इन्फ्रारेड थर्मामीटर प्रौद्योगिकी के आधुनिक अनुप्रयोग पर विश्लेषण
इन्फ्रारेड थर्मामीटर का तापमान माप सिद्धांत वस्तु द्वारा उत्सर्जित अवरक्त उज्ज्वल ऊर्जा को विद्युत संकेत में परिवर्तित करना है। अवरक्त दीप्तिमान ऊर्जा का आकार वस्तु के तापमान से ही मेल खाता है। परिवर्तित विद्युत सिग्नल के आकार के अनुसार वस्तु का तापमान निर्धारित किया जा सकता है। थर्मल परिवर्तनों के साथ सतह के तापमान को स्कैन करने और मापने, इसकी तापमान वितरण छवि निर्धारित करने और छिपे हुए तापमान अंतर का तुरंत पता लगाने के लिए इन्फ्रारेड तापमान माप तकनीक विकसित की गई है। यह इन्फ्रारेड थर्मल इमेजर है. इन्फ्रारेड थर्मल इमेजिंग कैमरों का उपयोग सबसे पहले सेना में किया गया था। 2019 में, संयुक्त राज्य अमेरिका के TI Corporation ने दुनिया की पहली इन्फ्रारेड स्कैनिंग टोही प्रणाली विकसित की। बाद में, इन्फ्रारेड थर्मल इमेजिंग तकनीक का उपयोग पश्चिमी देशों में विमान, टैंक, युद्धपोतों और अन्य हथियारों में क्रमिक रूप से किया गया, टोही लक्ष्यों के लिए थर्मल दृष्टि प्रणाली के रूप में, यह लक्ष्यों को खोजने और हिट करने की क्षमता में काफी सुधार करता है। स्वीडिश एजीए कंपनी द्वारा निर्मित इन्फ्रारेड थर्मल इमेजिंग कैमरा नागरिक प्रौद्योगिकी में अग्रणी स्थान पर है।
इन्फ्रारेड थर्मामीटर ऑप्टिकल सिस्टम, फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्टर, सिग्नल एम्पलीफायर, सिग्नल प्रोसेसिंग, डिस्प्ले आउटपुट और अन्य भागों से बना है। ऑप्टिकल प्रणाली अपने दृश्य क्षेत्र में लक्ष्य अवरक्त विकिरण ऊर्जा एकत्र करती है, और दृश्य क्षेत्र का आकार थर्मामीटर के ऑप्टिकल भागों और उसकी स्थिति से निर्धारित होता है। इन्फ्रारेड ऊर्जा को एक फोटोडिटेक्टर पर केंद्रित किया जाता है और संबंधित विद्युत सिग्नल में परिवर्तित किया जाता है। सिग्नल एम्पलीफायर और सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किट से गुजरता है, और उपकरण के आंतरिक उपचार और लक्ष्य की उत्सर्जनता के एल्गोरिदम के अनुसार सही होने के बाद मापा लक्ष्य के तापमान मूल्य में परिवर्तित हो जाता है।
प्रकृति में, परम शून्य से अधिक तापमान वाली सभी वस्तुएँ लगातार आसपास के स्थान पर अवरक्त विकिरण ऊर्जा उत्सर्जित कर रही हैं। किसी वस्तु की अवरक्त विकिरण ऊर्जा के आकार और तरंग दैर्ध्य के अनुसार उसके वितरण का उसकी सतह के तापमान से बहुत करीबी संबंध होता है। इसलिए, वस्तु द्वारा उत्सर्जित अवरक्त ऊर्जा को मापकर, उसकी सतह का तापमान सटीक रूप से निर्धारित किया जा सकता है, जो अवरक्त विकिरण तापमान माप का उद्देश्य आधार है।
एक ब्लैक बॉडी एक आदर्श रेडिएटर है, जो विकिरण ऊर्जा के सभी तरंग दैर्ध्य को अवशोषित करता है, इसमें ऊर्जा का कोई प्रतिबिंब या संचरण नहीं होता है, और इसकी सतह पर 1 की उत्सर्जन क्षमता होती है। हालाँकि, प्रकृति में व्यावहारिक वस्तुएँ लगभग काले शरीर नहीं हैं। अवरक्त विकिरण के वितरण को स्पष्ट करने और प्राप्त करने के लिए, सैद्धांतिक अनुसंधान में एक उपयुक्त मॉडल का चयन किया जाना चाहिए। यह प्लैंक द्वारा प्रस्तावित शरीर गुहा विकिरण का परिमाणित थरथरानवाला मॉडल है, इस प्रकार प्लैंक