इन्फ्रारेड थर्मामीटर का सैद्धांतिक सिद्धांत और अनुप्रयोग

इन्फ्रारेड थर्मामीटर का सैद्धांतिक सिद्धांत और अनुप्रयोग

प्रकृति में, जब किसी वस्तु का तापमान परम शून्य से ऊपर होता है, तो वह आंतरिक तापीय गति के कारण परिवेश में लगातार विद्युत चुम्बकीय तरंगें उत्सर्जित करता है। इन तरंगों में 0.75 µm से 100 µm की तरंग दैर्ध्य सीमा में अवरक्त विकिरण शामिल है। एक विशिष्ट गुण यह है कि, किसी दिए गए तापमान और तरंग दैर्ध्य पर, किसी वस्तु द्वारा उत्सर्जित उज्ज्वल ऊर्जा अधिकतम तक पहुंच जाती है। ऐसे आदर्श पदार्थ को ब्लैकबॉडी कहा जाता है, जिसकी उत्सर्जन क्षमता 1 पर सेट होती है। 1 से कम उत्सर्जन क्षमता वाले अन्य सभी पदार्थों को ग्रेबॉडी कहा जाता है।

किसी कृष्णिका की वर्णक्रमीय दीप्तिमान शक्ति P(λ,T) निरपेक्ष तापमान T के फलन के रूप में प्लैंक के नियम का पालन करती है। यह नियम तरंग दैर्ध्य λ और निरपेक्ष तापमान T पर एक कृष्णिका के प्रति इकाई क्षेत्र की दीप्तिमान शक्ति का वर्णन करता है।

जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, किसी वस्तु की दीप्तिमान ऊर्जा मजबूत होती जाती है। यह अवरक्त विकिरण सिद्धांत की नींव और एकल-बैंड अवरक्त थर्मामीटर के लिए डिज़ाइन का आधार है।

जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, विकिरण शिखर छोटी तरंग दैर्ध्य (बाईं ओर) की ओर स्थानांतरित हो जाता है, जो वीन के विस्थापन कानून का पालन करता है: शिखर तरंग दैर्ध्य पूर्ण तापमान टी के व्युत्क्रमानुपाती होता है। धराशायी रेखा इन शिखर मूल्यों के स्थान का प्रतिनिधित्व करती है। यह संबंध बताता है कि क्यों उच्च तापमान वाले थर्मामीटर ज्यादातर छोटी तरंग दैर्ध्य पर काम करते हैं, जबकि कम तापमान वाले थर्मामीटर लंबी तरंग दैर्ध्य का उपयोग करते हैं।

तापमान के संबंध में दीप्तिमान ऊर्जा के परिवर्तन की दर लंबी तरंग दैर्ध्य की तुलना में छोटी तरंग दैर्ध्य पर अधिक होती है। दूसरे शब्दों में, कम तरंग दैर्ध्य पर काम करने वाले थर्मामीटर में उच्च सिग्नल-टू-शोर अनुपात (उच्च संवेदनशीलता) और मजबूत हस्तक्षेप-विरोधी प्रदर्शन होता है। थर्मामीटर को आदर्श रूप से चरम तरंग दैर्ध्य के निकट संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए, विशेष रूप से कम तापमान और छोटे लक्ष्यों के लिए, जहां यह कारक विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।

भाग दो

एक इन्फ्रारेड थर्मामीटर में एक ऑप्टिकल सिस्टम, एक फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्टर, एक सिग्नल एम्पलीफायर, सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किटरी और एक डिस्प्ले आउटपुट मॉड्यूल होता है। मापी गई वस्तु और एक संदर्भ स्रोत से विकिरण को एक मॉड्यूलेटर द्वारा मॉड्यूलेट किया जाता है और फिर इन्फ्रारेड डिटेक्टर में इनपुट किया जाता है। दो संकेतों के बीच का अंतर एक व्युत्क्रम एम्पलीफायर द्वारा बढ़ाया जाता है और संदर्भ स्रोत के तापमान को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जाता है, ताकि इसकी वर्णक्रमीय चमक मापी गई वस्तु से मेल खाए। फिर डिस्प्ले चमक तापमान को इंगित करता है मापी गई वस्तु.