiecontrole.

4. Hoge snelheid temperatuurmeting

Toepassingen

1). Hogesnelheidstreinen:

• Remsystemen: Controleer de remschijftemperaturen om oververhitting te voorkomen en de veiligheid te waarborgen.
• Wiellagers:Detecteer abnormale warmtesignaturen die wijs of falen aangeven.

2). Vliegende vogels:

• Ecologisch onderzoek: Bestudeer de thermische handtekeningen van vogels tijdens de vlucht om hun energieverbruik en gedrag te begrijpen.
• Behoud:Bewaak vogelpopulaties en migratiepatronen.

3). Het mengen van verschillende temperatuurvloeistoffen:

• Industriële processen: Analyseer de temperatuurverdeling en mengefficiëntie bij chemische reactoren of voedselverwerking.
• Onderzoek: Bestudeer warmteoverdracht en vloeistofdynamiek in realtime.

4). Automotive -testen:

• Motoronderdelen:Bewaak de temperatuur van zuigers, uitlaatsystemen en turboladers tijdens snelle testen.
• Aërodynamica: Bestudeer warmteverdeling op voertuigoppervlakken om het ontwerp te optimaliseren.

5). Ruimtevaart:

• Raketmotoren: Controleer de verbrandingstemperaturen tijdens testvuur.
• Vliegtuigcomponenten:Detecteer oververhitting in motoren, remmen en avionica.

Uitdagingen

• Framesnelheid: High-speed-toepassingen vereisen camera's met hoge framesnelheden (bijv. 60 Hz of hoger).
• Gegevensverwerking: Snelle temperatuurveranderingen vereisen geavanceerde algoritmen voor nauwkeurige metingen.
• Ruimtelijke resolutie: High-speed camera's moeten voldoende resolutie handhaven om fijne details vast te leggen.

5. Industriële toepassingen

1). Glas/plastic productie

• Gesmolten glazen temperatuurregeling: Radiometrische camera's controleren de temperatuur van gesmolten glas (tot 1500 graden) om een ​​consistente kwaliteit in de productie van glazen fles te garanderen.Nauwkeurige temperatuurregeling voorkomt defecten zoals scheuren of bubbels.

2). Elektronica -productie

• PCB -inspectie:Thermische camera's detecteren oververhitting componenten op gedrukte printplaten (PCB's) tijdens het testen.Dit helpt bij het identificeren van defecte componenten en het verbeteren van de productbetrouwbaarheid.

3). Energiesector

• Zonnepaneelinspectie: Thermische camera's identificeren hotspots in zonnepanelen, wat wijst op potentiële defecten of inefficiënties.
• Power Line Monitoring: Detecteert oververhitting in elektriciteitsleidingen en transformatoren om storingen te voorkomen.

4). Voedselverwerking

• Temperatuurbewaking: Zorgt voor een goede kook-, koel- en opslagtemperaturen om voedselveiligheid en kwaliteit te behouden.

6. Andere interessante onderwerpen

1). Medische toepassingen

• Koorts screening: Radiometrische camera's werden veel gebruikt tijdens de covid -19 pandemie voor niet-contact temperatuurmeting.
• Wondgenezing: Thermische beeldvorming monitoren bloedstroom en ontsteking in wonden om de genezende vooruitgang te beoordelen.

2). Milieumonitoring

• Natuuronderzoek: Thermische camera's volgen dierbewegingen en bestuderen hun thermische gedrag.
• Bosbranddetectie: Detecteert warmtesignaturen van bosbranden, waardoor vroege interventie mogelijk is.

3. Automotive -industrie

• Motortest: Thermische camera's Monitor Motorcomponenten voor oververhitting tijdens het testen.
• Remsysteemanalyse: Meetremschijftemperaturen om de prestaties en veiligheid te optimaliseren.

4. Wetenschappelijk onderzoek

• Materiële analyse: Studies de thermische eigenschappen van materialen onder verschillende omstandigheden.
• Ruimtevaart: Bewaakt de thermische prestaties van ruimtevaartuigen en vliegtuigcomponenten.