के काले शरीर विकिरण के नियम को व्युत्पन्न किया गया है, अर्थात, तरंग दैर्ध्य द्वारा व्यक्त काले शरीर की वर्णक्रमीय चमक, जो सभी अवरक्त विकिरण सिद्धांतों का प्रारंभिक बिंदु है, इसलिए यह है कृष्णिका विकिरण का नियम कहा जाता है। सभी वास्तविक वस्तुओं की विकिरण मात्रा न केवल विकिरण तरंग दैर्ध्य और वस्तु के तापमान पर निर्भर करती है, बल्कि वस्तु को बनाने वाली सामग्री के प्रकार, तैयारी विधि, थर्मल प्रक्रिया, सतह की स्थिति और पर्यावरणीय स्थितियों पर भी निर्भर करती है।
इन्फ्रारेड तापमान माप एक बिंदु-दर-बिंदु विश्लेषण विधि को अपनाता है, अर्थात, वस्तु के स्थानीय क्षेत्र का थर्मल विकिरण एक एकल डिटेक्टर पर केंद्रित होता है, और विकिरण शक्ति को ज्ञात वस्तु की उत्सर्जन क्षमता के माध्यम से तापमान में परिवर्तित किया जाता है। . अलग-अलग पहचानी गई वस्तुओं, माप सीमाओं और उपयोग के अवसरों के कारण, इन्फ्रारेड थर्मामीटर की उपस्थिति डिजाइन और आंतरिक संरचना अलग-अलग होती है, लेकिन मूल संरचना आम तौर पर समान होती है, जिसमें मुख्य रूप से ऑप्टिकल सिस्टम, फोटोडिटेक्टर, सिग्नल एम्पलीफायर और सिग्नल प्रोसेसिंग, डिस्प्ले आउटपुट और अन्य शामिल हैं। भागों. रेडिएटर द्वारा उत्सर्जित अवरक्त विकिरण। ऑप्टिकल प्रणाली में प्रवेश करते हुए, अवरक्त विकिरण को मॉड्यूलेटर द्वारा वैकल्पिक विकिरण में संशोधित किया जाता है, और डिटेक्टर द्वारा संबंधित विद्युत संकेत में परिवर्तित किया जाता है। सिग्नल एम्पलीफायर और सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किट से गुजरता है, और उपकरण में एल्गोरिदम और लक्ष्य उत्सर्जन के अनुसार सही होने के बाद मापा लक्ष्य के तापमान मूल्य में परिवर्तित हो जाता है।
इन्फ्रारेड थर्मामीटर की तीन श्रेणियां:
(1) मानव उपयोग के लिए इन्फ्रारेड थर्मामीटर: माथे-प्रकार का इन्फ्रारेड थर्मामीटर एक थर्मामीटर है जो मानव शरीर को मापने के लिए इन्फ्रारेड रिसेप्शन के सिद्धांत का उपयोग करता है। उपयोग में होने पर, आपको केवल डिटेक्शन विंडो को माथे के साथ आसानी से संरेखित करने की आवश्यकता होती है, और आप शरीर के तापमान को जल्दी और सटीक रूप से माप सकते हैं।
(2) औद्योगिक इन्फ्रारेड थर्मामीटर: औद्योगिक इन्फ्रारेड थर्मामीटर वस्तु की सतह के तापमान को मापता है, और इसका ऑप्टिकल सेंसर ऊर्जा को विकिरण, प्रतिबिंबित और संचारित करता है, और फिर ऊर्जा को जांच द्वारा एकत्र और केंद्रित किया जाता है, और फिर जानकारी को रीडिंग में परिवर्तित किया जाता है मशीन पर अन्य सर्किट द्वारा डिस्प्ले, इस मशीन से सुसज्जित लेजर लाइट मापी गई वस्तु पर निशाना साधने और माप सटीकता में सुधार करने में अधिक प्रभावी है।
(3) पशुपालन के लिए इन्फ्रारेड थर्मामीटर: जानवरों के लिए गैर-संपर्क इन्फ्रारेड थर्मामीटर प्लैंक सिद्धांत पर आधारित हैं, जो जानवरों के शरीर की सतह के विशिष्ट हिस्सों के शरीर की सतह के तापमान को सटीक रूप से मापते हैं, और शरीर की सतह के तापमान और शरीर की सतह के तापमान के बीच के अंतर को ठीक करते हैं। वास्तविक तापमान. जानवर के व्यक्तिगत शरीर के तापमान को सटीक रूप से प्रदर्शित कर सकता है।
तरंग दैर्ध्य सीमा का निर्धारण: लक्ष्य सामग्री की उत्सर्जनता और सतह गुण पाइरोमीटर की वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया या तरंग दैर्ध्य निर्धारित करते हैं। उच्च परावर्तनशीलता मिश्र धातु सामग्री के लिए, कम या अलग-अलग उत्सर्जन क्षमता होती है। उच्च तापमान वाले क्षेत्र में, धातु सामग्री को मापने के लिए सबसे अच्छी तरंग दैर्ध्य अवरक्त के पास होती है, और तरंग दैर्ध्य का चयन किया जा सकता है। अन्य तापमान क्षेत्र 1.6μm, 2.2μm और 3.9μm तरंग दैर्ध्य चुन सकते हैं। चूँकि कुछ सामग्रियाँ एक निश्चित तरंग दैर्ध्य पर पारदर्शी होती हैं, अवरक्त ऊर्जा इन सामग्रियों में प्रवेश करेगी, और इस सामग्री के लिए एक विशेष तरंग दैर्ध्य का चयन किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, 10 μm, 2.2 μm और 3.9 μm की तरंग दैर्ध्य का उपयोग कांच के आंतरिक तापमान को मापने के लिए किया जाता है (परीक्षण किया जाने वाला ग्लास बहुत मोटा होना चाहिए, अन्यथा यह गुजर जाएगा); कांच के आंतरिक तापमान को मापने के लिए 5.0 μm की तरंग दैर्ध्य का उपयोग किया जाता है; ; एक अन्य उदाहरण 3.43 μm की तरंग दैर्ध्य के साथ पॉलीथीन प्लास्टिक फिल्म और 4.3 μm या 7.9 μm की तरंग दैर्ध्य के साथ पॉलिएस्टर को मापना है।
प्रतिक्रिया समय निर्धारित करें: प्रतिक्रिया समय मापा तापमान परिवर्तन के लिए अवरक्त थर्मामीटर की प्रतिक्रिया गति को इंगित करता है, जिसे अंतिम रीडिंग की 95 प्रतिशत ऊर्जा तक पहुंचने के लिए आवश्यक समय के रूप में परिभाषित किया गया है, जो समय स्थिरांक से संबंधित है। फोटोडिटेक्टर, सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किट और डिस्प्ले सिस्टम। नए इन्फ्रारेड थर्मामीटर का प्रतिक्रिया समय 1 एमएस तक पहुंच सकता है। यह संपर्क तापमान माप पद्धति से बहुत तेज़ है। यदि लक्ष्य की गति बहुत तेज़ है या तेज़-ताप लक्ष्य को मापते समय, तेज़-प्रतिक्रिया वाले इन्फ्रारेड थर्मामीटर का चयन किया जाना चाहिए, अन्यथा पर्याप्त सिग्नल प्रतिक्रिया प्राप्त नहीं होगी, और माप सटीकता कम हो जाएगी। हालाँकि, सभी अनुप्रयोगों को तेज़-प्रतिक्रिया वाले इन्फ्रारेड थर्मामीटर की आवश्यकता नहीं होती है। स्थैतिक या लक्ष्य थर्मल प्रक्रियाओं के लिए जहां थर्मल जड़ता मौजूद है, पाइरोमीटर के प्रतिक्रिया समय में ढील दी जा सकती है। इसलिए, इन्फ्रारेड थर्मामीटर के प्रतिक्रिया समय का चुनाव मापा लक्ष्य की स्थिति के अनुरूप किया जाना चाहिए।
ऑप्टिकल रिज़ॉल्यूशन डी से एस के अनुपात से निर्धारित होता है, जो कि पाइरोमीटर से लक्ष्य के बीच की दूरी डी और माप स्थान के व्यास एस का अनुपात है। यदि पर्यावरणीय परिस्थितियों के कारण थर्मामीटर को लक्ष्य से बहुत दूर स्थापित किया जाना चाहिए, और एक छोटे लक्ष्य को मापा जाना चाहिए, तो उच्च ऑप्टिकल रिज़ॉल्यूशन वाले थर्मामीटर का चयन किया जाना चाहिए। ऑप्टिकल रिज़ॉल्यूशन जितना अधिक होगा, यानी डी: एस अनुपात बढ़ेगा, पायरोमीटर की लागत उतनी ही अधिक होगी।
तरंग दैर्ध्य सीमा का निर्धारण: लक्ष्य सामग्री की उत्सर्जनता और सतह गुण पाइरोमीटर की वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया या तरंग दैर्ध्य निर्धारित करते हैं। उच्च परावर्तनशीलता मिश्र धातु सामग्री के लिए, कम या अलग-अलग उत्सर्जन क्षमता होती है। उच्च तापमान वाले क्षेत्र में, धातु सामग्री को मापने के लिए सबसे अच्छी तरंग दैर्ध्य अवरक्त के पास होती है, और तरंग दैर्ध्य {{0}}। गिने चुने। अन्य तापमान क्षेत्र 1.6μm, 2.2μm और 3.9μm तरंग दैर्ध्य चुन सकते हैं। चूँकि कुछ सामग्रियाँ एक निश्चित तरंग दैर्ध्य पर पारदर्शी होती हैं, अवरक्त ऊर्जा इन सामग्रियों में प्रवेश करेगी, और इस सामग्री के लिए एक विशेष तरंग दैर्ध्य का चयन किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, 1.0 μm, 2.2 μm और 3.9 μm की तरंग दैर्ध्य का उपयोग कांच के आंतरिक तापमान को मापने के लिए किया जाता है (परीक्षण किया जाने वाला ग्लास बहुत मोटा होना चाहिए, अन्यथा यह गुजर जाएगा); कांच के आंतरिक तापमान को मापने के लिए 5.0 μm की तरंग दैर्ध्य का उपयोग किया जाता है; कम माप के लिए 8-14 μm की तरंग दैर्ध्य का उपयोग करना उचित है; एक अन्य उदाहरण पॉलीथीन प्लास्टिक फिल्म के लिए 3.43 माइक्रोमीटर की तरंगदैर्घ्य और पॉलिएस्टर के लिए 4.3 माइक्रोमीटर या 7.9 माइक्रोमीटर की तरंगदैर्घ्य को मापना है।
प्रतिक्रिया समय निर्धारित करें: प्रतिक्रिया समय मापा तापमान परिवर्तन के लिए अवरक्त थर्मामीटर की प्रतिक्रिया गति को इंगित करता है, जिसे अंतिम रीडिंग की 95 प्रतिशत ऊर्जा तक पहुंचने के लिए आवश्यक समय के रूप में परिभाषित किया गया है, जो समय स्थिरांक से संबंधित है। फोटोडिटेक्टर, सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किट और डिस्प्ले सिस्टम। गुआंगज़ौ होंगचेंग हांगकांग सीईएम ब्रांड इन्फ्रारेड थर्मामीटर का प्रतिक्रिया समय 1 एमएस तक पहुंच सकता है। यह संपर्क तापमान माप विधियों की तुलना में बहुत तेज़ है। यदि लक्ष्य की गति बहुत तेज़ है या तेज़-ताप लक्ष्य को मापते समय, तेज़-प्रतिक्रिया वाले इन्फ्रारेड थर्मामीटर का चयन किया जाना चाहिए, अन्यथा पर्याप्त सिग्नल प्रतिक्रिया प्राप्त नहीं होगी, और माप सटीकता कम हो जाएगी। हालाँकि, सभी अनुप्रयोगों को तेज़-प्रतिक्रिया वाले इन्फ्रारेड थर्मामीटर की आवश्यकता नहीं होती है। स्थैतिक या लक्ष्य थर्मल प्रक्रियाओं के लिए जहां थर्मल जड़ता मौजूद है, पाइरोमीटर के प्रतिक्रिया समय में ढील दी जा सकती है। इसलिए, इन्फ्रारेड थर्मामीटर के प्रतिक्रिया समय का चुनाव मापा लक्ष्य की स्थिति के अनुरूप किया जाना चाहिए।
सिग्नल प्रोसेसिंग फ़ंक्शन: अलग-अलग प्रक्रियाओं (जैसे भागों का उत्पादन) को मापना निरंतर प्रक्रियाओं से अलग है, जिसके लिए इन्फ्रारेड थर्मामीटर में सिग्नल प्रोसेसिंग फ़ंक्शन (जैसे पीक होल्ड, वैली होल्ड, औसत मूल्य) की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, कन्वेयर बेल्ट पर ग्लास के तापमान को मापते समय, होल्ड करने के लिए पीक वैल्यू का उपयोग करना आवश्यक होता है, और इसके तापमान का आउटपुट सिग्नल नियंत्रक को भेजा जाता है।
पर्यावरणीय परिस्थितियों पर विचार: थर्मामीटर की पर्यावरणीय स्थितियाँ माप परिणामों पर बहुत प्रभाव डालती हैं, जिस पर विचार किया जाना चाहिए और उचित रूप से हल किया जाना चाहिए, अन्यथा यह तापमान माप सटीकता को प्रभावित करेगा और यहां तक कि थर्मामीटर को नुकसान भी पहुंचाएगा। जब परिवेश का तापमान बहुत अधिक हो और धूल, धुआं और भाप हो, तो आप निर्माता द्वारा प्रदान किए गए सुरक्षात्मक कवर, वॉटर कूलिंग, एयर कूलिंग सिस्टम, एयर ब्लोअर और अन्य सहायक उपकरण चुन सकते हैं। ये सहायक उपकरण पर्यावरणीय प्रभावों को प्रभावी ढंग से संबोधित कर सकते हैं और सटीक तापमान माप के लिए थर्मामीटर की सुरक्षा कर सकते हैं। सहायक उपकरण निर्दिष्ट करते समय, स्थापना लागत को कम करने के लिए यथासंभव मानकीकृत सेवा का अनुरोध किया जाना चाहिए। जब धुआं, धूल या अन्य कण माप ऊर्जा संकेत को कम कर देते हैं, तो दो-रंग वाला थर्मामीटर सबसे अच्छा विकल्प होता है। शोर, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र, कंपन या दुर्गम पर्यावरणीय परिस्थितियों, या अन्य कठोर परिस्थितियों में, फाइबर ऑप्टिक दो-रंग थर्मामीटर सबसे अच्छा विकल्प है।
सीलबंद या खतरनाक सामग्री जैसे कंटेनर या वैक्यूम चैंबर वाले अनुप्रयोगों में, पायरोमीटर एक खिड़की के माध्यम से देखता है। सामग्री पर्याप्त रूप से मजबूत होनी चाहिए और उपयोग किए जा रहे पाइरोमीटर की ऑपरेटिंग तरंग दैर्ध्य सीमा से गुज़रनी चाहिए। यह भी निर्धारित करें कि क्या ऑपरेटर को भी खिड़की के माध्यम से निरीक्षण करने की आवश्यकता है, इसलिए आपसी प्रभाव से बचने के लिए उचित स्थापना स्थान और खिड़की सामग्री चुनें। कम तापमान माप अनुप्रयोगों में, जीई या सी सामग्री का उपयोग आमतौर पर खिड़कियों के रूप में किया जाता है, जो दृश्य प्रकाश के लिए अपारदर्शी होते हैं, और मानव आंख खिड़की के माध्यम से लक्ष्य का निरीक्षण नहीं कर सकती है। यदि ऑपरेटर को विंडो लक्ष्य से गुजरना है, तो एक ऑप्टिकल सामग्री का उपयोग किया जाना चाहिए जो अवरक्त विकिरण और दृश्य प्रकाश दोनों को प्रसारित करता है। उदाहरण के लिए, एक ऑप्टिकल सामग्री जो अवरक्त विकिरण और दृश्य प्रकाश दोनों को संचारित करती है, उसे विंडो सामग्री के रूप में उपयोग किया जाना चाहिए, जैसे ZnSe या BaF2।
सरल संचालन और आसान उपयोग: इन्फ्रारेड थर्मामीटर सहज, संचालित करने में आसान और ऑपरेटरों द्वारा उपयोग में आसान होना चाहिए। उनमें से, पोर्टेबल इन्फ्रारेड थर्मामीटर छोटे, हल्के और लोगों द्वारा रखे जाने वाले होते हैं जो तापमान माप और डिस्प्ले आउटपुट को एकीकृत करते हैं। तापमान मापने वाले उपकरण तापमान प्रदर्शित कर सकते हैं और डिस्प्ले पैनल पर विभिन्न तापमान जानकारी आउटपुट कर सकते हैं, और कुछ को रिमोट कंट्रोल या कंप्यूटर सॉफ्टवेयर प्रोग्राम द्वारा संचालित किया जा सकता है।
कठोर और जटिल पर्यावरणीय परिस्थितियों के मामले में, आसान स्थापना और कॉन्फ़िगरेशन के लिए एक अलग तापमान मापने वाले सिर और डिस्प्ले वाले सिस्टम का चयन किया जा सकता है। वर्तमान नियंत्रण उपकरण से मेल खाने वाले सिग्नल आउटपुट फॉर्म का चयन किया जा सकता है। इन्फ्रारेड विकिरण थर्मामीटर का अंशांकन: इन्फ्रारेड थर्मामीटर को अंशांकित किया जाना चाहिए ताकि यह मापा लक्ष्य के तापमान को सही ढंग से प्रदर्शित कर सके। यदि उपयोग के दौरान उपयोग किए गए थर्मामीटर का तापमान माप सहनशीलता से बाहर है, तो इसे पुन: अंशांकन के लिए निर्माता या मरम्मत केंद्र को वापस करना होगा।
